Produktionsplanung

Definition

Definition: Was bedeutet Produktionsplanung?

Die Produktionsplanung ist eine der Hauptaufgaben des Produktionsmanagements und umfasst sowohl die langfristige, mittelfristige als auch kurzfristige Planung aller Fertigungs- und Montageprozesse in produzierenden Unternehmen. Sie kann zu großen Teilen dem operativen Produktionsmanagement zugeordnet werden.

Zu den wichtigsten Aufgaben der Produktionsplanung gehören die Planung des Produktangebots, der Produktionsmengen, der benötigten Ressourcen sowie die zeitliche Einplanung von Produktionsaufträgen unter Berücksichtigung der vorhandenen Kapazitäten.

Dazu arbeitet die Produktionsplanung eng mit anderen Funktionen der Lieferkette zusammen, darunter Einkauf, Vertrieb und Absatzplanung sowie Transport und Logistik.

In der Praxis schließt die Produktionssteuerung unmittelbar an die Produktionsplanung an. Beide Bereiche werden daher oft unter dem Begriff Produktionsplanung und -steuerung zusammengefasst und sind auch in vielen Unternehmen organisatorisch eng miteinander verbunden.

Während die Produktionsplanung für sämtliche Entscheidungen, Vorbereitungsmaßnahmen und gröbere Planungsvorgänge im Vorfeld der Produktion zuständig ist, befasst sich die Produktionssteuerung mit der operativen Durchführung (Freigabe von Produktionsaufträgen und Zuordnung konkreter Ressourcen).

Aufgaben

Teilaufgaben der Produktionsplanung

Die Produktionsplanung gehört zu den wichtigsten Aufgabenbereichen in produzierenden Unternehmen, gleichzeitig aber auch zu den komplexesten. Bereits in kleineren Unternehmen müssen verschiedenste Faktoren und Abhängigkeiten im Planungsprozess berücksichtigt werden

Mit der Komplexität der Produktionsumgebung (z.B. Koordination zwischen Werken, unterschiedliche Maschinen und Bearbeitungsstationen, komplexe Fertigungsverfahren) und der herzustellenden Produkte (z.B. verschiedene Produktvarianten, individuelle Kundenaufträge, wechselnde Produktionsmengen) steigt auch die Komplexität der Produktionsplanung und ihrer Aufgaben. Eine klare Strukturierung ist daher Grundvoraussetzung für die Bewältigung der verschiedenen Planungsaufgaben.

Aus diesem Grund wird die Produktionsplanung oft in Teilaufgaben bzw. Schritte unterteilt, die nacheinander ausgeführt werden und aufeinander aufbauen (hierarchische Modelle). Dabei wird die Planung mit jedem Schritt detaillierter und bezieht sich auf einen immer kürzeren Zeithorizont. Ab einem bestimmten Punkt erfolgt dann der Übergang von der Produktionsplanung zur Produktionssteuerung.

Die exakte Ausgestaltung der einzelnen Schritte der Produktionsplanung ist stark vom Unternehmen abhängig. Beispiele für Faktoren, die die Produktionsplanung beeinflussen, sind Branchen und Produkttypen, unterschiedliche Fertigungsverfahren, der Grad der Digitalisierung oder die Stärke der Nachfrageschwankungen.

Im Folgenden erklären wir die wichtigsten Schritte der Produktionsplanung und deren Übergang in die Produktionssteuerung.

Produktionsprogrammplanung (Primärbedarfsplanung)

Die Produktionsprogrammplanung legt die Art und Menge der zu produzierenden Produkte (Primärbedarf) für einen (längeren) Zeitraum fest. Dazu zählen Endprodukte, aber auch Ersatzteile oder verkaufsfähige Baugruppen.

Die Produktionsprogrammplanung findet auf strategischer, taktischer und operativer Ebene statt:

• Die strategische Produktionsprogrammplanung legt das langfristige Produktangebot des Unternehmens und die zu bedienenden Märkte fest. Sie bezieht sich auf einen Zeitraum von mehreren Jahren.
• Die taktische Produktionsprogrammplanung befasst sich mit der konkreten Ausgestaltung des Produktsortiments und der Produktgruppen. Hier könnte z.B. ein Zeitraum von einem Jahr betrachtet werden.
• Die operative Produktionsprogrammplanung legt die Produktionsmengen der vorhandenen Produktvarianten für einen kürzeren Zeitraum (z.B. Monat oder Quartal) fest.

Als Basis für die Erstellung des Produktionsprogramms dienen sowohl Prognoseverfahren als auch aktuelle Kundenaufträge und historische Daten.

Der exakte Ablauf der Produktionsprogrammplanung ist stark von Faktoren wie der Unternehmensgröße und der Art der produzierten Produkte abhängig. Beispielsweise bestehen große Unterschiede zwischen Unternehmen, die Produkte lagern und Unternehmen, die nur auf Auftrag produzieren.

Beispielszenario 1: Automobilhersteller (Auftragsfertigung)

Ein großer Automobilhersteller könnte zunächst auf Basis von Nachfrageprognosen, früheren Verkaufsdaten und Experteneinschätzungen einen groben Vertriebsplan erstellen. Dieser wird auf vorhandene Produktionsstätten verteilt und die Planung anschließend auf Basis der Kundenaufträge konkretisiert. Am Ende steht das Produktionsprogramm, welches alle herzustellenden Endprodukte für einen bestimmten Zeitraum enthält. Daraus leiten sich dann wiederum die Fertigungsaufträge für die einzelnen Komponenten ab.

Beispielszenario 2: Lebensmittelhersteller (Lagerproduktion)

Ein Hersteller von Grundnahrungsmitteln könnte sein Produktionsprogramm dagegen vorwiegend auf die Lagerproduktion ausrichten. Basierend auf Absatzprognosen, saisonalen Nachfrageschwankungen und Lagerbeständen legt das Unternehmen fest, welche Mengen an Produkten wie Reis, Nudeln und Konserven über die nächsten Monate hergestellt werden. Der Primärbedarf wird so geplant, dass jederzeit genügend Ware auf Lager ist, um kurzfristig auf Marktnachfragen reagieren zu können.

Beispielszenario 3: Hersteller von Haushaltsgeräten (gemischte Produktion)

Ein Hersteller von Haushaltsgeräten wie Kühlschränken und Waschmaschinen könnte die Lager- und Auftragsproduktion kombinieren. Das Produktionsprogramm für Standardmodelle wird auf Basis von Verkaufsprognosen und saisonalen Trends erstellt. Gleichzeitig berücksichtigt das Unternehmen individuelle Kundenaufträge für spezielle Varianten oder Sonderanfertigungen. Das Produktionsprogramm enthält somit sowohl lagergeführte Produkte für den allgemeinen Verkauf als auch auftragsbezogene Produkte, die erst nach Bestellung gefertigt werden.

Materialbedarfsplanung (Sekundärbedarfsplanung)

Die Sekundärbedarfsplanung ermittelt, welche Rohstoffe, Rohteile, Zwischenprodukte, Einzelteile und Baugruppen benötigt werden, um den zuvor definierten Primärbedarf herzustellen.

Als Basis hierfür dienen Stücklisten und Arbeitspläne. Diese beinhalten genaue Informationen über die Zusammensetzung von Produkten und die zur Herstellung notwendigen Arbeitsschritte und Werkzeuge. Sie werden nach und nach in ihre einzelnen Bestandteile zerlegt, um den genauen Ressourcenbedarf abzuleiten.

Produktbestandteile können sowohl selbst hergestellt als auch extern eingekauft werden.

Neben der Ermittlung des Materialbedarfs aus dem Produktionsprogramm bzw. Stücklisten, kann für bestimmte Produktbestandteile auch eine verbrauchsgesteuerte Sekundärbedarfsplanung vorgenommen werden. Hierbei werden frühere Ressourcenverbräuche betrachtet, um den Bedarf für eine Periode zu prognostizieren.

Zu berücksichtigen sind auch der bereits vorhandene Lagerbestand sowie bereits bestellte oder reservierte Materialien. Man unterscheidet daher auch zwischen Bruttobedarf (Gesamtmenge aller benötigten Materialien und Komponenten) und Nettobedarf (noch zu beschaffende Materialien und Komponenten).

Der für eine Periode benötigte Sekundärbedarf wird zu Losen zusammengefasst, die festlegen, in welchen Mengen die Materialien bestellt oder selbst hergestellt werden (siehe Losgrößenplanung).

Auf Basis der ermittelten Bedarfe werden entweder Fertigungsaufträge (wenn Produktbestandteile selbst hergestellt werden) oder Beschaffungsaufträge generiert.

Losgrößenplanung

Die Losgrößenplanung bestimmt, wieviele Produkte oder Produktbestandteile zusammen hergestellt oder bestellt werden sollen, d.h. zu einem Fertigungslos oder Beschaffungslos zusammengefasst werden.

Die optimale Losgröße ist von verschiedenen Faktoren abhängig. Kleinere Fertigungslose können dazu führen, dass Maschinen häufiger umgerüstet oder gereinigt werden müssen. Größere Lose können dagegen zu höheren Lagerkosten führen. Bei Beschaffungslosen müssen Faktoren wie Mindestbestellmengen und Lieferzeiten berücksichtigt werden.

Je nach Unternehmens- und Marktsituation können Losgrößen im Zeitverlauf relativ konstant bleiben oder regelmäßig an die Nachfrage angepasst werden (u.a. mithilfe mathematischer Modelle).

Termin- und Kapazitätsplanung

Die Termin- und Kapazitätsplanung setzt sich im Wesentlichen aus zwei Schritten zusammen: Durchlaufterminierung und Kapazitätsplanung.

Durchlaufterminierung:

Im Rahmen der Durchlaufterminierung werden frühestmögliche und spätestmögliche Termine für Fertigungsaufträge ermittelt – zunächst vorläufig und ohne Berücksichtigung der Kapazitäten. Dafür gibt es mit der Vorwärtsterminierung und der Rückwärtsterminierung zwei mögliche Methoden.

Bei der Vorwärtsterminierung wird mit dem frühestmöglichen Startzeitpunkt begonnen und davon ausgehend der frühestmögliche Endzeitpunkt ermittelt. So können Unternehmen prüfen, ob Aufträge rechtzeitig fertiggestellt werden können oder Pufferzeiten identifizieren.

Bei der Rückwärtsterminierung gehen Unternehmen von einem festgelegten Liefertermin aus und ermitteln von dort aus (rückwärts) die benötigte Zeit für jeden Produktionsschritt. Hierzu werden Arbeitspläne herangezogen, die die einzelnen Schritte zur Fertigung eines Produkts beinhalten. Ziel ist die Ermittlung eines spätestmöglichen Startzeitpunkts, um Lagerbestände und Kapitalbindung zu minimieren und gleichzeitig die vereinbarten Liefertermine einzuhalten. Jedoch können Störungen und unvorhergesehene Ereignisse schnell dazu führen, dass sich die Fertigstellung des gesamten Auftrags verzögert.

Kapazitätsplanung:

Anschließend wird das Ergebnis der Durchlaufterminierung mit den vorhandenen Kapazitäten abgeglichen, darunter Anlagen und Personal. Wird die vorhandene Kapazität überschritten oder nicht genug ausgelastet, können Maßnahmen ergriffen werden. Möglich sind z.B. Terminverschiebungen, die Anpassung von Losgrößen oder die Beschaffung zusätzlicher Kapazitäten.

Das Ergebnis der Termin- und Kapazitätsplanung ist in der Regel eine grobe Terminplanung für einen Zeitraum von einem bis wenigen Monaten.

Auftragsfreigabe

Die Auftragsfreigabe wird bereits dem Bereich Produktionssteuerung innerhalb der Produktionsplanung und -steuerung zugeordnet und schließt unmittelbar an die zuvor beschriebenen Schritte der Produktionsplanung an.

Hier wird für einen kürzeren Planungshorizont (z.B. 1-2 Wochen) geprüft, ob die Materialien, Betriebsmittel und Arbeitskräfte vorhanden sind, um die in diesen Zeitraum fallenden Fertigungsaufträge auszuführen.

Ist dies der Fall, wird ein Auftrag freigegeben, die benötigten Unterlagen erstellt und Ressourcen reserviert.

Ablaufplanung und Feinterminierung

Im nächsten Schritt erfolgt die möglichst optimale Aufteilung der freigegebenen und bisher nur grob terminierten Aufträge auf die verfügbaren Bearbeitungsstationen. Ziel ist es, eine möglichst hohe Kapazitätsauslastung zu erreichen, Termine einzuhalten und Wartezeiten zu reduzieren.

Bei der Maschinenbelegung werden auch Faktoren wie Maschinenkosten berücksichtigt. So könnten z.B. kostengünstige, aber langsamere Maschinen priorisiert werden, wenn anderenfalls Wartezeiten entstehen würden.

Das Ergebnis der Ablaufplanung ist schließlich die genaue Terminplanung.

Software

Software für die Produktionsplanung

In der Praxis wird die Produktionsplanung durch verschiedene Softwaresysteme unterstützt. Dabei ist zu erkennen, dass der Grad der Digitalisierung stetig zunimmt. Mehr und mehr Abläufe in der Produktionsplanung werden mittlerweile mithilfe spezialisierter Softwarefunktionen durchgeführt statt wie früher auf Papier.

Auch neue Technologien wie Künstliche Intelligenz bieten das Potenzial für weitere Innovationen in der Produktionsplanung – vor allem in der Feinplanung in komplexen Produktionsumgebungen, wo die Anzahl der Einflussfaktoren schnell unüberschaubar wird. Algorithmen können hier Planungsaufgaben lösen, die manuell nicht möglich wären.

Zu den wichtigsten Softwaresystemen in der Produktionsplanung zählt das ERP-System, welches die Ressourcen eines Unternehmens abteilungsübergreifend verwaltet und verschiedenste Planungsprozesse unterstützt bzw. erst ermöglicht. Die Feinplanung auf Produktionsebene wird dagegen durch das Manufacturing Execution System (MES) erleichtert. Aber auch Systeme wie PLM, APS oder Cloud-Plattformen können die Produktionsplanung auf verschiedene Weise unterstützen.

Im Folgenden werfen wir einen Blick auf relevante Softwaresysteme in der Produktionsplanung und ihre jeweiligen Funktionen.

Enterprise Resource Planning (ERP-Systeme)

Das ERP-System ist in vielen Unternehmen das vermutlich wichtigste Hilfsmittel in der Produktionsplanung. Wie aus der Bezeichnung „Enterprise Ressource Planning“ erkennbar, verwaltet ein ERP-System die Ressourcen eines Unternehmens – und zwar abteilungsübergreifend. Dazu zählen finanzielle Ressourcen, Personal und Material, aber auch das gesammelte Wissen des Unternehmens aus Bereichen wie Produktentwicklung, Marketing & Vertrieb oder Qualitätsmanagement.

Da viele dieser Daten an verschiedenen Stellen in der Produktionsplanung benötigt werden, wird das ERP-System zu einer Schnittstelle für die Koordination zwischen verschiedenen Unternehmensbereichen – und damit zu einem unverzichtbaren Tool für Planungsteams.

In produzierenden Unternehmen integrieren ERP-Systeme Daten aus Einkauf, Vertrieb, Lager und anderen Bereichen und liefern damit die Datenbasis, auf der die Produktionsplanung aufbaut.

In der Praxis sind ERP-Systeme oft modular aufgebaut, wobei sich die konkrete Funktionalität von Branche zu Branche unterscheiden kann.

Hinweis: Die genaue Ablaufplanung in der Produktion ist in der Regel nicht Aufgabe des ERP-Systems und wird stattdessen vielerorts durch Manufacturing Execution Systems (MES) unterstützt. Im Gegensatz zum ERP-System ist ein MES direkt in der Produktionsebene angesiedelt. In einer typischen Konstellation übermittelt das ERP-System die Ergebnisse aus der Termin- und Kapazitätsplanung (grob terminierte und auf Kapazität geprüfte Aufträge) an das MES und erhält seinerseits Rückmeldungen über den Produktionsfortschritt.

Zu den wichtigsten Funktionen eines ERP-Systems in der Produktionsplanung zählen u.a. die folgenden:

• Verwaltung von Stücklisten, Arbeitsplänen, Rezepturen und ähnlichen Dokumenten
• Verwaltung von Materialbeständen / Lagerbeständen (auch Produkte)
• Werkzeuge zur Ermittlung des Primärbedarfs
• Werkzeuge zur Ermittlung des Sekundärbedarfs, Einbeziehung von aktuellen Bestellungen und Lagerbeständen zur Berechnung des Nettobedarfs.
• Durchführung von Bestellungen
• Generierung und Verwaltung sämtlicher Produktionsaufträge und Reservierung benötigter Ressourcen
• Werkzeuge für die Vorwärts- und Rückwärtsterminierung von Aufträgen
• Personalverwaltung
• Belegungsplanung für Maschinen, Werkzeuge und Arbeitsstationen
• Kostenkalkulation (u.a. Berücksichtigung von Materialkosten, Maschinenstundensätzen, Personalkosten)
• Betriebsdatenerfassung
• Überwachung, Meldungen und Reporting

Für viele der oben genannten ERP-Funktionen existieren spezialisierte Softwaresysteme, deren Funktionalität in der Regel über die des ERP-Systems hinausgeht. Beispiele sind Product Data Management (PDM) und Product Lifecycle Management (PLM) zur Verwaltung von Produktdaten, Systeme zur Planung und Dokumentation von Wartungen oder Software für das Personalmanagement.

Konkrete Beispiele für ERP-Werkzeuge:

• Automatische Reservierung von Maschinen und Werkzeugen bei der Erstellung oder Freigabe von Produktionsaufträgen
• Grafische Belegungspläne und Einplanung von Aufträgen per Drag-and-Drop
• Versenden von Anfragen an mehrere Lieferanten zur Einholung von Angeboten und anschließende Umwandlung in Einkaufsaufträge
• Automatische Bestandsüberwachung und Nachbestellung bei Unterschreitung eines Mindestbestands
• Rückverfolgung bestimmter Chargen und Seriennummern

PPS-Systeme

Ein PPS-System (Produktionsplanungs- und Steuerungssystem) unterstützt die verschiedenen Schritte der Produktionsplanung- und Steuerung mit spezialisierten Funktionen. In vielen Unternehmen sind PPS-Systeme in das ERP-System integriert, können aber auch als eigenständige Softwaresysteme eingesetzt werden. In jedem Fall erfolgt eine enge Verknüpfung mit dem ERP-System zur Koordination der Produktionsplanung mit den Unternehmensressourcen.

Ein PPS-System unterstützt in der Regel alle Schritte der Produktionsplanung und -steuerung, die wir im Abschnitt Teilaufgaben der Produktionsplanung beschrieben haben.

Mögliche Funktionen eines PPS-Systems:

• Umfangreiche Datenverwaltung: Stücklisten und Arbeitspläne, Bestände, Instandhaltung etc.
• Primärbedarfsplanung: Prognosewerkzeuge, Verarbeitung von Kundenaufträgen
• Sekundärbedarfsplanung: Ermittlung des Materialbedarfs aus Stücklisten, Prognosen auf Basis früherer Verbräuche, Ermittlung des Nettobedarfs durch Abgleich mit Lagerbeständen
• Losgrößenplanung: Optimierungstools für Losgrößen, die verschiedene Faktoren berücksichtigen können
• Beschaffung: Planung und Durchführung von Bestellungen
• Termin- und Kapazitätsplanung: Werkzeuge zur Vorwärts- oder Rückwärtsterminierung von Aufträgen, Abgleich mit vorhandenen Kapazitäten (Maschinen, Arbeitsstationen), Vorschlagen von Anpassungsmaßnahmen bei Konflikten
• Auftragsfreigabe: Prüfung der verfügbaren Kapazitäten, Reservierung von Ressourcen, Bereitstellung von Auftragsdokumenten
• Feinterminierung: Verteilung von Produktionsaufträgen auf Maschinen
• Auftragsüberwachung: Monitoring des Auftragsfortschritts

Manufacturing Execution Systems (MES)

Auch MES spielen in der Produktionsplanung eine Rolle. Oft dient das MES als Schnittstelle bzw. Übergang zwischen der Planungsebene (ERP) und der Produktionsebene. So können z.B. Produktionsaufträge aus dem ERP-Systeme für die Freigabe und die genauere Belegungsplanung an das MES übermittelt werden.

Das MES ist damit für die Feinplanung auf Werksebene zuständig. Es ermöglicht die genaue Verteilung von Aufträgen auf Maschinen und die Zuweisung von Personal und Werkzeugen. Hierbei wird vor allem das Ziel einer optimalen Auslastung der vorhandenen Kapazitäten verfolgt.

Im Gegensatz zum ERP-System, welches auf einer höheren Ebene arbeitet und Daten aus verschiedenen Unternehmensbereichen zusammenführt, verfügt ein MES über genauere Informationen über den aktuellen Stand in der Produktion. Ein Grund dafür ist die Echtzeit-Datenerfassung an Maschinen und Produktionslinien, die das MES mit Informationen über Maschinenlaufzeiten, Materialverbrauch oder den Produktionsfortschritt versorgen.

MES-Systeme bieten somit die Möglichkeit, sehr kurzfristig auf Abweichungen im Produktionsprozess zu reagieren. Neben ihrem Einsatz in der Feinplanung von Produktionsabläufen, decken sie auch große Teile der Produktionssteuerung und der Produktionsüberwachung ab.

MES und ERP müssen über geeignete Schnittstellen verfügen, die den beidseitigen Datenaustausch möglich machen. Während das ERP-System die Ergebnisse der gröberen Produktionsplanung an das MES übermittelt, liefert dieses u.a. Rückmeldungen zum Produktionsfortschritt an das ERP-System. In der Praxis erfolgt der Datenaustausch häufig über entsprechende APIs oder den OPC UA-Kommunikationsstandard.

Weitere Softwaresysteme in der Produktionsplanung

APS-Systeme:

Advanced Planning and Scheduling-Systeme (APS-Systeme) unterstützen die Termin- und Kapazitätsplanung durch erweiterte Funktionen. Unter Einbeziehung verschiedener Faktoren können dabei z.B. verschiedene Planungsszenarien simuliert werden. Ziel ist es, mithilfe von Algorithmen eine bessere Einplanung von Aufträgen zu erreichen.

SCM-Systeme:

Supply Chain Management-Systeme (SCM-Systeme) steuern die gesamte Lieferkette und decken damit sowohl die Zusammenarbeit mit Zulieferern als auch die Auslieferung der fertigen Produkte ab. SCM-Systeme unterstützen die Produktionsplanung daher vor allem im Bereich der Materialbeschaffung. Durch eine verbesserte Koordination mit Zulieferern sollen Kapazitätsengpässe vermieden und Lieferzeiten optimiert werden.

Analyse- und Reporting-Tools:

Auch Anwendungen im Bereich Datenanalyse und Business Intelligence (BI) unterstützen die Produktionsplanung, indem sie bspw. Kennzahlen zur Produktionsleistung oder Kapazitätsauslastung zur Verfügung stellen (siehe z.B. OEE). Diese können wiederum als Grundlage für strategische Entscheidungen dienen, u.a. in der langfristigeren Primärbedarfsplanung.

Fazit

Fazit zur Produktionsplanung

Die Produktionsplanung umfasst vor allem in größeren Unternehmen ein riesiges Aufgabengebiet, das sich über mehrere Unternehmensbereiche erstreckt. Zur Strukturierung wurden u.a. hierarchische Modelle entwickelt, welche die Produktionsplanung in aufeinander aufbauende Teilaufgaben gliedern (siehe Teilaufgaben der Produktionsplanung). Die genaue Ausgestaltung der einzelnen Schritte ist von Faktoren wie den produzierten Produkten oder der Größe und Struktur des Unternehmens abhängig. Zur Unterstützung kommen verschiedenen Softwaresysteme zum Einsatz, wobei die Kombination aus ERP und MES in der Regel den Kern der Produktionsplanung bildet.