Belastungsorientierte Auftragsfreigabe: Wann Aufträge freigeben

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Die Schneidmaschine hat noch Kapazität, also geht ein weiterer Auftrag in die Fertigung. Der Zuschnitt wird pünktlich fertig. Anschließend landen die Teile jedoch in einer wachsenden Warteschlange vor der Zerspanung – neben Aufträgen, die längst auf dem Weg zur Montage sein sollten.

Der frühere Start hat für mehr Betrieb in der Fertigung gesorgt, ohne dass der Kunde seine Lieferung dadurch früher erhält.

Workload Control setzt an, bevor ein weiterer Auftrag auf den Shopfloor gelangt. Statt jeden startbereiten Auftrag freizugeben, betrachten Sie die zusätzliche Belastung, die er an den Stationen seines Arbeitsplans verursacht. Das ist besonders in der Auftragsfertigung hilfreich: Zwei scheinbar ähnliche Aufträge können gemeinsam genutzte Ressourcen sehr unterschiedlich beanspruchen.

Mit der Freigabeentscheidung ist erst die Hälfte geschafft. Für die freigegebenen Aufträge muss noch eine abgestimmte Bearbeitungsfolge über diese Ressourcen hinweg geplant werden. SkyPlanner APS erstellt daraus einen durchgängigen Produktionsplan. Das verringert den Aufwand, die Freigabeliste mit den einzelnen Maschinenwarteschlangen abzugleichen, und macht die Auswirkungen auf Liefertermine leichter erkennbar.

Was bedeutet Workload Control in der Fertigung?

Workload Control (WLC) ist ein Ansatz der Produktionsplanung und -steuerung, der den Zugang zur Fertigung anhand der Belastung ihrer Ressourcen regelt. Bei der belastungsorientierten Auftragsfreigabe warten Aufträge in einem vorgelagerten Auftragspool, bis eine Freigaberegel ihren Zugang zum Shopfloor erlaubt. Belastungsgrenzen für die einzelnen Arbeitssysteme helfen dabei zu entscheiden, welche Aufträge freigegeben werden können.

Ziel ist es, den Umlaufbestand (WIP) zu steuern: bereits freigegebene, aber noch nicht abgeschlossene Aufträge. Ein Arbeitssystem kann eine einzelne Maschine oder eine Gruppe geeigneter, untereinander austauschbarer Ressourcen sein. Seine Belastung ergibt sich aus dem zugewiesenen Arbeitsumfang und wird häufig in geschätzten Bearbeitungsstunden ausgedrückt. Seine Kapazität beschreibt dagegen, in welchem Umfang es diese Arbeit leisten kann. Eine Belastungsgrenze ist ein Schwellenwert der Freigaberegel – kein anderes Wort für verfügbare Kapazität.

WLC ist besonders dann relevant, wenn Produkte unterschiedliche Arbeitspläne und Bearbeitungszeiten haben, etwa bei der kundenspezifischen Zerspanung, im Metallbau und in anderen Werkstattfertigungen mit hoher Variantenvielfalt. Die bloße Anzahl der Aufträge sagt über diesen Auftragsmix wenig aus. Ein Auftrag benötigt vielleicht nur einen kurzen Zuschnitt, aber eine umfangreiche Zerspanung; ein anderer durchläuft die Zerspanung überhaupt nicht.

Der umfassendere WLC-Ansatz kann auch die Bearbeitung von Kundenanfragen und Entscheidungen über Liefertermine unterstützen. Hier geht es um die tägliche Freigabefrage: Welche wartenden Aufträge sollen jetzt in die Fertigung gehen?

Nicht nur die Warteschlange vor der ersten Maschine betrachten

Die sichtbare Warteschlange einer Maschine zeigt nicht die gesamte Arbeit, die auf sie zukommt. Bereits freigegebene Aufträge können sich noch an vorgelagerten Stationen befinden, wo sie auf frühere Arbeitsgänge warten oder gerade bearbeitet werden. Später beanspruchen sie dieselbe nachgelagerte Kapazität.

Für die Freigabesteuerung ist Folgendes zu unterscheiden:

• Direkte Belastung: Arbeit, die bereits am Arbeitssystem wartet oder dort bearbeitet wird.
• Indirekte Belastung: Arbeit aus freigegebenen Aufträgen, die sich noch an vorgelagerten Stationen befindet, dieses Arbeitssystem aber noch durchlaufen wird.
• Belastung im Auftragspool: Arbeit aus noch nicht freigegebenen Aufträgen. Wenn Sie einen Auftrag zur Freigabe prüfen, betrachten Sie dessen Belastung als möglichen zusätzlichen Beitrag.

Angenommen, in der Zerspanung ist heute Morgen wenig los, doch morgen treffen dort mehrere bereits freigegebene Aufträge aus vorgelagerten Fertigungsbereichen ein. Wer diese Bereiche nun mit weiteren Aufträgen füllt, die ebenfalls zerspant werden müssen, lässt die bevorstehende Belastung außer Acht. Ein wartender Auftrag, der die Zerspanung nicht durchläuft, kann dagegen ein sinnvoller Freigabekandidat sein.

Darin liegt der Nutzen einer Steuerung anhand der Arbeitspläne: Sie unterscheidet zwischen Aufträgen, die eine entstehende Warteschlange weiter verlängern, und solchen, die andere Stationen durchlaufen. Aus „Wir haben Platz zum Starten“ wird „Die überwachten Arbeitssysteme dieses Auftrags haben noch Spielraum für seine zusätzliche Belastung“.

Erst die Belastungsrechnung festlegen, dann die Grenze setzen

WLC umfasst eine Familie von Ansätzen, keine universelle Formel. Die Freigabeverfahren unterscheiden sich darin, wie sie nachgelagerte Arbeit berücksichtigen, wann sie den Auftragspool prüfen und wie sie reagieren, wenn einem Arbeitssystem die Arbeit ausgeht.

Ein dokumentiertes Verfahren verwendet die korrigierte aggregierte Belastung. Dabei wird die geschätzte Bearbeitungszeit jedes Arbeitsgangs durch seine Position im ursprünglichen Arbeitsplan des Auftrags geteilt. Der erste Arbeitsgang trägt seine volle Zeit bei, der zweite die Hälfte und der dritte ein Drittel. Dieser einmal zugewiesene Beitrag bleibt bis zum Abschluss des jeweiligen Arbeitsgangs in der Belastung des zugehörigen Arbeitssystems enthalten.

Die Korrektur unterscheidet zwischen Arbeit, die unmittelbar an einer Ressource ansteht, und Arbeit, die nach der Freigabe zunächst Zeit an vorgelagerten Stationen verbringt. Sie ist eine Rechenkonvention zur Belastungserfassung. Die Bearbeitungszeit, die die Maschine letztlich leisten muss, wird dadurch nicht verkürzt.

Vermischen Sie die Rechenkonventionen nicht. Ein zweiter Arbeitsgang mit sechs Stunden Bearbeitungszeit trägt bei diesem Verfahren drei korrigierte Belastungsstunden bei. Im Produktionsplan benötigt er aber weiterhin sechs Bearbeitungsstunden. Eine für korrigierte Belastungen ausgelegte Grenze lässt sich nicht einfach auf eine Belastungsübersicht übertragen, die jeden nachgelagerten Arbeitsgang mit seiner vollen Zeit erfasst.

Bevor Sie eine Freigabegrenze anwenden, halten Sie schriftlich fest, in welcher Einheit Sie die Belastung messen, welche Arbeitsgänge einfließen, wie deren Beiträge berechnet werden und mit welcher Fertigmeldung der jeweilige Beitrag entfällt. Diese Festlegungen machen die Entscheidung über Planer und Schichten hinweg nachvollziehbar und wiederholbar.

Eine belastungsorientierte Freigabeentscheidung Schritt für Schritt

Ein Auftrag wartet auf die Freigabe. Sein Arbeitsplan sieht zwei Stunden Zuschnitt, sechs Stunden Zerspanung und drei Stunden Montage vor. Nach der oben beschriebenen korrigierten aggregierten Belastungsrechnung ergeben sich Beiträge von zwei, drei beziehungsweise einer Belastungsstunde.

Nehmen wir an, die aktuelle Belastungsübersicht und die betrieblich festgelegten Belastungsgrenzen sehen wie folgt aus. Die Zahlen veranschaulichen die Entscheidung; sie sind keine empfohlenen Grenzwerte.

Überwachtes Arbeitssystem	Aktuelle korrigierte Belastung	Beitrag des geprüften Auftrags	Belastung bei Freigabe	Belastungsgrenze
Zuschnitt	5	2	7	8
Zerspanung	8	3	11	10
Montage	4	1	5	6

Zuschnitt und Montage bleiben innerhalb ihrer Belastungsgrenzen, die Zerspanung nicht. Verlangt die Freigaberegel, dass alle gesteuerten Arbeitsplätze im Arbeitsplan ihre jeweilige Grenze einhalten, bleibt der Auftrag im Pool. Eine freie Maschine im Zuschnitt setzt die Belastungsgrenze der Zerspanung nicht außer Kraft.

Nehmen wir an, bis zur nächsten Prüfung sind in der Zerspanung Arbeitsgänge abgeschlossen worden, deren Beiträge von insgesamt zwei korrigierten Belastungsstunden aus dem Belastungskonto ausgebucht wurden. Ohne weitere Belastungsänderungen liegt die aktuelle Belastung der Zerspanung nun bei sechs; mit dem Beitrag von drei für den geprüften Auftrag ergibt sich neun. Damit besteht der Auftrag jetzt alle drei Prüfungen.

Ein praktikables Verfahren für die periodische Auftragsfreigabe folgt diesem Ablauf:

1. Belastungsstand aktualisieren. Buchen Sie die zugeordneten Belastungsbeiträge abgeschlossener Arbeitsgänge aus und gleichen Sie Änderungen an bereits freigegebenen Aufträgen ab.

2. Freigabefähige Poolaufträge in eine Rangfolge bringen. Prüfen Sie zunächst, ob die Voraussetzungen für die Bearbeitung erfüllt sind. Sortieren Sie die Aufträge anschließend nach einer vereinbarten Regel, etwa nach Liefertermin oder geplantem Freigabetermin.

3. Den Arbeitsplan des nächsten Auftrags prüfen. Addieren Sie dessen vorgesehene Belastungsbeiträge probeweise zu den aktuellen Kontoständen und vergleichen Sie die Ergebnisse mit den jeweiligen Belastungsgrenzen.

4. Nur genehmigte Freigaben verbuchen. Nehmen Sie die Belastungsbeiträge des freigegebenen Auftrags in das Belastungskonto auf. Besteht der Auftrag die Prüfung nicht, bleibt er im Pool, ohne dass seine probeweise angesetzte Belastung im Konto verbleibt.

5. Die weiteren Kandidaten prüfen. Jede nachfolgende Prüfung verwendet das Belastungskonto, das durch die zuvor genehmigten Freigaben bereits aktualisiert wurde.

Dieser letzte Punkt ist entscheidend. Zwei Aufträge können jeweils für sich zur Ausgangsbelastung am Morgen passen, bei gemeinsamer Freigabe aber eine Grenze überschreiten. Ein abgelehnter Auftrag muss auch nicht alle weiteren Freigaben blockieren: Je nach gewählter Auswahlregel für den Pool kann ein Auftrag mit einem anderen Arbeitsplan die Prüfung bestehen.

Wenn ein Arbeitsgang abgeschlossen ist, buchen Sie seinen zugeordneten Belastungsbeitrag am betreffenden Arbeitsplatz aus. Entfernen Sie nicht die gesamte Auftragsbelastung an allen nachfolgenden Arbeitsplätzen, nur weil der erste Arbeitsgang abgeschlossen ist.

Einen Freigaberhythmus wählen, der den Fertigungsfluss sichert

Bei der periodischen Freigabe werden Auftragskandidaten in festen Abständen geprüft. Die kontinuierliche Freigabe reagiert dagegen auf festgelegte Belastungszustände, sobald diese eintreten. Einige WLC-Verfahren kombinieren beides: Die periodische Freigabeentscheidung gleicht Belastungen aus, während eine ergänzende Regel bei Arbeitsmangel an einem Arbeitssystem greift.

Bei einer leeren Warteschlange sollte daher die vereinbarte Regel greifen – nicht die informelle Anweisung, einfach alles Verfügbare freizugeben. Eine Regel zur Vermeidung von Arbeitsmangel muss festlegen, welcher Auftrag freigegeben werden darf und wie seine Belastung verbucht wird. Andernfalls können Ausnahmen die Steuerung nach und nach aushebeln.

Dieselbe Disziplin gilt für Eilaufträge. Behalten Sie die Wartezeit der Aufträge im Pool und ihre Terminrisiken im Blick. Scheitert ein fälliger Auftrag wiederholt an einer Belastungsgrenze, müssen Sie entscheiden, ob Kapazität, Arbeitsplan, Priorität oder Lieferzusage angepasst werden sollen. Den Auftrag lediglich als dringend einzustufen, schafft keine zusätzliche Bearbeitungszeit.

Auch eine Belastungsgrenze löst keine dauerhafte Überlastung. Übersteigt der Bedarf aus angenommenen Aufträgen an einer zentralen Ressource fortlaufend die erreichbare Leistung, verändert das Zurückhalten weiterer Aufträge vor der Fertigung lediglich deren Warteort. Kapazität und Lieferzusagen müssen Sie weiterhin überprüfen.

Belastungsgrenzen an der gesamten Durchlaufzeit ausrichten – nicht an einer aufgeräumten Fertigung

Eine sehr großzügige Belastungsgrenze erleichtert die Freigabe, lässt aber die Warteschlangen wachsen. Eine sehr enge Grenze kann die Zeit der Aufträge in der Fertigung verkürzen, während sie dafür zu lange im Pool warten. Besonders Aufträge mit hohem Arbeitsumfang lassen sich dann unter Umständen nur schwer freigeben.

Betrachten Sie bei einem Auftrag, der in den Pool aufgenommen wird, die Zeit bis zur Fertigstellung als zwei zusammenhängende Abschnitte:

Wartezeit im Pool + Zeit von der Freigabe bis zur Fertigstellung.

Eine Woche Wartezeit aus der Fertigung in den Pool zu verlagern, bedeutet nicht automatisch, dass der Kunde seinen Auftrag eine Woche früher erhält.

Sorgen Sie zunächst für ein verlässliches Belastungskonto und zuverlässige Fertigmeldungen. Führen Sie Belastungsgrenzen schrittweise ein oder senken Sie bestehende Grenzen nach und nach. Prüfen Sie anschließend, ob sich Durchsatz, Liefertreue und gesamte Auftragsdurchlaufzeit gemeinsam verbessern. Achten Sie neben den Durchschnittswerten auch auf die am längsten wartenden Poolaufträge. Gehen Sie den Ursachen nach, wenn Arbeitsplätzen die Arbeit ausgeht, statt allein einen niedrigeren Umlaufbestand in der Fertigung als Erfolg zu werten.

Eine allgemeingültige „richtige“ Anzahl an Belastungsstunden gibt es nicht. Welche Grenze funktioniert, hängt vom Mix der Arbeitspläne, der Kapazität, der Qualität der Zeitschätzungen und dem gewählten Verfahren zur Belastungsrechnung ab. Überprüfen Sie die Grenze erneut, wenn sich diese Bedingungen ändern.

WLC, BOA, CONWIP und POLCA: unterschiedliche Steuerungsfragen

Alle diese Verfahren befassen sich mit dem Fertigungsfluss. Ihre Steuerungssignale sind jedoch nicht austauschbar.

Ansatz	Schwerpunkt der Steuerung
Belastungsbasierte Freigabe im Rahmen von WLC	Ob die Belastungsbeiträge eines Auftrags die Grenzen der gesteuerten Arbeitsplätze in seinem Arbeitsplan einhalten.
BOA	Der deutsche Ansatz der belastungsorientierten Auftragsfreigabe: Fertigungsaufträge werden entsprechend der Kapazitätsbelastung und einer festgelegten Belastungsgrenze freigegeben.
CONWIP	Die Freigabe richtet sich nach einer Obergrenze für den gesamten Umlaufbestand innerhalb eines abgegrenzten Produktionsbereichs.
POLCA	Zusätzlich zur Auftragsfreigabe erfolgt eine Kapazitätsfreigabe über überlappende Kartenkreisläufe, die jeweils einem Paar von Fertigungsinseln zugeordnet sind.

Die klassische BOA und die verschiedenen WLC-Freigabeverfahren dürfen nicht als ein und derselbe Algorithmus behandelt werden. Übertragen Sie insbesondere keinen BOA-Belastungsprozentsatz auf ein Beispiel mit korrigierter Belastung, ohne festzulegen, wie das betreffende Verfahren die Belastung misst und seine Grenze bestimmt.

Wählen Sie den Ansatz danach aus, welche Entscheidung Sie steuern müssen. Eine Obergrenze für den gesamten Umlaufbestand begrenzt die Menge innerhalb eines abgegrenzten Bereichs. Belastungsgrenzen je Arbeitsplatz berücksichtigen dagegen, an welchen Arbeitsplätzen die verschiedenen Arbeitspläne Belastung verursachen. Keiner der beiden Ansätze legt für sich allein Maschine und Startzeit jedes einzelnen Arbeitsgangs fest.

Freigegebene Aufträge mit SkyPlanner in einen abgestimmten Fertigungsplan überführen

Besteht ein Auftrag die Belastungsprüfung, darf er nach der gewählten Freigaberegel in die Fertigung aufgenommen werden. Das bedeutet weder, dass sein nächster Arbeitsgang sofort starten kann, noch, dass sein Liefertermin gesichert ist. Maschinen sind an Schichtzeiten gebunden, Materialien haben Verfügbarkeitstermine, und Arbeitsgänge hängen von vorgelagerten Arbeiten ab.

SkyPlanner APS verknüpft diese Randbedingungen für die angenommenen Aufträge. Die Planungs-KI Arcturus weist Prozessschritte geeigneten Arbeitsstationen zu und berücksichtigt dabei die konfigurierten Kapazitäten, Schichten, Abhängigkeiten und Prioritäten. Ist die materialabhängige Planung aktiviert, fließt auch die Materialverfügbarkeit in die Berechnung ein. Die Gantt-Ansicht zeigt den daraus entstehenden Plan über alle Ressourcen hinweg.

Zurück zum Beispiel: Die Belastungsgrenze der Zerspanung erlaubt jetzt die Freigabe des Auftrags. Sein sechsstündiger Arbeitsgang braucht aber weiterhin einen Platz zwischen den bereits eingeplanten Arbeitsgängen. SkyPlanner berechnet diese Einplanung im Zusammenhang mit Zuschnitt, Montage und den übrigen Aufträgen. Sie sehen die voraussichtliche Fertigstellung und die Auswirkungen geänderter Prioritäten, ohne die Reihenfolge an jeder Maschine von Hand neu aufbauen zu müssen.

Sie steuern den Fertigungsplan über Prioritäten, Regeln und Fixierungen; Arcturus übernimmt die Planungsberechnung. Darin liegt der praktische Nutzen von SkyPlanner als Ergänzung zu einer belastungsbasierten Auftragsfreigabe: weniger manueller Abgleich und ein klarerer Blick darauf, was die angenommenen Aufträge für die Liefertermine bedeuten.

Über das Datum, ab dem ein Auftrag starten darf, lässt sich ein vereinbarter frühestmöglicher Start in der Feinplanung berücksichtigen, sofern die entsprechende Datumsregel aktiviert ist. Dieses Datum ist eine Planungseinschränkung und kein Nachweis dafür, dass der Auftrag die aktuellen WLC-Belastungsgrenzen einhält. Berücksichtigen Sie die Freigabeentscheidung und das Belastungskonto daher bei der Gestaltung des Ablaufs ausdrücklich als eigene Elemente.

Der Arbeitsgangbericht und der Auftragspositionsbericht in SkyPlanner helfen Ihnen außerdem, erfasste Arbeiten und Abweichungen bei der Bearbeitungsdauer auszuwerten. Damit haben Sie eine Grundlage, um die Zeitschätzungen für die Planung zu verbessern. Für die Freigabesteuerung sind weiterhin klar definierte Fertigmeldungen und Regeln zur Belastungsrechnung erforderlich.

Was der richtige Startzeitpunkt bei Mamec verändert hat

Mamec, ein Hersteller industrieller Mischanlagen und von Hightech-Produkten in Auftragsfertigung, berichtet von einem deutlich geringeren Aufwand für die Produktionsplanung seit der Einführung von SkyPlanner. Im Kundenbericht beschreibt Mamec außerdem angemessenere Durchlaufzeiten und weniger unnötig im Umlaufbestand gebundenes Kapital, weil die Aufträge zum richtigen Zeitpunkt starten.

Genau darauf sollte die Feinplanung im Zusammenspiel mit der Freigabesteuerung abzielen: Aufträge beginnen dann, wenn sie vorankommen können, statt sich nur in die nächste Warteschlange einzureihen. Auch für Planer, die mit Belastungsgrenzen für die Freigabe arbeiten, ist dieser Unterschied entscheidend. Ein kontrollierter Start sollte in einen abgestimmten Plan münden – und nicht dazu führen, dass Warteschlangen erneut umorganisiert werden müssen.

Beginnen Sie mit einer Freigabeentscheidung und verfolgen Sie den Auftrag bis zur Lieferung

Wählen Sie für die erste Umsetzung eine sinnvolle Gruppe von Arbeitszentren, deren Belastung Sie steuern wollen, sowie repräsentative Arbeitspläne aus. Prüfen Sie, ob die zu Gruppen zusammengefassten Maschinen die Arbeit tatsächlich untereinander aufteilen können. Richten Sie die Fertigmeldungen ein und vereinbaren Sie, wie mit einem Auftrag umzugehen ist, der die Belastungsgrenzen nicht rechtzeitig einhalten kann. Prüfen Sie anschließend, ob Ihre Freigabeentscheidungen und Ihr Produktionsplan zueinander passen.

SkyPlanner lässt sich über seine offene REST API an jedes ERP- oder MES-System anbinden. Sie können Ihren Produktionsplan also verbessern, ohne das System ersetzen zu müssen, in dem Ihre Aufträge verwaltet werden.

Sie möchten dieses Zusammenspiel anhand Ihrer eigenen Produktion sehen? Buchen Sie eine SkyPlanner-Demo. Bringen Sie den Arbeitsplan eines noch nicht freigegebenen Auftrags, die aktuellen Belastungen der Arbeitszentren und Ihre vorgesehene Freigaberegel mit. Verfolgen Sie den freigegebenen Auftrag durch den Produktionsplan und prüfen Sie, wie er sich auf Fertigstellungstermine und konkurrierende Aufträge auswirkt.

Sie möchten sich lieber erst selbst umsehen? Testen Sie SkyPlanner mit Demodaten oder nutzen Sie den KI-gestützten Einstieg im SkyPlanner-Assistenten. Erleben Sie, wie viel einfacher die Planung wird, wenn der gesamte Arbeitsplan zentral durchgerechnet wird und Sie dabei die Kontrolle über die Prioritäten behalten.