Engpassplanung: Kapazitäten berechnen und Aufträge realistisch einplanen

Produktionsplanung · Kapazitäten

Engpassplanung richtet einen Produktionsplan an den tatsächlich begrenzenden Ressourcen aus. Entscheidend ist, ob die benötigte Arbeit innerhalb der verfügbaren Zeit erledigt werden kann. Eine terminierte Bestellung oder ein fertiges CNC-Programm reserviert noch keine Maschinenkapazität. Material, Personal, Rüstvorgänge und nachgelagerte Schritte müssen ebenfalls passen.

Welche Zeit wird eigentlich geplant?

Verfügbare Produktionszeit und theoretische Schichtlänge sind nicht gleich. Geplante Pausen, Wartung oder andere fest belegte Zeiten müssen eindeutig berücksichtigt werden. Für jeden Abzug sollte klar sein, ob er bereits in einer anderen Größe enthalten ist. Doppelt abgezogene Verluste machen einen Plan ebenso falsch wie vergessene Verluste.

Die Zykluszeit beschreibt die Zeit für einen Ablauf beziehungsweise ein Teil unter definierten Bedingungen. Zur Kapazitätsplanung reicht die reine NC-Laufzeit häufig nicht aus: Be- und Entladen, notwendige Bedienhandlungen und Rüstzeiten können zusätzliche Ressourcen beanspruchen.

Der Kundentakt ist eine andere Größe. Er ergibt sich aus verfügbarer Zeit geteilt durch benötigte Menge. Damit beschreibt er den geforderten Rhythmus, nicht die tatsächlich erreichte Geschwindigkeit einer Maschine. Eine Abweichung zwischen Bedarf und möglicher Leistung wird durch die Berechnung sichtbar, aber noch nicht beseitigt.

Eigenes Beispiel einer kleinen Fertigungskette

Angenommen, identische Modellbauteile durchlaufen nacheinander Zuschnitt, Fräsen und Prüfung. Jede Station besitzt pro Tag 360 Minuten verfügbare Bearbeitungszeit. Die angesetzten Zeiten enthalten im ersten Modell alle für den jeweiligen Stückzyklus vorgesehenen Tätigkeiten; zusätzliche Rüstungen und Störungen werden zunächst ausgeblendet.

Unter diesen Annahmen begrenzt das Fräsen den stationären Ausstoß auf höchstens 36 Teile pro Tag. Die Zahl setzt voraus, dass genügend Material bereitsteht und der Ablauf nicht durch andere Bedingungen unterbrochen wird. Sie ist keine Garantie für 36 am selben Morgen gestartete und abends fertige Teile: Anlauf, Transport und Reihenfolge sind im einfachen Kapazitätsmodell noch nicht abgebildet.

Werden 40 Teile pro Tag benötigt, beträgt der Kundentakt 360 / 40 = 9 Minuten je Teil. Die Frässtation benötigt 10 Minuten und kann diesen Bedarf mit der angesetzten Zeit nicht decken. Es fehlen rechnerisch vier Teile pro Tag oder 40 Minuten Fräszeit für die geforderte Tagesmenge.

Warum mehr Vorarbeit den Engpass nicht auflöst

Rüstzeiten verändern die verfügbare Menge

Nun wird das Beispiel erweitert: An der Fräsmaschine ist innerhalb der 360 Minuten ein zusätzlicher Rüstvorgang von 30 Minuten nötig. Für Stückzyklen bleiben 330 Minuten. Bei weiterhin 10 Minuten pro Teil sind damit 33 vollständige Teile möglich. Die Rüstzeit darf nicht gleichzeitig bereits im Stückwert enthalten sein.

Bei unterschiedlichen Produkten muss die Last je Auftrag berechnet werden. Ein Auftrag mit 20 Teilen zu je 6 Minuten und ein weiterer mit 10 Teilen zu je 15 Minuten beanspruchen zusammen 270 Minuten reine Stückzeit. Dazu kommen die tatsächlich erforderlichen Rüst- und sonstigen Belegungszeiten.

Eine einzige durchschnittliche Minutenangabe kann diesen Auftragsmix verdecken. Auch ein Engpass ist nicht für immer dieselbe Maschine: Ändern sich Mengen, Arbeitsfolgen oder Verfügbarkeiten, kann eine andere Ressource begrenzend werden. Deshalb braucht die Planung einen klaren Zeitraum.

Aus Kapazitätszahlen wird erst durch Reihenfolge ein Plan

Zunächst werden Aufträge, benötigte Mengen und Fertigstellungstermine zusammengestellt. Danach folgen Arbeitsfolgen, Stückzeiten, Rüstungen und verfügbare Ressourcen. Die Engpassbelegung wird zeitlich eingeordnet und mit Materialbereitstellung sowie vor- und nachgelagerten Schritten abgeglichen.

Ein begrenzter Plan darf nicht mehrere Aufträge gleichzeitig auf dieselbe exklusiv benötigte Maschine legen. Das Prinzip heißt finite Kapazitätsplanung. SAP unterscheidet diese ausdrücklich von Planungen, die Materialbedarf berechnen, aber verfügbare Kapazitäten nicht als harte Begrenzung einhalten.

Bei Überlast sind Entscheidungen nötig: Reihenfolge ändern, Termine abstimmen, geeignete zusätzliche Kapazität schaffen oder Arbeit technisch zulässig verlagern. Jede Variante hat Voraussetzungen. Eine zweite Maschine hilft beispielsweise nur, wenn Werkzeug, Programm, Personal und Qualitätsfreigabe ebenfalls verfügbar sind.

Eine rein auf kurze Rüstzeiten optimierte Reihenfolge kann dringende Aufträge verzögern. Umgekehrt können häufige Prioritätswechsel zusätzliche Rüstungen erzeugen. Der Plan sollte daher seine Prioritätsregel offenlegen und Änderungen mit ihren Auswirkungen bewerten.

Den Plan mit realen Rückmeldungen verbessern

Nach der Ausführung werden tatsächliche Mengen, Zeiten und Unterbrechungen erfasst. Dabei ist zwischen bearbeiteten Teilen und freigegebenen Gutteilen zu unterscheiden. Ein höherer Maschinenzähler nützt wenig, wenn zusätzliche Nacharbeit die begrenzte Ressource erneut belegt.

Für eine kleine Werkstatt genügt zunächst eine nachvollziehbare Auftragsliste mit Sollzeit, tatsächlicher Belegung und Abweichungsgrund. Wichtig ist die einheitliche Definition der Felder. Wiederkehrende Fehler in den Ausgangszeiten können dann gezielt korrigiert werden.

Die technische Freigabe bleibt Teil des Ablaufs. Wenn neue Programme oder Verfahren eingesetzt werden, ist gegebenenfalls eine Erstmusterprüfung einzuplanen. Sie erst am Liefertermin zu berücksichtigen, würde einen scheinbar passenden Maschinenplan unvollständig machen.

Quellen und Einordnung

Begriffe: Lean Enterprise Institute zu Kundentakt und Zykluszeit; SAP zu Material- und Kapazitätsplanung und finiter Kapazitätsplanung. Sämtliche Zahlen, Rechenfälle, Grafik und Animation sind eigene didaktische Beispiele.