In den langen Jahrhunderten seiner Existenz hat der Mensch stets Materialien und Produkte für bestimmte Zwecke hergestellt. Doch an der Wende zum17. Jahrhundert geschah etwas Interessantes. Der Mensch baute zum ersten Mal industrielle Anlagen und läutete damit das Zeitalter der Industrialisierung ein. Dieses Zeitalter brachte größere Anlagen mit sich, die für jeden Aspekt des Produktionszyklus, wie wir ihn heute kennen, eingesetzt wurden. Mit diesen großen Anlagen kam die Notwendigkeit, Hunderte von Arbeitern, den Transport von Materialien und die Produktionsschritte für ein Produkt zu verwalten. Und schon um 1800 war der Bedarf an Methoden zur Produktionsplanung offensichtlich.
Diese Notwendigkeit führte zur Entwicklung wissenschaftlicher Managementprozesse durch legendäre Persönlichkeiten wie Henry Gantt. In den 1800er Jahren wurden Diagramme und manuelle Datenerfassungsmethoden eingeführt, um die Herausforderungen der Produktionsplanung zu bewältigen. Obwohl diese Lösungen mit den damaligen Industrieanlagen und -einrichtungen perfekt funktionierten, wurden sie durch die Fortschritte in der Produktionstechnologie Anfang der 1900er Jahre überflüssig.
In den 80er Jahren wurde die Produktionsplanung als der Prozess der Planung definiert, mit dem sichergestellt werden soll, dass die Rohstoffe und Produktionskapazitäten innerhalb einer Anlage optimal zugewiesen werden, um die Nachfrage zu decken. Im Laufe der Zeit wurde diese Definition aktualisiert, um den komplexen Kompromissen zwischen konkurrierenden Prioritäten und den Hunderten von unterschiedlichen Beziehungen, die in den Produktionshallen auftreten, Rechnung zu tragen.
Um diese komplexen Abwägungen und Produktionsvariablen zu bewältigen, wurden fortschrittliche Planungs- und Produktionsplanungssysteme entwickelt. Diese Systeme oder Lösungen wurden liebevoll APS-Lösungen genannt und berücksichtigten die für einen Produktionszyklus verfügbaren Materialien, die verfügbaren Arbeitskräfte und die Produktionskapazität. Die APS-Systeme bewältigten erfolgreich die Planung komplexer Produktionsprozesse, indem sie einen beschränkungsbasierten Ansatz für die Planung verwendeten. So erstellten diese Tools Zeitpläne für:
- Kapitalintensiver Produktionsprozess, bei dem Beschränkungen wie Ausrüstung und Anlagenkapazität zu bewältigen sind
- Produktionsprozesse, bei denen Hunderte von Bauteilen zusammengefügt werden müssen, um das Produkt herzustellen.
- Produktionsprozesse mit wechselnden Zeitplänen, die zu Beginn des Prozesses nicht vorhersehbar waren.
Der Erfolg der Produktionsplanungssysteme führte auch zur Gründung von Hunderten von Unternehmen, die APS-Lösungen und -Dienstleistungen zur Erleichterung komplexer Planungsaktivitäten anbieten. Aufgrund des Erfolges der Produktionsplanungssysteme wurden auch andere Nebenlösungen wie Anwendungen für das Kundenbeziehungsmanagement und Lösungen für die Unternehmensressourcenplanung entwickelt.
Wie bei den meisten großen technologischen Fortschritten begannen die traditionellen Produktplanungslösungen aufgrund der sich verändernden Fertigungslandschaft komplexere Situationen zu bewältigen, als sie es konnten. Diese Veränderungen sind sowohl technologischer als auch konzeptioneller Natur. Was die Technologie betrifft, so waren das Aufkommen des industriellen Internets der Dinge, intelligente Fertigungsanlagen und die Automatisierung Veränderungen, mit denen herkömmliche Terminplanungssoftware nicht umgehen konnte. Zu den konzeptionellen Veränderungen zählen die Notwendigkeit, alle in der Fertigung anfallenden Daten zu berücksichtigen, vorausschauende Analysen durchzuführen, Störungen in Echtzeit zu bewältigen und Herausforderungen im Bereich der Cybersicherheit zu meistern ( ). Diese Änderungen schränkten die Effizienz der Produktionsplanungssoftware auf verschiedene Weise ein, die noch näher untersucht werden soll.
Die Grenzen von Produktionsplanungslösungen
Die Einschränkungen der Produktionsplanungswerkzeuge sind alle auf die gestiegene Komplexität der heutigen Fertigungs- und Industrieanlagen sowie auf die Nachfrage der Unternehmen nach mehr Einblick zurückzuführen. Zu diesen Einschränkungen gehören:
Herausforderungen für die Flexibilität
Die sich ständig ändernden Prozesse in modernen Fertigungsanlagen und die Einführung neuer Anlagen und Prozesse in der Fertigung müssen in ein funktionales Planungssystem integriert werden. Die Fähigkeit herkömmlicher Produktionsplanungswerkzeuge sich an diese Veränderungen anzupassen, ist begrenzt, was bedeutet, dass der von ihnen erstellte Zeitplan verzerrt wird.
Herausforderungen bei der Integration von Echtzeit-Ereignissen
Die Auswirkungen von Ausfallzeiten in Fertigungs- und Industrieanlagen wurden in Hunderten von Berichten hervorgehoben. Ausfallzeiten können durch eine Vielzahl von Problemen verursacht werden, aber für das Thema der Produktionsplanung ist der Ausfall einer Maschine in einer Produktionshalle das perfekte Szenario. Produktionsplanungstools können dieses Ereignis nur schwer vorhersagen oder sogar berücksichtigen, um die Ereignisse in Echtzeit neu zu planen.
Obwohl Produktionsplanungs-Tools Zeitpläne erstellen können, die defekte Geräte berücksichtigen, verwenden sie ungefähre Daten. Das bedeutet, dass der Zeitplan, den sie erstellen, statisch ist und keine Echtzeitdaten wie den Standort der Maschine, die Leistung an ihrem Arbeitsplatz usw. berücksichtigt.
Erfordert zahlreiche Anpassungen
Diese Einschränkung ist eine Folge der Herausforderungen, die Produktionsplanungswerkzeuge bei der Integration von Echtzeitereignissen haben. Um zu verhindern, dass die Systeme zerstört werden, muss der Integrator mehrere benutzerdefinierte Algorithmen für verschiedene Szenarien erstellen. Dies bedeutet, dass das Produktplanungswerkzeug diese Algorithmen nimmt und versucht, sie auf ein neues Problem innerhalb einer Anlage anzuwenden. Um dies zu erreichen, müssen mehrere Anpassungen an der ursprünglichen Anpassung vorgenommen werden, was die Fähigkeit zur Erstellung von Umplanungen in Echtzeit zunichte macht. Laut Oracle bedeutet diese Herausforderung, dass die traditionellen Produktplanungs-Tools Schwierigkeiten haben werden, gute Lösungen für Planungsprobleme zu finden, selbst wenn diese existieren.
Mit diesen Einschränkungen wurde ein neues Verfahren zur genauen Verwaltung der Produktionsplanungsaufgaben benötigt. Dies führte zu einem Paradigmenwechsel von den traditionellen Lösungen für die Produktionsplanung zur simulationsgestützten Planung. Bei der simulationsbasierten Planung wird der Betrieb eines realen Prozesses im Laufe der Zeit mithilfe eines digitalen Modells nachgeahmt. Dazu wird ein Simulationsmodell des physischen Prozesses erstellt und das Modell mit den detaillierten Ereignissen und Prozessen gefüllt, die in der realen Welt auftreten. Das Simulationsmodell kann dann ausgeführt werden, um einen optimierten Produktionsplan zu erstellen.
Die Auswirkungen der simulationsgestützten Terminplanung
Es wichtig zu beachten, dass die simulationsgestützte Terminplanung auf zwei Arten erfolgen kann. Dies sind eine diskrete Ereignissimulation und eine kontinuierliche Simulation . Die diskrete Ereignissimulation modelliert den Betrieb einer Produktions- oder Industrieanlage als eine diskrete Abfolge von Ereignissen, die im Laufe der Zeit auftreten. In diesem Modell treten die Ereignisse zu einem bestimmten Zeitpunkt auf und zeichnen die Zustandsänderung in der Anlage auf.
Auf der anderen Seite verfolgen kontinuierliche Simulationsmodelle kontinuierlich die Ereignisse und die Veränderungen, die sie in der Anlage hervorrufen. Sowohl die diskrete Ereignissimulation als auch das kontinuierliche Simulationsmodell heben die Produktionsplanung in Höhen , die traditionelle Produktionsplanungswerkzeuge nicht erreichen können. Dieser Paradigmenwechsel hat die Produktionsplanung in Echtzeit genauer und flexibel genug gemacht, um mit den Veränderungen, die in modernen Anlagen auftreten, umzugehen.
Wie bereits erwähnt, führte die Einführung von Produktionsplanungswerkzeugen zur Entwicklung anderer ergänzender Technologielösungen, und dies gilt auch für die simulationsbasierte Planung . Ein solches Konzept sind simulationsbasierte Digital Twin-Lösungen. Der digitale Zwilling beinhaltet die Spiegelung physischer Objekte, um ein virtuelles Modell durch simulationsbasierte Engineering-Tools zu erstellen.
Die Möglichkeit, digitale Zwillinge jeder Anlage und jedes industriellen Prozesses zu erstellen, setzt neue Maßstäbe für die simulationsbasierte Planung. Durch die Erstellung von virtuellen Spiegeln von Echtzeitsystemen oder -anlagen und die Simulation des komplexen Prozesses, der in diesen Anlagen abläuft, kann ein weitaus genauerer Zeitplan erstellt werden als mit herkömmlichen Produktionsplanungswerkzeugen.
In Fällen, in denen es um Ausfallzeiten geht, können simulationsbasierte digitale Zwillingsumgebungen Daten von Sensoren aus der realen Welt sammeln und die Daten zur Vorhersage des Verhaltens von Anlagen -Herstellungsanlagen- verwenden. Auf diese Weise kann der Planungsprozess defekte Anlagen berücksichtigen und den Produktionsprozess schnell um die defekten Anlagen herum umplanen. Außerdem können simulationsbasierte Planungstools Was-wäre-wenn-Szenarien besser bewältigen als die Alternative. So können Betriebsteams mögliche Herausforderungen simulieren und optimierte Zeitpläne erstellen, die diese Beschränkungen berücksichtigen.
Ein Beispiel dafür, wie die simulationsgestützte Planung zusammen mit der Technologie des digitalen Zwillings genutzt wurde, um effizientere Pläne zu entwickeln. ist der Fall von CKE Restaurants. Hier ermöglichte ein digitaler Zwilling der Restaurantanlagen die Erstellung von Durchführungsplänen, Versorgungs- und Lieferplänen in den Küchenanlagen. Das Endergebnis war ein effizienterer Produktions- und Serviceprozess, der durch simulationsbasierte Planungen und Digital Twin-Lösungen angetrieben wurde.
Wie die simulationsgestützte Terminplanung verschiedene Branchen durchdringt
Herkömmliche Produktionsplanungswerkzeuge wurden in erster Linie für den Einsatz in Fertigungsumgebungen konzipiert und entwickelt, und dies ist nach wie vor ihr Hauptanwendungsgebiet. Im Gegensatz zur Produktionsplanung kann die simulationsbasierte Planung in jeden industriellen Prozess integriert werden, um genaue Pläne zu erstellen.
Wieder einmal macht die Affinität zur Digital Twin Technologie dies möglich. Dies ist möglich, weil mit der Digital Twin Technologie jeder Prozess und jede Anlage in einem industriellen Umfeld modelliert und in eine digitale Umgebung gebracht werden kann. Die Integration von simulationsbasierter Software in diese digitale Umgebung kann dann den industriellen Prozess simulieren und Zeitpläne für sie erstellen. Die simulationsgestützte Planung kann in der Gesundheitsbranche, in pharmazeutischen Einrichtungen, in Werften, in Häfen und in jeder Einrichtung, in der ein Prozess modelliert und abgebildet werden kann, eingesetzt werden.
Der Aufschwung von Industrie 4.0-Fertigungsanlagen und -prozessen, bei denen Daten die Hauptrolle spielen, bietet eine weitere Möglichkeit für die simulationsgestützte Planung, um zu gedeihen. Intelligente Fabriken werden von Maschinen und Geräten mit Sensoren, eingebetteten Systemen, und System-on-Modules-Lösungen betrieben. Dadurch ist es möglich, Daten von jeder Anlage und jedem Prozess in einer Einrichtung zu bewerten.
Simulationsbasierte Planungssoftware kann die in einer Industrie 4.0 – konformen Anlage gesammelten Daten zur Erstellung von Echtzeitplänen nutzen. Simulationen von Zeitplänen können aufgrund der weit verbreiteten Verfügbarkeit von Daten in Anlagen, die Industrie 4.0 integrieren, ebenfalls in Echtzeit und mit höherer Genauigkeit durchgeführt werden .
Simulationsgestützte Terminplanung und der Weg in die Zukunft
Der Paradigmenwechsel von Produktionsplanungslösungen hin zu simulationsbasierter Planung ist immer noch in vollem Gange. Dies ist auf die neuen Technologien zurückzuführen, die den Einsatz von simulationsbasierter Planungssoftware ergänzen und verbessern. Beispiele hierfür sind das Aufkommen von Cloud-Computing und Hochleistungsrechnern (HPC). Diese Technologien ermöglichen es, Modelle von sehr komplexen Systemen wie Anlagen oder Prozessen mit Tausenden von Variablen zu erstellen und gleichzeitig genaue Zeitpläne für sie zu erstellen.
Die Kombination dieser technologischen Prozesse wird die Echtzeit-Planung und die Umplanung, wie wir sie kennen, verbessern. Da simulationsbasierte Planungssoftware die Cloud und HPCs nutzt, können komplexe Simulationen in Mikrosekunden durchgeführt werden, wodurch genaue Echtzeit-Ergebnisse geliefert werden, die die Produktivität in der Industrie erhöhen. Auf diese Weise der Paradigmenwechsel von der manuellen und einschränkungsbasierten Planung hin zu einer reaktionsschnellen Echtzeit-Planungsära vollzogen.