POLCA-System: Auftragsfluss zwischen Fertigungsinseln

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Eine Fertigungsinsel schließt den nächsten Auftrag ab, doch die nachfolgende Insel kann ihn nicht weiterbearbeiten. Das erste Team war durchgehend beschäftigt. Der Auftrag hat damit einen Platz in der Warteschlange gewonnen – aber keine bessere Chance auf einen pünktlichen Versand.

Bei hoher Variantenvielfalt und kleinen Stückzahlen lässt sich das schwerer steuern, weil nicht alle Aufträge denselben Fertigungsweg durchlaufen. Einer muss zur Zerspanung und Montage, ein anderer zum Schweißen und zur Oberflächenbearbeitung. Für jedes denkbare Teil einen Standardbehälter nachzufüllen, ist bei dieser Vielfalt keine praktikable Lösung.

POLCA steuert den Auftragsfluss zwischen diesen Inseln mithilfe von Kapazitätssignalen. So können Teams vermeiden, Arbeit zu beginnen, die lediglich den Rückstau in nachgelagerten Inseln vergrößert. Eine weitere Planungsfrage bleibt ebenso wichtig: Wie lassen sich die freigegebenen Aufträge mit anderen Aufträgen und gemeinsam genutzten Maschinen einplanen? SkyPlanner APS führt diese Arbeit in einem gemeinsamen Produktionsplan zusammen. Das verringert den manuellen Aufwand beim Abgleich separater Insellisten und Warteschlangen an den Ressourcen.

Was ist POLCA in der Fertigung?

POLCA steht für Paired-cell Overlapping Loops of Cards with Authorization. Das Verfahren zur Produktionssteuerung legt mithilfe einer begrenzten Anzahl von Karten je Inselpaar und auftragsspezifischen Freigabeterminen fest, wann die Bearbeitung beginnen darf. Rajan Suri entwickelte es im Rahmen von Quick Response Manufacturing für die Fertigung mit hoher Variantenvielfalt, kleinen Stückzahlen und kundenspezifischen Produkten.

Entscheidend ist, was die Karte bedeutet. Eine POLCA-Karte ist ein Kapazitätssignal für ein bestimmtes Inselpaar, keine Aufforderung, ein Teil mit einer bestimmten Teilenummer nachzufüllen. Die begrenzte Kartenanzahl steuert den Umlaufbestand (WIP), der im jeweiligen Regelkreis gebunden ist. Verschiedene Produkte können denselben Regelkreis nutzen, wenn ihr Fertigungsweg durch dieses Inselpaar führt.

Zwei Bedingungen müssen gemeinsam erfüllt sein:

• Der Auftrag ist freigegeben. Sein Freigabetermin an dieser Insel ist erreicht. Er wird also nicht früher begonnen, als es der Plan erlaubt.
• Im richtigen Regelkreis ist eine Karte verfügbar. Damit darf weitere Arbeit in diese Verbindung zwischen den Inseln eingebracht werden.

Der Auftrag muss außerdem bearbeitungsbereit sein; dazu gehört auch das erforderliche Material. Eine freie Karte erzeugt keinen Kundenbedarf, ersetzt kein fehlendes Bauteil und macht einen noch nicht freigegebenen Auftrag nicht dringend. Ebenso wenig erlaubt ein geplanter Starttermin, einen vollständig belegten Regelkreis zu ignorieren.

So funktionieren die überlappenden Regelkreise

Stellen Sie sich einen Auftrag vor, der die Fertigungsinsel A, die Zerspanungsinsel B und die Montageinsel C durchläuft. Sein Fertigungsweg nutzt einen A/B-Regelkreis und einen B/C-Regelkreis. Jeder Regelkreis hat eigene Karten; eine A/B-Karte kann keine B/C-Karte ersetzen.

Start in A mit einer A/B-Karte

Sobald der Auftrag an A freigegeben ist, prüft das Team, ob eine A/B-Karte und das benötigte Material verfügbar sind. Sind die Voraussetzungen erfüllt, wird die Karte dem Auftrag zugeordnet und die Bearbeitung beginnt.

Die A/B-Karte bleibt beim Auftrag, wenn A die Bearbeitung abschließt und ihn an B weitergibt. Sie kehrt nicht schon deshalb zu A zurück, weil die Fertigung dort abgeschlossen ist. Die Karte bleibt gebunden, während der Auftrag an B wartet und dort bearbeitet wird.

Vor dem Start in B kommt die B/C-Karte hinzu

Bevor B mit der Zerspanung beginnt, muss der Auftrag dort freigegeben und eine B/C-Karte verfügbar sein. Während der Bearbeitung in B trägt der Auftrag deshalb sowohl seine eingehende A/B-Karte als auch seine ausgehende B/C-Karte. Darin besteht die Überlappung: B gehört zu beiden Regelkreisen.

Ist keine B/C-Karte verfügbar, würde der Beginn der Zerspanung einen Fertigungsweg zusätzlich belasten, dessen zulässiger Arbeitsbestand bereits vollständig gebunden ist. B sollte stattdessen einen anderen bearbeitungsbereiten, freigegebenen Auftrag in Betracht ziehen, für den die benötigte Karte verfügbar ist. Erfüllt kein Auftrag diese Voraussetzungen, kann die Führungskraft das Team zur Entlastung des Engpasses oder für eine andere sinnvolle Aufgabe einsetzen – statt Arbeit nur deshalb zu beginnen, um B auszulasten.

Kartenrückgabe nach Abschluss in der jeweils zweiten Insel

Sobald B den Auftrag abgeschlossen hat und dieser zu C weitergeht, kehrt die A/B-Karte zu A zurück. A kann sie für einen weiteren Auftrag in Richtung B nutzen, der die Voraussetzungen erfüllt.

Die B/C-Karte begleitet den Auftrag weiter durch C. Nachdem C die Bearbeitung abgeschlossen hat, kehrt diese Karte zu B zurück. Ist C die letzte Insel innerhalb des gesteuerten Ablaufs, benötigt sie zum Start keine weitere Karte für einen ausgehenden Regelkreis.

Erst diese Rückgaberegel macht das Signal aussagekräftig. Würde A/B vorzeitig zurückgegeben, dürfte weitere Arbeit in den Regelkreis gelangen, bevor der bestehende Auftrag in B abgeschlossen ist. Würde die Karte eines abgeschlossenen Auftrags unnötig zurückgehalten, bliebe eine bereits wieder nutzbare Berechtigung blockiert.

Eine Karte reserviert dennoch keine sofort freie Maschine. Sie regelt, wie viel Arbeit in einem Regelkreis gebunden ist, legt aber nicht den genauen Bearbeitungszeitpunkt jedes Arbeitsgangs innerhalb der Inseln fest.

POLCA, Kanban und CONWIP steuern unterschiedliche Größen

Alle diese Verfahren nutzen Freigabesignale, beantworten aber unterschiedliche Fragen.

Verfahren	Was das Signal üblicherweise freigibt	Geeigneter Einsatzbereich
Teilespezifisches Produktionskanban	Nachfertigung eines festgelegten Teils in definierter Menge nach Verbrauch	Wiederkehrende Teile mit einem praktikablen Nachschubkreislauf
CONWIP	Aufnahme eines weiteren Auftrags in einen definierten Ablauf, sobald die Freigabe zur Nutzung eines Platzes im begrenzten Gesamtumlaufbestand zurückkehrt	Begrenzung des Arbeitsbestands innerhalb eines festgelegten Bereichs
POLCA	Einbringen von Arbeit in den Regelkreis eines bestimmten Inselpaars, sofern der Auftrag freigegeben ist	Unterschiedliche Produkte mit unterschiedlichen Fertigungswegen zwischen Inseln

Kanban in der Produktion ist sinnvoll, wenn sowohl der nachzufüllende Artikel als auch der Nachschubablauf wiederholbar sind. Ein kundenspezifisches Teil, das noch nicht konstruiert oder bestellt wurde, lässt sich nicht wie ein standardmäßig bevorratetes Bauteil steuern.

CONWIP kann unterschiedliche Produkte abdecken, ohne für jedes Teil eine eigene Nachschubkarte zu benötigen. Kennzeichnend ist die Begrenzung des gesamten Umlaufbestands im gewählten Ablauf. POLCA nutzt dagegen lokale Signale für die Verbindungen zwischen den Inselpaaren, die ein Auftrag durchläuft, statt sich allein auf eine Gesamtbegrenzung zu stützen.

In der Praxis geht es nicht darum, welches Kürzel fortschrittlicher klingt. Entscheidend ist, was Sie steuern müssen: den Nachschub bekannter Artikel, den gesamten Arbeitsbestand in einem abgegrenzten System oder die zwischen Inseln gebundene Arbeit bei wechselnden Fertigungswegen. Für verschiedene Bereiche eines Werks können die Antworten unterschiedlich ausfallen.

Passt POLCA zu Ihrem Werk?

Es lohnt sich, POLCA zu prüfen, wenn die Variantenvielfalt den teilespezifischen Nachschub aufwendig macht, die Fertigungswege aber weiterhin durch klar identifizierbare Inseln führen. Sie müssen für jeden Auftrag wissen, welche Insel als Nächstes folgt, und die zugehörigen Regelkreise aufrechterhalten können.

Besonders relevant ist POLCA, wenn lokale Entscheidungen immer wieder zu Rückstaus führen: Ein vorgelagertes Team startet Arbeit, um seine Auslastung zu sichern, obwohl die nachfolgende Insel bereits überlastet ist. Das Verfahren gibt dem Team einen Grund, stattdessen einen anderen freigegebenen Auftrag zu wählen, anstatt den Rückstau weiter zu vergrößern.

Es gibt auch Gründe, zunächst Vorarbeit zu leisten. Unzuverlässige Angaben zu Fertigungswegen erschweren die Wahl der richtigen Karte. Fehlendes Material kann Aufträge und Karten binden, ohne dass die Bearbeitung vorankommt. Reicht die Kapazität einer Fertigungsinsel dauerhaft nicht für die angenommenen Aufträge aus, braucht es eine Kapazitätsentscheidung – nicht nur eine andere Kartenanzahl.

Anzahl und Funktion der Regelkreise sind ebenso wichtig wie die Produktvielfalt. Sehr viele, nur selten genutzte Verbindungen zwischen Fertigungsinseln lassen sich unter Umständen nur schwer verwalten. Beginnen Sie mit einer zusammengehörigen Produktfamilie, deren Fertigungswege und Übergaben sich klar beschreiben lassen, statt zwischen jedem denkbaren Abteilungspaar eine Karte einzuführen.

Vor allem muss die Führung das Verhalten unterstützen, das sie einfordert. Werden Beschäftigte ausschließlich dafür belohnt, ihre eigenen Maschinen auszulasten, besteht ein starker Anreiz, eine Regel zu umgehen, die mitunter den Arbeitsbeginn untersagt. Bewerten Sie den Pilotversuch anhand des Auftragsflusses und der Liefertreue, nicht allein anhand der Auslastung.

Prüfen Sie im Pilotversuch den Auftragsfluss, nicht nur die Karten

Wählen Sie eine überschaubare Gruppe zusammengehöriger, realer Aufträge und bilden Sie ab, welche Fertigungsinseln diese tatsächlich durchlaufen. Beziehen Sie alle ein, die die Aufträge planen, bearbeiten und transportieren. Gemeinsam müssen sie vor dem Start vier praktische Fragen klären.

Welche Arbeitsmenge steht hinter einer Karte? Ob Auftrag, Transportlos oder definierte Arbeitsmengeneinheit: Es muss gemeinsam festgelegt sein, wofür die Karte steht. Ein kurzer und ein langer Arbeitsgang benötigen nicht allein deshalb gleich viel Kapazität, weil beide jeweils eine Auftragsnummer haben. Bei einem stark schwankenden Auftragsmix sollten Sie die Arbeitsmenge hinter den Karten prüfen, statt davon auszugehen, dass die reine Auftragszahl aussagekräftig genug ist.

Wie viel Arbeit soll jeder Regelkreis zulassen? Legen Sie die anfängliche Kartenanzahl anhand des erwarteten Auftragsflusses, der Durchlaufzeit durch beide Fertigungsinseln und der gewählten Arbeitsmengeneinheit fest. Zu viele Karten schwächen die Begrenzung von Auftragsstaus; zu wenige können Arbeit aufhalten, die sonst vorankäme. Es gibt keine einheitliche Kartenanzahl, die für jeden Regelkreis oder jeden Betrieb passt.

Wer prüft die Karten, gibt sie weiter und führt sie zurück? Legen Sie eindeutig fest, wie die Freigabe geprüft wird und an welchen Punkten die Karten zurückgehen. Üben Sie einen vollständigen Auftragsdurchlauf – auch mit einer fehlenden Karte für den ausgehenden Regelkreis, fehlendem Material und einem blockierten Auftrag. Für eine kontrollierte Ausnahme braucht es einen Verantwortlichen und eine dokumentierte Begründung. Wer regelmäßig ohne die erforderliche Erlaubnis startet, setzt die Steuerung außer Kraft.

Woran erkennen Sie, ob das Verfahren funktioniert? Erfassen Sie Ausgangswerte für Umlaufbestand, Durchlaufzeit im gesteuerten Bereich, Durchsatz und Liefertreue. Prüfen Sie während des Pilotversuchs, wo Karten und Aufträge warten. Klären Sie vor einer Änderung der Grenzen, ob die Ursache in der tatsächlichen Arbeitslast, einer versäumten Kartenrückgabe, unzuverlässigen Daten oder einem wiederkehrenden Produktionsproblem liegt.

So wird der Pilotversuch zu einem sinnvollen Lernprozess. Sie prüfen, ob Aufträge die ausgewählten Fertigungsinseln verlässlicher durchlaufen – nicht, ob das Team eine Tafel mit bunten Karten füllen kann.

Eine freie Karte im Regelkreis klärt noch nicht die Lieferplanung

Kehren wir zum Fertigungsweg A–B–C zurück. Stellen Sie sich vor, ein weiterer Auftrag geht von A zur Schweißinsel D. Für den ersten Auftrag ist eine A/B-Karte verfügbar, für den zweiten eine A/D-Karte. Beide Aufträge sind freigegeben und startbereit.

Später benötigen beide Aufträge dieselbe Ressource für die Endbearbeitung, die auch andere Produktfamilien bedient. Die lokalen Freigaben sagen dem Planer nicht, welcher Auftrag zuerst fertig werden kann, ob sich die Warteschlange vor dem Versand abarbeiten lässt oder was passiert, wenn ein dringender Kundenauftrag hinzukommt.

Hier muss die Feinplanung den gesamten Fertigungsweg berücksichtigen. Die Signale zwischen den jeweils gekoppelten Fertigungsinseln helfen zu steuern, was beginnen darf. Der zusammenhängende Plan zeigt, wie Arbeitsgänge auf gemeinsam genutzten Ressourcen um die tatsächlich verfügbare Zeit konkurrieren und was das für die Fertigstellung bedeutet.

Wer beide Fragen mit der Kartenliste jeder einzelnen Fertigungsinsel beantworten will, schafft zusätzliche Handarbeit. Der Planer muss dann Listen abgleichen, Aufträge zwischen den Warteschlangen der Ressourcen verschieben und bei jeder Prioritätsänderung dieselben Konflikte in nachgelagerten Bereichen erneut prüfen.

Planen Sie mit SkyPlanner über die gesamte Fertigung hinweg

SkyPlanner APS führt angenommene Fertigungsaufträge in einem gemeinsamen Ressourcenplan zusammen. Definieren Sie Prozessschritte, geeignete Arbeitsstationen, Bearbeitungszeiten, Schichten und Abhängigkeiten. Arcturus, die Planungs-KI von SkyPlanner, berechnet, wie sich die Arbeitsgänge unter Berücksichtigung der konfigurierten Kapazitäten und Prioritäten einplanen lassen. Die Gantt-Ansicht macht die Reihenfolge und die Fertigstellungstermine sichtbar.

Bei den beiden Aufträgen, die sich die Kapazität der Endbearbeitung teilen, wird der spätere Kapazitätskonflikt damit im selben Plan sichtbar wie die Vorfertigung, die spanende Bearbeitung und das Schweißen. Sie verbringen weniger Zeit damit, getrennte Warteschlangen manuell abzugleichen, und können fundierter entscheiden, welche Lieferzusage Aufmerksamkeit erfordert.

Vereinbarte früheste Starttermine lassen sich über Startfreigabedaten abbilden, wenn die entsprechende Datumsregel aktiviert ist. Ein solches Datum setzt der Planung eine zeitliche Grenze; es bestätigt nicht, dass eine POLCA-Karte frei ist. Die tatsächliche Entscheidung über die Freigabe im jeweiligen POLCA-Regelkreis muss weiterhin in der Produktionssteuerung getroffen werden. Stimmen Sie die eingeplanten Arbeiten auf die vereinbarten Freigaben und Startbeschränkungen ab.

Sie behalten die Kontrolle über die Prioritäten. Mit den dynamischen Prioritäten von SkyPlanner können Sie die Berechnung an Lieferterminen, der Bedeutung von Kunden und Aufträgen sowie weiteren Planungszielen ausrichten. Eine neu verfügbare Karte bedeutet nicht automatisch höchste Priorität für den gesamten Betrieb. Ist die materialabhängige Planung aktiviert, wird bei der Einplanung des materialverbrauchenden Arbeitsgangs auch die Materialverfügbarkeit berücksichtigt.

Ändern sich die hinterlegten Kapazitäten oder Prioritäten, kann Arcturus den zusammenhängenden Plan neu berechnen. Statt jede betroffene Warteschlange von Hand zu überarbeiten, können Sie die Auswirkungen auf die entscheidenden Aufträge prüfen. SkyPlanner lässt sich über seine offene REST API mit jedem ERP- oder MES-System integrieren. So kann eine bessere Feinplanung Ihre bestehenden Auftrags- und Produktionssysteme ergänzen.

Mamec, ein Hersteller von Mischtechnik und Hightech-Auftragsfertiger, kennt die Probleme der manuellen Planung. Im Kundenbericht beschreibt das Unternehmen, wie Tausende voneinander abhängige Fertigungsaufträge früher anhand der Liefertermine auf Papieraufträgen priorisiert wurden – ohne verlässlichen Gesamtüberblick. Seit der Integration von SkyPlanner mit Oscar ERP nutzt Mamec eine KI-gestützte Planung mit begrenzter Kapazität und eine gemeinsame Produktionsübersicht. Das Unternehmen berichtet von einem deutlich geringeren Planungsaufwand. Diese Erfahrung verdeutlicht den Nutzen einer zusammenhängenden Feinplanung, nicht den einer POLCA-Einführung. Die ganze Geschichte lesen Sie im Erfahrungsbericht von Mamec zu SkyPlanner.

Prüfen Sie die Signale zwischen Fertigungsinseln und die gemeinsam genutzte Kapazität im Zusammenspiel

Wenn POLCA zu Ihrer Fertigung passt, nutzen Sie den Pilotversuch, um klare Freigaberegeln für die Regelkreise und eine verlässliche Kartenrückgabe zu etablieren. Machen Sie mit SkyPlanner sichtbar, in welcher Reihenfolge angenommene Aufträge die Ressourcen belegen und welche Folgen das für Liefertermine in der gesamten Fertigung hat. Gemeinsam setzen diese Entscheidungen am eigentlichen Problem an: die richtigen Arbeiten zu starten, ohne aus dem Blick zu verlieren, was für ihre Fertigstellung nötig ist.

Buchen Sie eine SkyPlanner-Demo anhand einer repräsentativen Gruppe von Fertigungsinseln, zweier Aufträge mit unterschiedlichen Fertigungswegen und einer Ressource, die beide Aufträge nutzen. Halten Sie dafür die vereinbarten Startbeschränkungen und Prioritäten bereit. So können Sie praxisnah prüfen, wie SkyPlanner den manuellen Aufwand für die Feinplanung verringern und die Auswirkungen auf Liefertermine verdeutlichen kann.

Wenn Sie sich lieber zunächst selbst umsehen möchten, testen Sie SkyPlanner mit Demodaten oder nutzen Sie den KI-gestützten Einstieg im SkyPlanner Assistant.