Master Planning
Die Probleme des Master Planning (Enterprise Planning, Supply Chain Coordination, Supply Network Planning) betreffen die Planung der zeitlichen und räumlichen Verteilung der Produktionsmengen (Produktionsprogramm) in der operativen Produktionsplanung und -steuerung. Ausgehend von einem vorgegebenen Produktprogrammrahmen sowie einer gegebenen Ausstattung mit Produktionsanlagen und einem gegebenen Bestand an Stammarbeitskräften ist im Rahmen der operativen Produktionsplanung und -steuerung festzulegen,
| - | wie die saisonalen Schwankungen von Kapazitätsbedarf und Kapazitätsangebot auszugleichen sind; |
| - | welche absatzfähigen Produkte in welchen Mengen in den einzelnen Perioden des Planungszeitraums produziert werden sollen; |
| - | welche Mengen an Verbrauchsfaktoren (Rohstoffe, fremdbezogene Teile, eigengefertigte Einzelteile und Baugruppen) dazu bereitzustellen sind; |
| - | in welcher Form die Produktionsprozesse ablaufen sollen. |
Verfügt ein Unternehmen über mehrere Produktionsstätten, dann ist zusätzlich zu klären,
| - | welche Produkte in welchen Mengen an den einzelnen Standorten produziert werden sollen. |
Eng damit verbunden sind Entscheidungen über den
| - | Transport von Produkten zwischen den Produktionsstätten. |
Da Unternehmen zunehmend in logistische Netzwerke eingebettet sind, stellt sich auch die Frage,
| - | ob bestimmte Endprodukte oder Komponenten alternativ bei Zulieferern bezogen werden sollen. |
Dies kann eine günstige Alternative zur Eigenproduktion unter Einsatz von Überstunden sein. Die Entscheidung über Eigenproduktion oder Fremdbezug (Outsourcing) kann nur sinnvoll im Gesamtzusammenhang der Planung der Produktionsmengen im logistischen Netz behandelt werden.
Standortübergreifende Entscheidungen können auf zwei Planungsebenen mit unterschiedlichen Aggregationsgraden betrachtet werden. Die aggregierte Gesamtplanung umfaßt das gesamte Produktprogramm und die jeweiligen Produktionsstätten der Unternehmung mit ihren wechselseitigen logistischen Verflechtungen. Sie hat die Aufgabe, die erlös- und kostenwirksamen Entscheidungen unternehmensweit für einen mittelfristigen Zeitraum entsprechend den Unternehmenszielen funktions- und standortübergreifend zu koordinieren.
Dabei müssen insbes. die Vorstellungen des Absatz-, des Beschaffungs- und des Personalbereichs mit den Möglichkeiten und Erfordernissen der Produktion abgestimmt werden. Im Rahmen der aggregierten Gesamtplanung müssen prognostizierte Umweltentwicklungen, konjunkturelle Schwankungen und langfristige Absatztrends rechtzeitig in der Produktionsplanung berücksichtigt sowie der erforderliche Ausgleich von saisonalen Beschäftigungsschwankungen vorgenommen werden.
Aufgabe der aggregierten Gesamtplanung ist es, durch den Einsatz von Überstunden und Kurzarbeit sowie die Fremdvergabe von Aufträgen an externe Lieferanten und durch andere geeignete Maßnahmen, z. B. saisonbedingte Sonder- und Freischichtenregelungen oder Urlaubsplanung, die Auslastung der Ressourcen im Zeitablauf zu glätten. Bei schwankenden Nachfragemengen ist eine ausgeglichene Kapazitätsbelastung immer mit dem Auf- und Abbau von Lagerbeständen verbunden. Voraussetzung ist dabei, daß die Produkte lagerfähig sind.
An die aggregierte Gesamtplanung schließt sich die Hauptproduktionsprogrammplanung (Master Planning) an. Diese erfaßt alle an der Produktion der Hauptprodukte beteiligten Produktionssegmente an einem oder mehreren Standorten. Sie erfüllt zwei Aufgaben, nämlich die jeweiligen dezentralen Produktionsprogramme für einen mehrperiodigen Zeitraum aufzustellen und die Produktionsprogramme der einzelnen Produktionssegmente innerhalb einer Produktionsstätte oder auch zwischen arbeitsteiligen Produktionssegmenten mehrerer Produktionsstätten einschließlich der erforderlichen Transportprozesse zu koordinieren.
Bei der Aufstellung des Hauptproduktionsprogramms sind Maßnahmen zur Abstimmung der Produktionsmengen mit den vorhandenen Kapazitäten zu ergreifen. Potentielle Engpaßbereiche und -faktoren sollen rechtzeitig sichtbar gemacht und die notwendigen Anpassungsmaßnahmen eingeleitet werden. Hierzu kommt sowohl die Anpassung der Belastung an die Kapazität (z. B. durch Vorausproduktion und die damit einhergehenden Lagerbestände) als auch die Anpassung der Kapazität an die Belastung (z. B. durch Inanspruchnahme von Überstunden) oder der Rückgriff auf Fremdlieferanten in Frage. Die aggregierte Gesamtplanung und die kapazitierte Hauptproduktionsprogrammplanung unterscheiden sich vor allem durch ihren Aggregationsgrad und damit auch durch die hierarchische Position des Planers. Während die aggregierte Gesamtplanung eher Aufgabe höherer Ebenen des Produktionsmanagements ist, wird die kapazitierte Hauptproduktionsprogrammplanung im operativen Planungsgeschehen eingesetzt.
Dessenungeachtet können beide Planungsstufen mit Modellen der linearen Optimierung unterstützt werden. Die Modellierungen unterscheiden sich dann lediglich durch den Aggregationsgrad der betrachteten Variablen – sowohl in sachlicher als auch in zeitlicher Hinsicht. Aufgrund der unterschiedlichen Planungshorizonte bestehen auch Unterschiede hinsichtlich der sachlichen Bedeutung der Entscheidungsvariablen. Dies mag der Grund dafür sein, daß die Softwareanbieter von Advanced-Planning-Systemen unter den Bezeichnungen ”Master Planning”, ”Supply Network Planning” oder ”Enterprise Planning” keine Differenzierung der beiden Planungsebenen vornehmen, sondern dem Anwender durch Aggregationsmechanismen und modellierungsbezogene Konfigurationsoptionen die Möglichkeit sowohl zur Modellierung von aggregierten Modellen mit mehrjährigem Planungsbezug (aggregierte Gesamtplanung) als auch von eher detaillierten Modellen mit unterjährigem Planungshorizont anbieten (Master Planning).
Im einfachsten Fall betrachten wir eine Fabrik, die einen ihr zugeordneten Einzugsbereich von Kunden zu versorgen hat. Kunden können Endabnehmer aber auch Händler oder Regionallager sein. Die konkreten Standorte der Kunden werden nicht explizit modelliert. Ihre Modellierung wäre erforderlich, wenn man die Warenströme der Distribution mit in die Optimierung einbeziehen wollte. Man müßte dann evtl. auch noch Zentrallager modellieren. Das alles ist prinzipiell möglich. Die betrachtete Problemstellung endet daher mit der Einlagerung der Produkte im Endproduktlager der Fabrik.
| - | Eine Fabrik s. |
| - | Mehrere (End-)Produktgruppen k |
| - | T Perioden (Wochen, Monate, Quartale). |
| - | Produkt- und periodenspezifische Nachfragemengen. Keine explizite Modellierung der Nachfrager. Der Distributionsprozeß bleibt daher außerhalb der Betrachtung. |
| - | Zielfunktion: Lagerkosten, Überstundenkosten |
Wir verwenden folgende Symbole:
| s | Standortindex |
| k | Produktindex |
| t | Periodenindex |
| X | Produktionsmenge |
| L | Lagerbestand am Periodenende |
| U | Überstunden |
| d | Nachfragemenge |
| l | Lagerkosten |
| u | Überstundenkosten |
| C | technische Kapaziät |
| N | personelle Kapazität |
| a | Produktionskoeffizient personelle Kapazität |
| b | Produktionskoeffizient technische Kapazität |
Das lineare Optimierungsmodell lautet:
u.b.d.R.
Das Ergebnis der Optimierung sind geplante periodenspezifische Produktionsmengen, Lagerbestände und Überstunden.
Beispiel mit 2 Produkten:
Daten
| Periode | Cmax | Nmax | Umax | Nachfrage 1 | Nachfrage 2 |
| 1 | 200 | 160 | 100 | 100 | 200 |
| 2 | 200 | 160 | 100 | 90 | 190 |
| 3 | 200 | 160 | 100 | 110 | 210 |
| 4 | 200 | 160 | 100 | 100 | 200 |
Legende: Cmax=technische Kapazität; Nmax=verfügbare Normalarbeitszeit; Umax=maximale Überstunden
Kosten, etc.
| Produkt 1 | ||
| Lagerkostensatz | 4 | |
| Produktionskostensatz | 0 | |
| Personalbedarf pro ME | 1 | |
| Kapazitätsbedarf pro ME | 0.5 | |
| Lager-Anfangsbestand | 36 | |
| Lager-Mindestbestand | 0 | |
| Produkt 2 | ||
| Lagerkostensatz | 4 | |
| Produktionskostensatz | 0 | |
| Personalbedarf pro ME | 0.5 | |
| Kapazitätsbedarf pro ME | 1 | |
| Lager-Anfangsbestand | 220 | |
| Lager-Mindestbestand | 0 |
Lösung
| Periode | Prod.-Menge 1 | Prod.-Menge 2 | Bestand 1 | Bestand 2 | |
| 0 | - | - | 36 | 220 | |
| 1 | 74 | 125 | 10 | 145 | |
| 2 | 80 | 160 | - | 115 | |
| 3 | 110 | 145 | - | 50 | |
| 4 | 100 | 150 | - | - | |
| Periode | Techn. Bel. | Pers. Bel. | Überstunden | ||
| 1 | 162 | - | 136.5 | - | - |
| 2 | 200 | - | 160 | - | - |
| 3 | 200 | - | 160 | - | 22.5 |
| 4 | 200 | - | 160 | - | 15 |
Literatur:
| Günther, H.-O. und H. Tempelmeier (2012). Produktion und Logistik (9. Aufl.). Berlin: Springer. |