Optimierung einer Produktionsplanung

Die Erfindung betri f ft eine Vorrichtung und ein computerimplementiertes Verfahren zur Optimierung einer Produktionsplanung für eine Produktion mindestens eines Produkts , wobei Mitarbeiter zum Bedienen von Maschinen zur Produktion des mindestens einen Produkts zugeordnet sind, sowie ein Computerprogrammprodukt .

Bei einer industriellen Produktion wird in der Regel vorab das Personal auf verschiedene Maschinen, z . B . zum Bedienen oder Überwachen, verteilt . Außerdem wird festgelegt , welche Produktionsschritte in einem vorgegebenen Zeitraum auf einer j eweiligen Maschine gefertigt werden . Diese Produktionsplanung wird in der Regel a priori oder of fline durchgeführt . Dabei erfolgt für den Betrachtungs zeitraum eine stationäre Zuordnung der Mitarbeiter auf Maschinen bzw . Arbeitsbereiche . Oftmals sind eine solche Planung und Zuteilung nicht ef fizient , was beispielsweise einen Produktions fluss verschlechtern kann .

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Produktionsplanung für eine Produktion eines Produkts oder mehrerer Produkte zu optimieren .

Die Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen beschriebenen Maßnahmen gelöst . In den abhängigen Ansprüchen sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung dargestellt .

Gemäß einem ersten Aspekt betri f ft die Erfindung eine Vorrichtung zur Optimierung einer Produktionsplanung für eine Produktion mindestens eines Produkts , wobei Mitarbeiter zum Bedienen von Maschinen zur Produktion des mindestens einen Produkts zugeordnet sind, wobei die Vorrichtung umfasst : a ) eine Schnittstelle , die derart eingerichtet ist , Planungsdaten für die Produktion sowie Kompetenzinformationen bezüglich Maschinenbedienung und Verfügbarkeitsinformationen der Mitarbeiter einzulesen, b ) ein erstes Optimierungsmodul , das derart eingerichtet ist , eine optimierte prozentuale Zuordnung der Mitarbeiter zu den j eweiligen Maschinen für einen vorgegebenen Zeitraum in Abhängigkeit der Planungsdaten, der Kompetenzinformationen und der Verfügbarkeitsinformationen zu ermitteln, c ) ein zweites Optimierungsmodul , das derart eingerichtet ist , optimierte Produktionsplanungsdaten zu ermitteln, wobei eine optimierte zeitliche Abfolge j eweiliger Produktionsschritte gemäß der Planungsdaten auf die Mitarbeiter und Maschinen in Abhängigkeit der prozentualen Zuordnung und in Abhängigkeit einer Anzahl von für einen Produktionsschritt benötigten Mitarbeiter ermittelt wird, und d) ein Ausgabemodul , das derart eingerichtet ist , die optimierten Produktionsplanungsdaten zur Produktion des mindestens einen Produkts gemäß der optimierten Produktionsplanungsdaten aus zugeben .

Die Vorrichtung ist insbesondere geeignet die Produktionsplanung für eine Produktion einer großen Stückzahl eines Produkts zu optimieren, wobei das Produkt beispielsweise aus mehreren Komponenten besteht . Die Produktion der einzelnen Komponenten erfolgt beispielsweise in vorgegebenen Produktionsschritten j eweils auf verschiedenen Maschinen, die j eweils von einem Mitarbeiter bedient oder überwacht werden .

Planungsdaten für die Produktion können beispielsweise auf Basis von Kapazitäten der vorhandenen bzw . benötigten Maschinen angeben, welches Volumen in einem vorgegebenen Zeitraum produziert werden kann . Die Planungsdaten umfassen somit vorzugsweise eine Kapazitätsbetrachtung .

Kompetenzinformationen bezüglich Maschinenbedienung der Mitarbeiter betref fen beispielsweise Ausbildung bzw . berufliche Quali fikation der Mitarbeiter, die für die Bedienung einer Maschine relevant sind . Insbesondere kann eine Kompetenzinformation eines Mitarbeiters ein Quali fikationsprofil umfassen . Verfügbarkeitsinformationen der Mitarbeiter umfassen Informationen zu Arbeitsschichten und individuellen Arbeits zeiten . Die Verfügbarkeitsinformationen werden vorzugsweise auf Schichtebene bereitgestellt .

Die Planungsdaten, die Kompetenzinformationen und die Verfüg- barkeitsinf ormationen können insbesondere als ein Datensatz oder als einzelne Datensätze eingelesen und für die weitere Produktionsoptimierung bereitgestellt werden .

Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass keine feste Zuordnung von Mitarbeitern auf Arbeitsplätze bzw . Maschinen, sondern eine gleichzeitige Zuordnung der Mitarbeiter und der Produktionsvorgänge erfolgt . Dazu wird die Produktions feinplanung mittels zwei Optimierungsschritten optimiert . Dies führt zur Verbesserung des Produktions flusses , reduziert zusätzlich die Komplexität und erlaubt eine adaptive Neuberechnung der Produktionsplanungsdaten .

In einer Aus führungs form der Vorrichtung kann das erste Optimierungsmodul die optimierte Zuordnung der Mitarbeiter zu den j eweiligen Maschinen mittels eines gemischt ganz zahligen Optimierungsproblems ermitteln .

Insbesondere wird ein MILP- oder ein MINLP- Optimierungsproblem mit dem Ziel einer maximalen Abarbeitung für einen vorgegebenen Betrachtungs zeitraum aufgestellt . Insbesondere kann zunächst ein einfacher Abgleich eines Quali fikationsprofils eines Mitarbeiters mit Maschinenanforderungen erfolgen .

In einer weiteren Aus führungs form der Vorrichtung kann das erste Optimierungsmodul eingerichtet sein, die optimierte Zuordnung der Mitarbeiter zu den j eweiligen Maschinen unter Berücksichtigung mindestens einer der folgenden Randbedingungen zu ermitteln : - Minimierung eines Arbeitsplatzwechsels eines Mitarbeiters ,

- gleichmäßige Auslastung eines Mitarbeiters , und/ oder

- Einhaltung maschinenspezi fischer Kriterien, wie z . B . Vermeidung von Kaltstarts .

In einer weiteren Aus führungs form der Vorrichtung kann das zweite Optimierungsmodul eingerichtet sein, die optimierten Produktionsplanungsdaten unter Berücksichtigung mindestens einer der folgenden Randbedingungen zu ermitteln :

- Einhaltung einer vorgegebenen Reihenfolge der Produktionsschritte ,

- Berücksichtigung des Bill-of-Material und/oder Bill-of- Process ,

- Einhaltung eines Fertigstellungstermins ,

- einer vorgegebenen Kapazität einer Maschine , und/ oder

- Minimierung von Umrüstzeiten .

In einer weiteren Aus führungs form der Vorrichtung kann das zweite Optimierungsmodul eingerichtet sein, bei einer zeitlichen Abweichung der Produktion von den optimierten Produktionsplanungsdaten, abhängig von der optimierten prozentualen Zuordnung erneut optimierte Produktionsplanungsdaten zu ermitteln .

Somit kann das zweite Optimierungsproblem erneut gelöst und es können aktualisierte Produktionsplanungsdaten ermittelt werden .

In einer weiteren Aus führungs form der Vorrichtung können das erste Optimierungsmodul und/oder das zweite Optimierungsmodul derart eingerichtet sein, ausgehend von einem aktuellen Produktions zustand die j eweilige Optimierung erneut aus zuführen .

Insbesondere kann dies für noch ausstehenden Produktionsschritte durchgeführt werden . In einer weiteren Aus führungs form kann die Vorrichtung zusätzlich ein Simulationsmodul umfassen, wobei das Simulationsmodul eingerichtet ist , eine computergestützte Materialflusssimulation der Produktion in Abhängigkeit der optimierten Produktionsplanungsdaten durchzuführen und Simulationsdaten aus zugeben .

In einer weiteren Aus führungs form der Vorrichtung kann das Simulationsmodul eingerichtet sein, Transport zelten zwischen Maschinen zu berücksichtigen .

In einer weiteren Aus führungs form kann die Vorrichtung ein Validierungsmodul umfassen, das derart eingerichtet ist , die optimierten Produktionsplanungsdaten anhand der Simulationsdaten zu validieren .

Die Optimierung erfolgt somit getrennt von einer Materialflusssimulation . Die Simulation erlaubt beispielsweise eine Überprüfung der Produktionsplanungsdaten . Außerdem erlaubt die Simulation eine Feinj ustierung der Produktionsplanungsdaten, da insbesondere auch Transport zelten berücksichtigt werden können .

In einer weiteren Aus führungs form kann die Vorrichtung zusätzlich ein Prognosemodul umfassen, das derart eingerichtet ist , produktionsrelevante Daten anhand der Simulationsdaten zu prognosti zieren .

Beispielsweise kann mittels der Simulation ein Material- oder Energieverbrauch berechnet werden .

Gemäß einem zweiten Aspekt betri f ft die Erfindung ein computerimplementiertes Verfahren zur Optimierung einer Produktionsplanung für eine Produktion mindestens eines Produkts , wobei Mitarbeiter zum Bedienen von Maschinen zur Produktion des mindestens einen Produkts zugeordnet sind, umfassend die Verfahrensschritte : - Einlesen von Planungsdaten für die Produktion, von Kompetenzinformationen bezüglich Maschinenbedienung und Verfügbar- keitsinf ormationen der Mitarbeiter,

- Ermitteln einer optimierten prozentualen Zuordnung der Mitarbeiter zu den j eweiligen Maschinen für einen vorgegebenen Zeitraum in Abhängigkeit der Planungsdaten, der Kompetenzinformationen und der Verfügbarkeitsinformationen,

- Ermitteln von optimierten Produktionsplanungsdaten, wobei eine optimierte zeitliche Abfolge j eweiliger Produktionsschritte gemäß der Planungsdaten auf die Mitarbeiter und Maschinen in Abhängigkeit der prozentualen Zuordnung und in Abhängigkeit einer Anzahl von für einen Produktionsschritt benötigten Mitarbeiter ermittelt wird, und

- Ausgeben der optimierten Produktionsplanungsdaten zur Produktion des mindestens einen Produkts gemäß der optimierten Produktionsplanungsdaten .

Des Weiteren betri f ft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt , das direkt in einen programmierbaren Computer ladbar ist , umfassend Programmcodeteile , die bei der Aus führung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, die Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens aus zuführen .

Ein Computerprogrammprodukt kann beispielsweise auf einem Speichermedium, wie z . B . Speicherkarte , USB-Stick, CD-ROM, DVD, ein nicht flüchtiger/dauerhaftes Speichermedium ( engl . Non-transitory storage Medium) oder auch in Form einer herunterladbaren Datei von einem Server in einem Netzwerk bereitgestellt oder geliefert werden .

Aus führungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen beispielhaft dargestellt und werden anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert . Es zeigen : Fig . 1 : ein Aus führungsbeispiel einer erfindungsgemäßen

Vorrichtung zur Optimierung einer Produktionsplanung; und

Fig . 2 : ein Aus führungsbeispiel eines erfindungsgemäßen

Verfahrens zur Optimierung einer Produktionsplanung .

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugs zeichen versehen .

Insbesondere zeigen die nachfolgenden Aus führungsbeispiele lediglich beispielhafte Realisierungsmöglichkeiten, wie insbesondere solche Realisierungen der erfindungsgemäßen Lehre aussehen könnten, da es unmöglich und auch für das Verständnis der Erfindung nicht ziel führend oder notwendig ist , all diese Realisierungsmöglichkeiten zu benennen .

Auch sind insbesondere einem ( einschlägigen) Fachmann in Kenntnis des/der Verf ahrensanspruchs/Verf ahrensansprüche alle im Stand der Technik üblichen Möglichkeiten zur Realisierung der Erfindung selbstverständlich bekannt , sodass es insbesondere einer eigenständigen Of fenbarung in der Beschreibung nicht bedarf .

Figur 1 zeigt eine Vorrichtung 100 zur Optimierung einer Produktionsplanung für eine Produktion mindestens eines Produkts , wobei Mitarbeiter W zum Bedienen von Maschinen zur Produktion des mindestens einen Produkts zugeordnet sind . Jeweilige Maschinen sind beispielsweise eingerichtet , mindestens einen Teil des Produkts zu produzieren . Das Produkt kann beispielsweise aus einer Viel zahl von Produktkomponenten bestehen, die in einzelnen Produktionsschritten produziert , bearbeitet und/oder zusammengefügt werden . Dabei können einzelne Produktionsschritte auf j eweiligen Maschinen durchgeführt werden . Beispielsweise kann eine große Stückzahl des Produkts produziert werden . Für die Produktion werden beispielsweise verschiedene Maschinen benötigt , die j eweils von Mitarbeitern bedient werden . Dabei kann ein Mitarbeiter auch mehrere Maschinen bedienen . Mit der Vorrichtung kann eine optimierte Produktionsplanung bereitgestellt werden, die einzelne Produktionsschritte und Mitarbeiter auf Maschinen optimiert zuordnet , um eine ef fi ziente Produktion zu erzielen .

Die Vorrichtung 100 umfasst eine Schnittstelle 101 , ein erstes Optimierungsmodul 102 , ein zweites Optimierungsmodul 103 und ein Ausgabemodul 104 . Die Vorrichtung 100 kann optional noch ein Simulationsmodul 105 , ein Validierungsmodul 106 und/oder ein Prognosemodul 107 umfassen . Des Weiteren kann die Vorrichtung 100 mindestens einen Prozessor umfassen . Die Vorrichtung 100 kann insbesondere Software- und Hardwarekomponenten umfassen; beispielsweise können Module der Vorrichtung als Softwarekomponenten ausgestaltet sein . Es kann sich beispielsweise um ein Assistenzsystem handeln .

Die Schnittstelle 101 ist derart eingerichtet , Planungsdaten PD für die Produktion einzulesen . Die Planungsdaten PD geben beispielsweise an, welche Stückzahl des Produkts in einem vorgegebenen Zeitraum mit vorgegebenen Maschinen produziert werden soll . Die Planungsdaten können aus Online-Systemen ( SAP, MES ) importiert werden . Weiter werden Kompetenzinformationen CI bezüglich Maschinenbedienung und Verfügbarkeitsinformationen AI der Mitarbeiter über die Schnittstelle 101 eingelesen . Vorzugsweise liegen für j eden Mitarbeiter eine Kompetenzinformation und eine Verfügbarkeitsinformation vor . Die Planungsdaten PD, die Kompetenzinformationen CI und die Verfügbarkeitsinformationen AI werden an das erste Optimierungsmodul 102 übermittelt .

Das erste Optimierungsmodul 102 ist derart eingerichtet , eine optimierte prozentuale Zuordnung PA der Mitarbeiter W zu den j eweiligen Maschinen für einen vorgegebenen Zeitraum in Abhängigkeit der Planungsdaten PD, der Kompetenzinformationen CI und der Verfügbarkeitsinformationen zu ermitteln . Dies wird vorzugsweise mittels eines gemischt ganz zahligen Optimierungsproblems gelöst . Das Optimierungsmodul 102 berück- sichtigt dabei vorzugsweise folgende Randbedingungen bei der Optimierung :

- Minimierung eines Arbeitsplatzwechsels eines Mitarbeiters ,

- gleichmäßige Auslastung eines bzw . aller Mitarbeiter, und/ oder

- Einhaltung maschinenspezi fischer Kriterien, wie z . B . Verhinderung von Kaltstarts oder Stillstandzeiten .

Die optimierte prozentuale Zuordnung PA der Mitarbeiter zu den j eweiligen Maschinen wird dem zweiten Optimierungsmodul 103 als Eingabe übermittelt .

Das zweite Optimierungsmodul 103 ist derart eingerichtet , optimierte Produktionsplanungsdaten PD_opt zu ermitteln . Dabei wird eine optimierte zeitliche Abfolge j eweiliger Produktionsschritte gemäß der Planungsdaten PD auf die Mitarbeiter W und Maschinen in Abhängigkeit der prozentualen Zuordnung PA und in Abhängigkeit einer Anzahl von für einen Produktionsschritt benötigten Mitarbeiter W berechnet . Folglich wird eine zeitliche Zuordnung bzw . Reihenfolgebildung ( Scheduling) bestimmt . Ziel ist eine Zeitoptimierung .

Das zweite Optimierungsmodul 103 berücksichtigt vorzugsweise folgende Randbedingungen :

- Einhaltung einer vorgegebenen Reihenfolge der Produktionsschritte ,

- Berücksichtigung des Bill-of-Material und/oder Bill-of- Process ,

- Einhaltung eines Fertigstellungstermins ,

- einer vorgegebenen Kapazität einer Maschine , und/ oder

- Minimierung von Umrüstzeiten .

Die optimierten Produktionsplanungsdaten PD_opt können anschließend ausgegeben werden, um die Produktion des mindestens einen Produkts gemäß der optimierten Produktionsplanungsdaten durchzuführen . Bei einer Abweichung der Produktion von den optimierten Produktionsplanungsdaten kann das zweite Optimierungsmodul 103 in Abhängigkeit der optimierten prozentualen Zuordnung PA erneute optimierte Produktionsplanungsdaten ermitteln .

Außerdem können das erste Optimierungsmodul 102 und/oder das zweite Optimierungsmodul 103 ausgehend von einem aktuellen Produktions zustand für die noch of fenen Produktionsschritte die j eweilige Optimierung erneut aus führen .

Die optimierten Produktionsplanungsdaten PD_opt können auch dem Simulationsmodul 105 und dem Validierungsmodul 106 übergeben werden .

Das Simulationsmodul 105 ist derart eingerichtet , in Abhängigkeit der optimierten Produktionsplanungsdaten PA eine computergestützte Material flusssimulation der Produktion durchzuführen . Dabei können insbesondere Transport zelten zwischen Maschinen berücksichtigt werden . Das Simulationsmodul 105 stellt entsprechende Simulationsdaten S IM bereit .

Die Simulationsdaten S IM können dem Validierungsmodul 106 übermittelt werden . Das Validierungsmodul 106 ist derart eingerichtet , die optimierten Produktionsplanungsdaten PD_opt anhand der Simulationsdaten S IM zu validieren . Damit kann die Planung auch weiter verfeinert werden .

Außerdem können die Simulationsdaten S IM dem Prognosemodul 107 übermittelt werden . Das Prognosemodul 107 ist derart eingerichtet , produktionsrelevante Daten PROD anhand der Simulationsdaten S IM zu prognosti zieren . Beispielsweise können Maschinenlauf zeiten, Materialverbrauch oder Energieverbrauch anhand der Simulationsdaten ermittelt werden .

Figur 2 zeigt ein Aus führungsbeispiel eines computerimplementierten Verfahrens zur Optimierung einer Produktionsplanung für eine Produktion mindestens eines Produkts , wobei Mitarbeiter zum Bedienen von Maschinen zur Produktion des mindes- tens einen Produkts zugeordnet sind . Insbesondere kann das Verfahren durch eine Vorrichtung, wie beispielhaft anhand Figur 1 beschrieben, durchgeführt werden .

Das Verfahren umfasst folgende Verfahrensschritte :

Im ersten Schritt S 1 werden Planungsdaten für die Produktion, Kompetenzinformationen bezüglich Maschinenbedienung und Verfügbarkeitsinformationen der Mitarbeiter eingelesen .

Im nächsten Schritt S2 wird eine optimierte prozentuale Zuordnung der Mitarbeiter zu den j eweiligen Maschinen für einen vorgegebenen Zeitraum in Abhängigkeit der Planungsdaten, der Kompetenzinformationen und der Verfügbarkeitsinformationen ermittelt .

Im nächsten Schritt S3 werden optimierte Produktionsplanungsdaten ermittelt , wobei eine optimierte zeitliche Abfolge j eweiliger Produktionsschritte gemäß der Planungsdaten auf die Mitarbeiter und Maschinen in Abhängigkeit der prozentualen Zuordnung und in Abhängigkeit einer Anzahl von für einen Produktionsschritt benötigten Mitarbeiter ermittelt wird .

Im nächsten Schritt S4 werden die optimierten Produktionsplanungsdaten ausgegeben . Beispielsweise können die optimierten Produktionsplanungsdaten den j eweiligen Mitarbeitern zur Verfügung gestellt werden . Beispielsweise können die optimierten Produktionsplanungsdaten einem j eweiligen Mitarbeiter individuell bereitgestellt werden . Die Bereitstellung kann beispielsweise auf Smart Devices erfolgen . Es ist auch möglich, dass eine Übersicht der optimierten Produktionsplanungsdaten für einen Schichtleiter bereitgestellt wrden .

Anschließend, S5 , kann das Produkt gemäß der optimierten Produktionsplanungsdaten produziert werden .

Alle beschriebenen und/oder gezeichneten Merkmale können im Rahmen der Erfindung vorteilhaft miteinander kombiniert wer- den. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.