Robuste Strategien zur hierarchischen Produktionsplanung

In der betrieblichen Praxis haben hierarchische Planungsmodelle große Bedeutung, unter anderem weil für die mittelfristige Planung im Vergleich zur Kurzfristplanung weniger Daten zur Verfügung stehen und weil eine detailgetreue Kurzfristplanung für längere Zeiträume mit zu hohem Rechenaufwand verbunden ist. Die verschiedenen Planungsebenen werden dabei zumeist entkoppelt untersucht; jedoch ist evident, dass sie nicht unabhängig voneinander sind und viel Verbesserungspotential in der Abstimmung der Planungsmethoden für die verschiedenen Ebenen besteht. In der wissenschaftlichen Literatur findet sich eine Vielzahl solcher Methoden, die zum Teil auch in der Praxis eingesetzt werden. Allerdings gibt es nur wenige Untersuchungen, die sich mit dem Zusammenspiel der Planungsebenen systematisch auseinandersetzen. Im beantragten Projekt wird die typische Situation von Automobilzulieferern als Testfall herangezogen; die Untersuchung spannt dabei den Bogen von der Masterplanung bis zur Durchführung der Produktion unter Berücksichtigung sowohl des stochastischen Umfelds als auch der in der Managementpraxis auftretenden Mehrzielproblematik (im speziellen bezüglich der divergierenden Ziele Kosten und Servicegrad). Verschiedene hierarchische Planungsstrategien werden implementiert und in einer eigens entwickelten Simulationsumgebung getestet, wobei der Auswahl und Optimierung der Planungsparameter besondere Aufmerksamkeit gewidmet wird. Um das Potential der Strategien besser abschätzen zu können werden Optimierungsmodelle für die ganzheitliche Planung entwickelt und deren Lösungen (für vereinfachte Szenarien exakt, für komplexere Testfälle mittels Heuristiken und Metaheuristiken näherungsweise) bezüglich ihrer Effizienz mit den hierarchischen Planungsstrategien verglichen. Weiters werden analytische Ansätze entwickelt um die empirischen Ergebnisse zumindest für vereinfachte Testfälle verifizieren zu können, sowie um das Verständnis für die Zusammenhänge zwischen den Planungsparametern und den Kennzahlen Kosten und Servicegrad zu vertiefen. Das umfassende Ziel des Projekts ist damit die Identifikation robuster Planungsstrategien für verschiedene Produktionsbedingungen. Aus diesen Untersuchungen sollen schlussendlich Regeln für die optimale Auswahl von Planungsmethoden und deren Parameter in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen abgeleitet werden. Auch können Gültigkeitsbereiche für diese Auswahl genutzt werden um einen gegebenenfalls notwendigen Wechsel der Planungsstrategie anzuzeigen. Das Projekt kann somit einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung der Abstimmung von verschiedenen Planungsebenen liefern und ermöglicht einen wichtigen Schritt zur Umsetzung von wissenschaftlichen Forschungsergebnissen aus dem Produktionsplanungsbereich in die betriebliche Praxis. Mittelfristig ist damit eine Verbesserung der Planungsstabilität von in der Praxis eingesetzten Produktionsplanungssystemen zu erwarten.

Damit Unternehmen längerfristig erfolgreich am Markt bestehen können, müssen die Kundenanforderungen wirtschaftlich umgesetzt werden. Hierfür bedarf es einer vorausschauenden Produktionsplanung, damit die Produkte in der richtigen Menge, der richtigen Qualität und zum richtigen Zeitpunkt kostengünstig fertiggestellt werden können. Zur Unterstützung der Planungsaufgaben werden hierarchische Planungssysteme verwendet. Entsprechend der Fristigkeit werden die Planungsstufen in lang-, mittel- und kurzfristig unterschieden. Wobei die jeweils übergeordnete Stufe Rahmenbedingungen für die untergeordnete Stufe vorgibt. Die Langfristplanung beschäftigt sich mit der Absatzplanung und Ressourcenbereitstellung wie z.B. Maschineninvestitionen. In der Mittelfristplanung werden Produktionsaufträge erstellt und die Personalbereitstellung geplant. Die Kapazitäts-feinabstimmung sowie die Durchführung der Produktionsaufträge, insbesondere die Reihung der Fertigungsaufträge, ist Teil der Kurzfristplanung. Das Projekt beschäftigt sich mit den Interaktionen der drei verschiedenen Planungsstufen. Es wurde ein Simulationsmodell entwickelt, das die hierarchische Produktionsplanung über die drei Planungsstufen abbildet. Durchgeführte Simulationsstudien haben vor allem Probleme in der Abstimmung der Kapazität über mehrere Planungsstufen aufgezeigt. Hierzu wurden im Projekt auf lang-, mittel- und kurzfristiger Ebene neue Methoden entwickelt und verfügbare erweitert. Das Simulationsmodell ist Basis für das FFG Folgeprojekt Simgen, in welchem effizient Simulationsmodelle für eine breite Anzahl an Unternehmen generiert werden können. Im Speziellen wurde für die langfristige Kapazitätsentscheidung ein analytisches Modell unter Berücksichtigung der kundengeforderten Lieferzeiten und der notwendigen Umlaufbestände entwickelt. Auf der Mittelfristebene wurde der traditionelle Ansatz Material Requirement Planning (MRP) um eine integrierte Kapazitätsbetrachtung erweitert. Darüber hinaus wurde ein Konzept zur Bestimmung der Planübergangszeiten, welche in der Mittelfristplanung benötigt werden, in Abhängigkeiten der operativen Abarbeitungsregeln erarbeitet. Mit Hilfe simulationsbasierter Optimierung wurden Parametereinstellungen für wichtige Planungskomponenten wie Losgrößen oder Sicherheitsabstände ermittelt.