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Aegis Blog

Die Synergie zwischen der intelligenten Fertigung und der sicheren Lieferkette (Teil 1)

Die Synergie zwischen der intelligenten Fertigung und der sicheren Lieferkette (Teil 1)

Materialbestellungen werden mit ausreichend Vorlaufzeit aufgegeben, damit die Materialien rechtzeitig in der Fabrik ankommen, um den Verbrauchsbedarf decken zu können. Selbst heute, in einer Zeit, in der MRP- und ERP-Funktionen längst Entwicklungstrends folgen und in die Cloud migrieren, stellt sich die grundlegende Frage, ob diese Werkzeuge in unseren heutigen Fabriken nach Industrie 4.0 Maßstäben immer noch zeitgemäß sind. Oder müssen sie sich weiterentwickeln, verbessern oder gar ersetzt werden, um den immer härter werdenden Anforderungen an betriebliche Flexibilität gerecht oder mit der volatilen Materialverfügbarkeit auf dem Markt mithalten zu können? Es erscheint, dass ihre Relevanz, wenn sie nicht unterstützt werden, tatsächlich abnimmt. Ist es möglich, dass die Integration mit neuen Tools, die als Teil der digitalen Fabrik eingeführt worden sind, MRP und ERP neues Leben einhauchen können?     

Die Fähigkeit von MRP in der modernen Fabrik nicht unterstützt arbeiten zu können

Die offensichtliche Schwäche von MRP ist es, Ziele einzuhalten und genau das frustriert viele, da sie sich mit Materialknappheit und Lieferproblemen herumschlagen müssen. Fairnesshalber sei jedoch gesagt, dass sich auch das Umfeld, in dem ein MRP arbeitet, im Laufe der Zeit signifikant verändert hat. Um verstehen zu können, welche Auswirkungen diese Änderungen mit sich gebracht haben, muss man die drei Schlüsselfaktoren untersuchen, mit denen ein MRP effektiv arbeiten kann:

Informationen darüber welche Produkte wann produziert werden sollen
Transparenz hinsichtlich derjenigen Materialien, die bereits in der Fabrik zur Verfügung stehen
Verständnis für die Flexibilität des Materialeinsatzes

Die Informationen darüber welche Produkte produziert werden sollen und in welcher Stückzahl, werden in erster Linie aus einem ERP-Prozess gewonnen. Der traditionelle Ansatz eines ERP ist es, die langfristige Umsatzprognose als Grundlage herzunehmen und auf dieser einen Werksplan zu erstellen, der diese Nachfrage befriedigen kann und gleichzeitig sicherstellen, dass jeder Knotenpunkt in der Vertriebskette der Produkte zwischen der Fabrik und dem Kunden stets ausreichend bestückt ist. Die ERP-Kalkulationen sind reichlich starr, reflektieren dennoch häufig recht subjektive Daten aus der Verkaufsorganisation, da sie auch den voraussichtlichen Umsatz jedes Produkts vorhersagen. Wenn der Lebenszyklus eines Produkts vergleichsweise lang ist, herrscht gegenüber diesen Produkten eine konstante Nachfrage, die leicht durch Marketingaktionen gesteuert und beeinflusst werden kann. Die größeren Herausforderungen für die Berechnung eines Lebenszyklus‘ sind neue Produkteinführungen, denn hier muss der Bestand an neuen Produkten erst in der gesamten Vertriebskette aufgebaut werden. Diese Berechnung basiert dann auf der Erwartung einer potentiellen Nachfrage sowie dem Ende der Lebensdauer eines Produkts, bei denen die Bestände dann “ausgeschwemmt” werden müssen, ohne dass übermäßig viel Rabatt gewährt wird.        Bei einer sehr langen Zeitspanne konstanter Nachfrage, besteht in der Fabrik kaum ein Unterschied zwischen dem, was prognostiziert wurde und dem tatsächlichen Lieferbedarf, der wesentliche Fokus liegt hier auf Qualitätsproblemen, da diese für eine termingerechte Lieferung die größte Bedrohung darstellen.

Für die meisten Bereiche in der Baugruppenfertigung repräsentiert die Erstellung von Produkten mit langer Lebensdauer das “Goldene Zeitalter” der Fertigung, welches sich nun auf Grund des globalen Wettbewerbs auf dem Elektronikmarkt, der die Profite erodiert hat, komplett gewandelt hat. Da sich die Technologie-Entwicklungen immer rasanter beschleunigen, müssen neue und variantenreichere Produkte auf dem Markt eingeführt werden und das immer schneller, häufiger und kostengünstiger, damit man mit der Konkurrenz mithalten kann. Die Vertriebskette ist der größte Feind dieser Entwicklung, denn die Vertriebskosten eines Produkts übersteigen in vielen Fällen die tatsächlichen Fertigungskosten. Die bloße Investition, die durch eine große Anzahl an Fertigwaren in der Vertriebskette mit zusätzliche Lager- und Logistikkosten verbunden ist, ist eine einfach aber unerfreuliche Berechnung.

Dazu kommt noch, dass die Lebenszyklen von Produkten signifikant verkürzt werden, da mehr Produkte und Varianten immer schneller auf den Markt kommen. Die Zeitspanne der konstanten Nachfrage, die zwischen einer neuen Produkteinführung und dem Ende dessen Lebensdauer liegt, verkürzt sich drastisch und verschwindet in manchen Fällen sogar ganz, was zu einer sehr viel höheren Volatilität der Nachfrage führt. Die Kosten für den Preisverfall von Lagerbeständen in der Vertriebskette gewinnen dadurch für das Gesamtgeschäft eine immer größere Bedeutung. Eine Auswirkung dieses Trends ist es, die Anzahl der fertiggestellten Güter innerhalb der gesamten Vertriebskette drastisch zu reduzieren und diese so schlank wie irgend möglich zu machen. Für das Werk gewinnt dies zunehmend an Bedeutung, da sich die Volatilität der Marktnachfrage mit weniger Pufferbeständen in der Vertriebskette direkt auf die Werkspläne auswirkt, da nun kleinere Losgrößen bei steigender Produktanzahl gefragt sind, was in Summe zu einer schrittweisen Erhöhung des Produktmix führt. Die daraus resultierenden Auswirkungen auf die Produktivität der Fabrik sind ihrerseits beachtlich: bei Produkten mit langer Lebensdauer, die kontinuierlich produziert werden, kann eine Bruttoproduktivität von 80% erzielt werden; bei volatilen Produkten mit kurzer Lebensdauer schrumpft diese auf 20-40% oder sogar noch weniger. Die an Massenproduktion orientierten ERP- und MRP-Systeme sind nun herausgefordert, weil ihnen die in der Vertriebskette anfallenden Kosten bekannt sind, die langfristige Verpflichtungen verhindern.

Dieser Trend hat nun seinen Höhepunkt erreicht und führte zur Geburtsstunde von Industrie 4.0 und der Erkenntnis, dass ein ganz neuer Ansatz für die Art und Weise, wie Produkte gefertigt werden, erforderlich ist, um den sehr kurzfristigen Lebenszyklen derselben und den Änderungen der Kundennachfrage begegnen zu können. Industrie 4.0 unterstützt die enge Kopplung von Kundennachfrage und Werksangebot, was nach Ansicht vieler Produktionsbetriebe in Kundennähe von Vorteil ist. Dies ist ein Nachteil für das ursprüngliche kostengünstige Modell des Remote Manufacturing, welches in den letzten Jahren vorherrschend war. Industrie 4.0 ist der Weg diesen Remote-Manufacturing-Trend umzukehren, Arbeitsplätze in der Fertigung zu schaffen und wirtschaftlichen Wert hauptsächlich in westlichen Ländern zu steigern. Dieses Potential schafft für führende Fertigungshersteller eine große Motivation, ihr Unternehmen nach den Maßgaben von Industrie 4.0 zu verändern, in welcher Form auch immer.  Da es quasi keinen Pufferbestand mehr zwischen der Fabrik und dem Kunden gibt und der Versand oftmals direkt erfolgt, erkennen Manager immer mehr, dass Fabriken im Sinne von Industrie 4.0 so handeln müssen, als würden sie “auf Bestellung“ arbeiten aber selbstverständlich mit der „Effizienz von Massenproduktionen“. Diese Situation geht über die Reichweite eines traditionellen ERP-Systems weit hinaus.

Die nächste Herausforderung für MRP ist die Kenntnis der im Werk vorhandenen Materialien. Jedes dieser Materialien sollte immer den unterschiedlichen, zuvor geplanten, Produkten und Arbeitsaufträgen zugeordnet werden. In zunehmendem Maße kommt es jedoch zu “interner” Materialknappheit; in diesen Fällen geht das das ERP-System davon aus, dass Material verfügbar ist, welches dann allerdings nicht auffindbar ist. Bisher wurde dann einfach die Materialmenge innerhalb der Fabrik erhöht, damit Zusagen getroffen werden konnten, dass immer ausreichend Material vorhanden sei und es daher nie zu einem Stillstand der Produktion käme. Denn dies würde wiederum die pünktliche Produktauslieferung an den Kunden gefährden. Dieses Aufblähen des Materiallagers verzögert allerdings nur das Auftreten interner Materialknappheit.     

Da es also immer noch zu internen Engpässen kommt, werden Materialien, die anderen Arbeitsaufträgen zugeordnet sind häufig “gestohlen”, um eine Linie weiterlaufen lassen zu können. Selbstverständlich kommt es dadurch in einem anderen Bereich der Fertigung zu Materialknappheit. Um sicherzustellen, dass Materialien weder aus dem Lager noch auf Werksebene veruntreut werden, werden häufig extreme Maßnahmen eingeleitet und Materialien weggesperrt oder Sicherheits-Checkpoints errichtet. Als letzte Konsequenz muss dann der interne Materialprozess in Form einer vollständigen Bestandszählung zurückgesetzt werden. Dies muss in periodischen Abständen erfolgen und zwar abhängig davon, wie schwer die Probleme sind und wie hoch die Investitionen in zusätzliche Materialien oder die Verfügbarkeit zusätzlicher Materialien ist, die als notwendig erachtet werden. Eine derartige vollständige Bestandszählung dauert in der Regel zwei bis drei Tage, die Kosten dafür entsprechen einem Verlust von 1% der Bruttoproduktivität einer Fabrik. In der Praxis müssen jährlich ein oder zwei Bestandszählungen durchgeführt werden. Diese Zählung führ schließlich zu der Erkenntnis, dass ein ERP-System keine Transparenz hinsichtlich der Materialien bieten kann, die an einen anderen Ort verbracht oder auf Werksebene gelagert werden.        

So stellte beispielsweise ein großer Fertigungsbetrieb für Baugruppen bei einer Routineuntersuchung fest, dass in dessen ERP-System ein Lagerbestand im Wert von $ 1 Million gelistet war, diese Materialien in der Fabrik jedoch überhaupt nicht vorhanden waren; gleichzeitig wurde in der Fabrik ein veralteter Lagerbestand im Wert von $ 300.000 gefunden, den ERP überhaupt nicht verzeichnet hatte. Die Ursache des Problems liegt darin, wie ERP Materialien zuordnet. Diese werden nämlich als Material-Bausätze der Produktion zugeordnet.    

Ein Bausatz besteht in der Regel aus allen Materialien, die benötigt werden, um den dazugehörigen Arbeitsauftrag abschließen zu können und zwar entweder für jede Maschine oder die gesamte Linie. SMT-Materialien werden in der Regel auf Großspulen oder anderen Trägern mit jeweils zwischen 1.000 bis 10.000 Teilen gelagert. Das ist der Größe der Komponenten, der hohen Stückzahl für die Massenproduktion sowie der Geschwindigkeit geschuldet, mit der SMT Bestückungsautomaten arbeiten. Wenn nun kleinere Losgrößen produziert werden sollen, dann wird wahrscheinlich jedes Material in jedem erstellten Bausatz, die tatsächlich benötigte Menge um ein Vielfaches übersteigen. Eine typische Losgröße besteht aus 200 Produktkomponenten, wobei nur ein Exemplar eines Materials pro Produkt benötigt wird, jedoch von einer Rolle mit Tausenden von Bauteilen kommt. Ein zusätzliches Problem ist, dass eine bestimmte Anzahl von Materialien verloren gehen, wenn die Spule auf einem Förderer eingerichtet oder von diesem entfernt wird. Besonders wenn mit einem Arbeitsauftrag begonnen wird, kommt es während des Betriebs der Maschine zu zusätzlichem Materialverlust. Dies führt dazu, dass eine unbekannte Menge an Materialien, welche die benötigte Menge übersteigt, während eines Arbeitsauftrags verbraucht wird. Auf der Materialspule verbleibt nach Beendigung des Arbeitsauftrags eine unbekannte Anzahl an Materialien. Das verbleibende Material zu zählen ist sehr zeitintensiv und bedeutet außerdem, dass das Material häufig berührt werden muss, wodurch sowohl dieses als auch die Verpackung beschädigt werden können.           

Derartige Zählungen werden häufig nicht durchgeführt und selbst wenn sie durchgeführt werden, verbleibt wenig Zeit, um das ERP-System manuell auf die tatsächlich verwendete Menge zu aktualisieren. Für die Betreiber von Maschinen ist es wichtig, die Maschine für den nächsten Arbeitsauftrag mit dem dafür vorgesehenen Materialsatz vorzubereiten. In Konsequenz werden zunehmend mehr Materialien in unbekannter Anzahl in der Produktion gelagert und sind für ERP schlichtweg nicht sichtbar. Das Ausmaß des Problems skaliert mit der Reduzierung von Losgrößen. Diese offensichtliche Verfügbarkeit von Materialien entlang der Fertigungslinien ist bei Produktionsvorgängen akzeptiert und wird teilweise sogar gefördert, da man so im Falle unerwarteter Materialknappheit in den Materialsätzen schnell reagieren kann. Tatsache ist jedoch, dass die Auswirkungen von Verschleiß, Verlust, Materialschäden unaufhaltsam zur Inkongruenz der Lagerbestände innerhalb der ERP-Aufzeichnung und der realen Welt führen und zusätzlich die Qualität der Materialien leidet. MRP bestellt für nicht sichtbare Verluste aber keine Ersatzmaterialien.          

Die dritte Herausforderung für MRP bezieht sich auf das Ausmaß an Flexibilität bei Fertigungsprozessen in Bezug auf die Frage, wann Materialien benötigt werden und welche Alternativen dazu zulässig sind. Die Stücklisteninformationen werden aus dem Produktdesign abgeleitet. Die am häufigsten verwendete Methode zur Übertragung von Konstruktionsdaten in die SMT-Fertigung ist die grafische Darstellung des Leiterplattenbilds in einem als Gerber bekannten Format, das ursprünglich auf einem HP Plotter-Zeichnungsstandard basiert, zusammen mit vielen anderen Diagrammen, Bildern, Grafiken sowie Listen mit Informationen zu Positionen von Bauteilen, elektrischen Knotenpunkten und vielem mehr. Das Team der Montageverfahrenstechnik muss anhand dieser Unterlagen ein Produktmodell erstellen, welches es ihm ermöglicht, detaillierte Prozessanweisungen und Informationen für jede Maschine und jeden manuellen Vorgang zu erstellen, die im Rahmen des Montage- und Prüfprozesses verwendet werden sollen. Diese Aufgabe kann leicht acht Arbeitstage Entwicklungszeit für jedes Produkt in Anspruch nehmen und führt in der Regel zu zahlreichen Fehlern, Widersprüchen und Auslassungen, die eine technische Nachkontrolle der Maschinen unmittelbar vor Produktionsbeginn sowie die Erstellung und Prüfung eines Testprodukts bei jedem Arbeitsgang erfordern.

Aufgrund dieses langen und komplexen Verfahrens muss das Engineering-Team zu einer Zeit, in der immer mehr neue Produkte in einer Fabrik gefertigt werden, im Voraus entscheiden, welche Linienkonfiguration für die Herstellung des Produkts verwendet wird. Im Nachhinein besteht kaum noch die Möglichkeit die Konfiguration oder die zu verwendenden Materialien zu ändern. Denn dies würde wahrscheinlich je nach Lieferformat und physikalischen Eigenschaften unterschiedliche Maschinenkonfigurationen und Programmeinstellungen erfordern. Schließlich wird das Produkt an einer festgelegten Line mit konstanter Produktionsrate gefertigt – und entspricht überhaupt nicht den tatsächlichen Fertigstellungs- oder den Lieferanforderungen des Kunden – wobei ein streng kontrollierter Materialsatz verwendet wird. Die einzige Methode, mit der Linienkonfigurationen gleichmäßig betrieben werden können, sind Pufferbestände fertiggestellter Waren eines jeden Produkts, was allerdings dem Sinn und Zweck von Industrie 4.0 zuwiderläuft. Die Fabrik übernimmt nämlich einfach den Pufferbestand mit allen dazugehörigen Kosten und Risiken, der einst Teil der Vertriebskette war, und erhöht somit die Fertigungskosten signifikant und völlig unnötig und macht diese somit nicht wettbewerbsfähig.        

 

Da die drei wesentlichen Faktoren der MRP derart stark von Branchentrends beeinflusst werden, sind die Aussichten für MRP und selbst ERP in der heutigen von Industrie 4.0 geprägten Fertigungswelt mehr als düster. MRP weiß nicht mit Sicherheit welche Produkte wann gefertigt werden, da die Produktionsnachfrage sich dauernd ändert. Außerdem weiß MRP nichts über die tatsächlichen Materialmengen in der Fabrik, noch über deren Standort und deren Zuordnung. Bei der Auswahl der für jedes Produkt zu verwendenden Materialien besteht außerdem kaum Flexibilität.

Im Ergebnis führt dies dazu, dass ein MRP gezwungenermaßen mit immer kürzer werdenden Zeitspannen und mit häufigem, abruptem und dringendem Bedarf an Materialbestellungen arbeiten muss. Als Wechselwirkung wird die Einkaufspolitik geschwächt, welche oftmals auch den Materialeinkauf auf dem „grauen Markt“ miteinschließt. Es ist daher allerhöchste Zeit, diese MRP- und ERP-Tools so zu verbessern oder zu verändern, dass sie mit diesen Herausforderungen fertig werden können.     

Michael Ford ist Senior Director of Emerging Industry Strategy bei Aegis Software.

Anmerkung des Herausgebers: Verpassen Sie keinesfalls den zweiten Teil dieses Artikels.



Karen Moore-Watts

Marketing Manager, Europe

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