Pull-Prinzip

Während man nach dem herkömmlichen Material-Requirements-Planning-Konzept (MRP-Konzept, PPS-Sukzessivplanungskonzept, Push-Konzept) versucht, die Produktionsabläufe möglichst genau im Voraus festzulegen, geht man bei Einsatz des Pull-Prinzips anders vor. Anstatt durch einen vorausschauenden Produktionsplan, der auf der Basis von Prognosen der Bedarfsmengen aufgestellt wird, werden alle Produktionsvorgänge nun direkt oder indirekt durch einen eingetroffenen Auftrag eines Kunden ausgelöst.

Ein wesentliches Kennzeichen des Pull-Prinzips besteht darin, daß die Produktionssteuerung nicht mehr – wie beim Push-Prinzip – für jede Produktionsstufe detailliert festlegt, welcher Produktionsauftrag von wann bis wann bearbeitet werden soll. Stattdessen wird nur für die letzte Produktionsstufe, z.B. die
Endmontage, ein Produktionsplan aufgestellt. Wird ein Vorprodukt benötigt, das in der Endmontagestufe verarbeitet werden soll, dann wird die entsprechende Menge aus dem Ausgangslager des Vorprodukts (der letzten Produktionsstelle vor der Endmontage) entnommen.

Die Produktionsstelle, die das Vorprodukt herstellt, entdeckt die entstandene Lücke in ihrem Lagerbestand und füllt diese Lücke möglichst unverzüglich wieder auf. Dabei verbraucht sie wiederum
eine bestimmte Menge ihres Vorprodukts, die sie aus dem Ausgangslager der unmittelbar stromaufwärts gelegenenen Produktionsstufe entnimmt. Dieser Prozeß setzt sich in Richtung auf das Rohmateriallager in gleicher Weise fort. Jede Produktionsstelle entnimmt die benötigten Vorprodukte aus dem jeweils vorgelagerten Lagerbestand. Man spricht auch vom "Supermarkt-Prinzip", weil auch dort nach der Entdeckung einer Lücke in einem Regal diese möglichst schnell wieder geschlossen wird, damit es nicht zu Fehlmengen kommt. Die vorgelagerten Produktionsstellen müssen ihre Ausgangslagerbestände wieder auffüllen, indem sie produzieren.

Es entstehen vermaschte selbststeuernde Regelkreise, die eine Dezentralisierung der Bestandskontrolle und damit die Übertragung der kurzfristigen Produktionssteuerung an die ausführenden Mitarbeiter ermöglichen. Eine zentrale Planung wie im PPS-Sukzessivplanungskonzept, die ohnehin mit großen Problemen behaftet ist, ist nicht mehr erforderlich. Grundlegende Idee eines Pull-Systems ist es, daß jede Produktionsstelle immer nur so viele Einheiten eines Erzeugnisses herstellt, wie tatsächlich von den nachfolgenden (verbrauchenden) Produktionsstellen benötigt werden (Produktion auf Abruf). Methodisch handelt es sich um eine Aneinanderreihung von (s,q)-Lagerhaltungspolitiken mit einer sehr kleinen Losgröße und einer jeweils sehr kurzen "Wiederbeschaffungszeit". Dabei werden die Bedarfsinformationen von Produktionsstufe zu Produktionsstufe entgegen dem Materialfluß weitergegeben.

Ziel der Einführung des Push-Prinzips ist die Reduzierung der Lagerbestände. Dies soll durch einen nahezu kontinuierlichen Materialfluß erreicht werden, bei dem die Werkstücke sich ähnlich wie bei der getakteten Fließproduktion möglichst ohne Wartezeiten durch die Produktionsstellen bewegen. Von besonderer Bedeutung ist dabei, daß jede Produktionsstelle ausreichend flexibel ist, um schnell auf die wechselnden Abrufe von Erzeugnissen aus ihrem Lager reagieren zu können. Denn es werden an den einzelnen Produktionsstellen unterschiedliche Produkte produziert. Ausreichend flexibel bedeutet vor allem, daß die Umstellung der Produktionsstelle, z.B. einer Maschine nur sehr geringe Umrüstzeit benötigt. Bei Montageprozessen, die durch Mitarbeiter durchgeführt werden, ist diese Flexibilität i.d.R. gegeben. Bei Maschinen bzw. Produktionsanlagen muß man technische Maßnahmen zur Erhöhung der Flexibilität bzw. zur Reduzierung der Umrüstzeiten ergreifen. Hierzu bieten sich an:

  • Standardisierung der Maße von Werkzeugen sowie von Vorrichtungen
  • Einsatz von technischen Hilfsmitteln zu Erleichterung und Beschleunigung dee Rüstvorgänge, u.a. auch hauptzeitparalleles Rüsten
  • Bestimmung rüstzeitoptimaler Reihenfolgen der Aufträge, was bei reihenfolgeabhängigen Rüstzeiten zu einer deutlichen Ersparnis an Rüstzeitverlusten führen kann

Damit ein möglichst gleichmäßiger Materialfluß erreicht werden kann, müssen die Arbeitsinhalte der Werkstücke bzw. Produktionsaufträge an den einzelnen Produktionstellen möglichst gleich sein. Vor allem darf es nicht zu großen zufälligen Schwankungen der Durchlaufzeiten der Produktionsaufträge an einer Produktionsstelle kommen, da es sonst zu Interferenzen zwischen den Produktionsstellen und Störungen im Materialfluß kommen kann. Solche Schwankungen entstehen u.a. auch, wenn es zu Maschinenausfällen kommt. Um diese zu vermeiden, wird eine systematische vorbeugende Instandhaltung empfohlen.

Zur Steuerung des Materialflusses lassen sich mehrere Konzepte einsetzen, die sich durch die
Anzahl der Produktionsstufen unterscheiden, die in einem Regelkreis enthalten sind.

Kanban-System. Der älteste, aus Japan stammende, Vorschlag zur Implementierung des Pull-
Prinzips wird wegen eines speziellen Informationsinstrumentes, der Kanban (japanisch für Karte), als Kanban- System bezeichnet. Ein Kanban hat die Funktion eines Produktionsauftrags. Ein wesentliches
Merkmal dieses Systems besteht darin, daß jede Produktionsstufe für jedes dort bearbeitete Erzeugnis
einen eigenen Kanban-Regelkreis besitzt.

An jedem Produktionsauftrag in einer Produktionsstelle bzw. dem entsprechenden Behälter haftet ein Kanban. Daraus folgt, daß der maximale Lagerbestand in der Produktionsstelle nicht größer als die Anzahl Kanbans sein kann. Wird ein Behälter mit Werkstücken aus dem Lager entnommen, dann wird die betreffende Karte entfernt und an eine Plantafel geheftet. Sobald die der Produktionsstelle M die Bearbeitung eines Behälters abgeschlossen hat, wird geprüft, ob sich ein Kanban
an der Plantafel befindet und ob ein zu der Karte passender Behälter mit Werkstücken im Lager
der vorgelagerten Produktionsstelle M − 1 vorhanden ist. Ist dies der Fall, dann wird die an dem Behälter
haftende Karte entfernt und an die Plantafel der der Produktionsstelle M − 1 geheftet. An dem Behälter wird nun die Karte der Produktionsstelle M befestigt und die Bearbeitung kann beginnen.

Hat die Produktionsstelle M−1 ihrerseits die Bearbeitung eines Behälters mit Werkstücken abgeschlossen, stellt sie diesen mit der daran haftenden Kanban in ihrem Ausgangslager ab und prüft, ob an ihrer Plantafel ein Kanban vorhanden ist und ob im Ausgangslager der vorgelagerten Produktionsstelle M-2 bereits ein Behälter mit zu dem Kanban passendenWerkstücken wartet. Dieser Prozeß setzt sich nun über alle Stationen fort.

Wichtig ist dabei, daß eine Produktionsstelle nur dann produziert werden darf, wenn sie über eine freie Kanban verfügt, die ihr erlaubt, aus ihrem vorgelagerten Eingangslager einen Auftrag zu übernehmen und zu bearbeiten. Ist kein freies Kanban freies, dann darf die Produktionsstelle nicht arbeiten.

Der maximale Lagerbestand (Work in Process, WIP) an einer Produktionsstelle hängt von der Anzahl Kanbans ab, die an der Produktionsstelle zirkulieren. Der tatsächliche Lagerbestand ist i.a. wesentlich geringer, da ja auch Kanbans an the Plantafel haften können.

Die Regelung der Lagerbestände an den einzelnen Produktionsstellen erfolgt durch die Festlegung der Anzahl der Kanbans, da an jedem Werkstückbehälter ein Kanban angeheftet sein muß, und durch die Definition der Behältergröße. Faßt z.B. ein Behälter mit Auspuffkrümmer 12 Werkstücke und beträgt die Anzahl Kanbans an einer Produktionsstelle 6, dann ist der Lagerbestand an der Produktionsstelle nicht größer als 72. Da man den Lagerbestand möglichst niedrig halten möchte, ist man in der Praxis geneigt, möglichst wenige Kanbans zirkulieren zu lassen. Das kann aber zu Problemen führen.
Verfügt eine Produktionsstelle nämlich über zu wenige Kanbans, dann kann der Fall eintreten, daß diese allesamt an Behältern mit fertig bearbeiteten Werkstücken im Ausgangslager der Produktionsstelle haften, die zum Abruf durch die nachfolgende Produktionsstelle m + 1 bereit stehen. Wartet nun bereits ein Werkstückbehälter im Ausgangslager der vorgelagerten Produktionsstelle m − 1 auf Abruf durch die Produktionsstelle m, dann könnte diese theoretisch mit der Bearbeitung beginnen.
Da sie aber keine Produktionserlaubnis hat (es befindet sich kein Kanban an der Plantafel, da alle an Werkstücken haften), ist die Produktionsstelle m blockiert. Die Möglichkeit der Beschränkung des Lagerbestands wird in diesem Fall mit einem Produktionsmengenverlust erkauft. Derartige Blockierungen treten z.B. dann auf, wenn eine nachfolgende Produktionsstelle über einen längeren Zeitraum langsamer oder infolge einer Störung überhaupt nicht arbeitet.

Da die tatsächlichen Durchlaufzeiten der Behälter an einer Produktionsstelle aufgrund verschiedener Einflüsse zufälligen Schwankungen unterliegen, müssen die Produktionsstellen durch eine ausreichende Anzahl von Kanbans voneinander entkoppelt werden. In der Praxis wird die Kanbananzahl einer Produktart an einer Produktionsstelle durch Multiplikation der erwarteten Durchlaufzeit mit der mittleren Periodenbedarfsmenge (Behälter pro Periode), erhöht um einen prozentualen Zuschlag, ermittelt. Auf diese Weise findet man allerdings selten die optimale Kartenanzahl. Denn die isolierte Bestimmung der Kartenanzahl für jede Station vernachlässigt die bei zufälligen Schwankungen der Durchlaufzeiten auftretenden Interdependenzen zwischen den Produktionsstellen.

CONWIP-System. Wahrend im Kanban-System fur jede Produktionsstelle und jede Erzeugnisart ein
getrennter Regelkreis eingerichtet wird, wird im CONWIP-System für die gesamte Produktionslinie
nur ein Kartenkreislauf verwendet. Jeder Karte ist ein Werkstückbehälter zugeordnet. Daher
stimmt der Lagerbestand mit der Anzahl Karten überein und ist konstant. Daher der Name Constant Work-in-Process.

Wie im Kanban-System warten Werkstückbehälter in einem Fertigproduktlager auf Aufträge.
Sobald ein Auftrag eintrifft, wird die CONWIP-Karte vom Werkstückbehälter entfernt und an die Plantafel
der Station 1 geheftet. Vor der Produktionsstelle 1 befindet sich bereits eine Warteschlange von Rohmaterial für unterschiedliche Erzeugnisarten. Aus dieser Warteschlange wird nun nach einer Prioritätsregel eine Erzeugnisart ausgewählt und – mit der Karte versehen – in die Produktionsstelle 1 eingeschleust. Innerhalb der Produktionslinie reihen sich die Werkstückbehälter dann nach ihrer Bearbeitung an einer Station unverzüglich in die Warteschlange vor der nächsten Station ein. Während der Rohmaterialnachschub in das System nach dem Pull-Prinzip erfolgt, können sich die Werkstücke innerhalb der Produktionslinie so schnell bewegen, wie es die Arbeitsgeschwindigkeiten der Produktionsstellen. Der Fall, daß eine Produktionsstelle nicht arbeitet, obwohl sich in ihrem Eingangslager Werkstücke befinden, kann hier - im Gegensatz zu Kanban-System - nicht auftreten. Lediglich die erste Produktionsstelle kann unbeschäftigt sein (obwohl Rohmaterial verfügbar ist), weil sich alle CONWIP-Karten an den anderen Stationen befinden.

In der Literatur gibt es zahlreiche Arbeiten in denen das CONWIP-System mit dem Kanban-System verglichen wird. Dabei werden teilweise Simulationsmodelle eingesetzt. Eine große Zahl von Forschern versucht aber, bestimmte Systemvarianten mit Hilfe von analytischen Modellen abzubilden und zu analysieren.

Siehe auch ...

Literatur

Günther, H.-O. und Tempelmeier, H. (2016). Produktion und Logistik - Supply Chain and Operations Management. 12. Aufl., Norderstedt: Books on Demand.