Produktionsplanung und -steuerung

PPS: Das computergestützte Planungs- und Entscheidungssystem, das Material und Ressourcen so einplant, dass geplante Mengen rechtzeitig fertig werden. Kern sind die Materialbedarfsplanung (MRP) mit Stücklisten und die Kapazitätsplanung (CRP). Danach werden die Aufträge freigegeben, eingeplant und zurückgemeldet.

Begriff

• Produktionsplanung: zeitgerechte Bereitstellung der Materialien und Einsatz der Ressourcen, um geplante Mengen rechtzeitig für den Vertrieb herzustellen
• Produktionssteuerung: Die nötigen Aufträge werden schrittweise freigegeben, der Fortschritt laufend geprüft, bei Abweichungen wird korrigiert.

PPS soll die wirtschaftlichen Probleme der Produktion aufzeigen: Durchlaufzeiten, Termintreue, Auslastung von Anlagen und Ressourcen, Lagerbestände (Quelle - BWL Material- und Produktionswirtschaft Zusammenfassung). Eine zentrale Datenhaltung verhindert, dass dieselben Informationen mehrfach erfasst werden. Die Software ist modular: Kundenaufträge, Konstruktion, Werkstattüberwachung, Betriebsdatenerfassung, Kostenplanung.

Ablauf

1. Aggregierte Planung: Nachfrage, Kapazitäten, Arbeitskräfte und Lager grob abstimmen. Dabei werden die Kosten von Überzeit, Unterzeit, Lager, Fremdvergabe (Subcontracting) und Fehlmengen abgeschätzt.
2. Planung der Bedarfsmengen: die aggregierten Mengen auf die einzelnen Produkte aufteilen (Master Scheduling)
3. Materialbedarfsplanung (MRP)
4. Kapazitätsplanung (CRP)
5. Produktionssteuerung

Materialbedarfsplanung (MRP)

Eine Mengen- und Zeitrechnung, meist wöchentlich für mehrere Monate. Sie berücksichtigt im Gegensatz zu den reaktiven Bestellmodellen der Materialwirtschaft die Mehrstufigkeit der Produktion.

Inputs: geplante Bedarfsmengen, Stücklisten, Lagerbestände, Vorlaufzeiten, Losgrössen. Outputs: Beschaffungsaufträge und Produktionsaufträge.

Stücklisten

Stücklisten beschreiben den Aufbau eines Erzeugnisses hierarchisch als gerichteten Graphen. Die Pfeile zeigen, welche Teile auf die nächsthöhere Stufe eingehen, die Zahlen an den Pfeilen, wie viele pro Einheit nötig sind. B-Knoten sind selbst gefertigte Bauteile (für die Produktionsplanung), M-Knoten zugekaufte Materialien (für die Beschaffung).

Beispiel (S. 30): Endprodukt E1

Losgrösse und Vorlaufzeit

Beides sind kritische Grössen. Die optimale Losgrösse. Die Formel stammt von Ford W. Harris („How Many Parts to Make at Once“, 1913) und heisst im deutschen Sprachraum auch Andler-Formel. Die Namen stehen nicht in der Quelle (Quelle - Recherche - BWL Nachprüfung und Heuristiken 2026):

x_opt = √(2 · K_fU · M / k_vLK)

• K_fU = mengenunabhängige Kosten einer Umrüstung (bzw. Bestellung)
• M = konstanter (mittlerer) Bedarf pro Periode
• k_vLK = Lager- und Kapitalkosten pro Einheit und Periode

Grössere Lose sparen Rüstkosten, erhöhen aber die Lagerkosten. Die Formel findet den Ausgleich. Sie ist eine lokale Optimierung, weil sie jede Maschine für sich betrachtet.

Vorlaufzeit: Nur etwa 10 % davon ist produktive Bearbeitungszeit. Den Rest bilden nicht produktive Übergangszeiten (Warten, Liegen, Transport). Sie bestimmen die Durchlaufzeit und sind der Schlüssel zu mehr Effizienz.

Rückwärtsrechnung und Engpässe

MRP rechnet vom Liefertermin rückwärts und zeigt, wenn ein Termin nicht haltbar ist, z.B. weil ein Material nicht rechtzeitig beschafft werden kann. Lösungen: Liefertermin verschieben, Beschaffungszeit verkürzen, Vorlaufzeiten verkürzen (weniger Liege- und Wartezeit) oder ein Bauteil fremd beziehen (teurer).

Änderungen rechnet das System entweder nach dem Net-Change-Prinzip (nur die Folgen der Änderung) oder als Regeneration (alles neu).

Kapazitätsplanung (CRP)

Die Capacity Requirements Planning prüft, wie die verfügbaren Kapazitäten im Zeitablauf beansprucht werden. Nur noch nicht erledigte Arbeiten zählen (Fortschrittsbericht). Für die Übergangszeiten werden Warte- und Transportzeiten festgelegt.

Stammdaten:

• Fertigungseinrichtungen: Arbeitsplatznummer und -bezeichnung, Gruppe, Abteilung, Schichten, Stunden pro Schicht, Nutzung
• Arbeitspläne: das herzustellende Teil (Nummer, Bezeichnung, Menge), Materialien und Arbeitsgänge (Nummer, Arbeitsplatz, Rüstzeit, Operationszeit)

Produktionssteuerung

1. Auftragsfreigabe: Geplante, durch CRP geprüfte Aufträge werden zu offenen Aufträgen.
2. Ablaufplanung: Simulation des Ablaufs unter Einhaltung der verfügbaren Maschinen und Stunden (finite scheduling)
3. Arbeitszuweisung: Listen je Arbeitsstation mit Auftrags- und Arbeitsgangnummer, Beginn und Belegungszeit
4. Kontrolle: direkte Eingriffe und Planänderungen
5. Rückmeldung: nach Abschluss, damit die Liste der offenen Aufträge stimmt

Die Ablaufplanung ist rechnerisch schwer: Den kürzesten Ablaufplan zu finden ist schon im Job Shop mit 2 Maschinen und im Flow Shop mit 3 Maschinen NP-vollständig (Garey, Johnson, Sethi 1976; Quelle - Recherche - BWL Nachprüfung und Heuristiken 2026). In der Praxis arbeitet man deshalb mit Prioritätsregeln und anderen Heuristiken (siehe Heuristiken in BWL und Informatik).

Verwandt

• Produktionswirtschaft – PPS als Aufgabe auf Abteilungsebene; CIM
• Materialwirtschaft – Primär- und Sekundärbedarf, reaktive Bestellmodelle
• Lagerhaltung – Lagerbestände als MRP-Input
• Logistik – das Planungs- und Entscheidungssystem der logistischen Kette
• Komplexitätstheorie – Ablaufplanung (Scheduling) ist im Allgemeinen NP-schwer
• Heuristiken in BWL und Informatik – Losgrösse als lokale Optimierung, Sukzessivplanung als Zerlegungsheuristik
• Just-in-time – Hol-Prinzip als Gegenentwurf zur zentralen Planung (Bring-Prinzip)
• Differentialrechnung – Herleitung der Losgrössenformel als Extremwertaufgabe