Anwendungsbeispiel
Hintergrund
Um die Funktion der Regelung in einer Praxisanwendung nachzuweisen, wurde die Montage eines Unternehmens simuliert. Dabei wurden die Arbeitsplätze, Arbeitspläne und Randbedingungen der Produktion realitätsnah abgebildet.
Die Produkte sind extrem variantenreich, je Produkt wird ein Montageauftrag erstellt. Die abgebildete Montage arbeitet Montag bis Freitag im 2-Schicht Betrieb. Es treten Störungen der Anlagen, Ausfall von Personal sowie Abweichungen von den geplanten Bearbeitungszeiten auf. Alle zu bearbeitenden Montageaufträge werden zu Tagesbeginn für den aktuellen Tag freigegeben. Für die Montageaufträge sind kurze Durchlaufzeiten einzuhalten, diese sind je nach Auftrag:
- 70% bei 3 Arbeitstagen
- 20% bei 2 Arbeitstagen
- 10% bei 1 Arbeitstag
Simulationsdemonstration
Die Produktion und die Transportlogistik mit autonomen Transportfahrzeugen (AGV) wurden in einem Simulationsmodell im Detail abgebildet. Einen Überblick über die Produktionsabläufe mit HaProLoK gibt das folgende Demonstrationsvideo
Ergebnisse der Dezentralen Produktionsregelung
Die Unterschiede der Simulationsergebnisse werden durch den Vergleich eines Laufs ohne Produktionsregler (Bearbeitungsreihenfolge nach dem FIFO-Prinzip, links) und eines Laufs mit Produktionsreglern (rechts) deutlich.
Abgebildet ist der Schlupf bzw. Terminvorlauf aller fertiggestellten Aufträge (Markierung X) über den Zeitraum einer Arbeitswoche (waagerechte Achse). Schlupf bezeichnet den Zeitpuffer bis zum Soll-Fertigstellungstermin eines Auftrags: Ein positiver Schlupf bedeutet, dass der Auftrag vor dem Sollendtermin fertiggestellt wurde; ein negativer Schlupf zeigt eine verspätete Fertigstellung an.
Nachfolgend ist ebenfalls der Schlupf bzw. Terminvorlauf aller fertiggestellten Aufträge dargestellt, allerdings über den Zeitraum eines Jahres (waagerechte Achse). Dabei entspricht wieder jeder Punkt in der Punktwolke einem Auftrag.
Die Termintreue aller Aufträge wurde ebenfalls erreicht bei Zuschalten des Bestandsreglers:
Die Produktionssysteme wurden so ausgelegt, dass sie so nah wie möglich an der Kapazitätsgrenze arbeiten. Während dies im Simulationslauf mit FIFO-Prinzip dazu führt, dass immer wieder Aufträge verspätet fertiggestellt werden, werden im Simulationslauf mit den Reglern nur Aufträge mit ausreichend verbleibendem Zeitpuffer verzögert. Man kann erkennen dass es Phasen hoher Nachfrage gibt, in denen bedingt durch das Pull-Prinzip die Produktion etwas Kapazität verliert und temporär in Rückstand gerät (Bildmitte, im Juli). Durch die Priorisierung der dringenden Aufträge werden aber trotzdem alle Aufträge rechtzeitig fertiggestellt, sodass sich kein Auftrag verspätet. Die Priorisierung eiliger Aufträge bei den Bearbeitungsschritten lässt sich gut erkennen, die Streuung der Aufträge mit einem Tag Durchlaufzeit ist sehr gering. Die Aufträge mit drei Tagen Durchlaufzeit haben die höchste Streuung, da sie die niedrigste Priorität haben und somit auch am längsten auf eine Bearbeitung warten können.
In den folgenden Bildern zeigt sich die Wirksamkeit der Bestandsregelung.
Am Beispiel eines der Produktionssysteme über einen Zeitraum von ca. zwei Wochen lässt sich die Wirkung des Bestandsreglers klar erkennen. Bei der Freigabeentscheidung berücksichtigt der Regler auch bereits freigegebene Aufträge an Vorgängersystemen als sogenannte indirekte Bestände.
Mit aktiviertem Bestandsregler bleibt der maximale Auftragsbestand in der gesamten Produktion bei unter 65 Aufträgen. Zusätzliche Aufträge werden vom Bestandsregler blockiert und erst freigegeben, sobald die Bestandsgrenze der jeweiligen Produktionssysteme dies zulässt. Im Simulationslauf ohne Bestandsregler werden hingegen alle Aufträge direkt in die Produktion eingespeist, was zu einem deutlich höheren maximalen Auftragsbestand von fast 300 Aufträgen führt.
Ergebnisse mit harmonisierter Produktions- und Logistikregelung
Für die Erweiterung zur Harmonisierten Produktions- und Logistikregelung wurde nun ein Logistikregler integriert. Zusätzlich zur Auftragspriorität der infrage kommenden Aufträge bewertet dieser ihren Transportaufwand bzw. ihre Logistikintensität im Vergleich zur aktuell verfügbaren Transportkapazität. In der Reihenfolge der resultierenden Auftragsprioritäten wird anschließend durch den Bestandsregler geprüft, ob ein Auftrag aufgrund der Bestandssituation freigegeben werden kann. Falls ein Auftrag durch den Bestandsregler freigegeben wurde, werden nun alle für diesen Auftrag benötigten Transportaufträge an die Logistik übergeben und auf die Transportkapazität eingeplant. Der Gesamtablauf ist nachfolgend abgebildet.
In der abgebildeten Produktion waren die Schwankungen des Transportaufkommens gering und die innerbetrieblichen Transportkapazitäten kein Engpass, daher haben sich bei diesem Anwendungsfall keine wesentlichen Verbesserungen durch das Hinzufügen des Logistikreglers ergeben. In Produktionsumgebungen mit sehr unterschiedlicher Logistikintensität der Aufträge ist dagegen Potenzial vorhanden: Durch die Glättung der Lastspitzen bei den Transportsystemen werden einerseits Verzögerungen durch Liegezeiten des Transportguts verringert und andererseits Investitionen in Kapazitätsreserven bei den Transportsystemen vermieden.