Erweiterte Produktionsplanung: Modelle und Algorithmen für Advanced Planning and Scheduling

Unsere Abteilung »Operations Research« entwickelt leistungsfähige mathematische Modelle und Optimierungsalgorithmen für Advanced Planning and Scheduling (APS)-Systeme. Damit unterstützen wir Unternehmen dabei, ihre komplexen Produktionsprozesse effizient zu planen, flexibel zu steuern und kontinuierlich zu verbessern – auch bei dynamischen Rahmenbedingungen. Unsere Lösungen machen auch umfangreiche Produktionsnetzwerke beherrschbar und helfen, Ressourcen optimal auszulasten, Liefertermine einzuhalten und Durchlaufzeiten zu minimieren.

Effiziente Produktionsplanung in komplexen Umgebungen

Planende in produzierenden Unternehmen stehen vor der Herausforderung, gleichzeitig Ressourcen wie Maschinen, Werkzeuge und Personal optimal einzusetzen und vereinbarte Liefertermine sicherzustellen. Hauptziel ist dabei das Vermeiden von Verspätungen, ebenso relevant sind jedoch kurze Durchlaufzeiten, eine hohe Ressourcenauslastung und das Verhindern unnötiger Vorproduktionen.

Die Produktionsressourcen sind häufig heterogen: Kapazitäten, Verfügbarkeiten und Lagerbestände müssen ebenso berücksichtigt werden wie die exakte Reihenfolge der einzelnen Arbeitsschritte. Diese sind oft nicht linear, sondern bilden komplexe Netzwerke, die vielfältige Abhängigkeiten enthalten.

Digitale Planung für tausende Aufträge

Gerade bei mehreren tausend Produktionsaufträgen, dutzenden Maschinen und umfangreichen Materialflüssen stoßen manuelle Planungsansätze dabei schnell an ihre Grenzen. Digitale APS-Systeme sind daher inzwischen unverzichtbar.

Wir am Fraunhofer ITWM entwickeln dafür anpassbare mathematische Modelle, die alle betrieblichen Restriktionen abbilden und die Machbarkeit von Produktionsplänen auch unter komplexen Bedingungen sicherstellen. Leistungsfähige Optimierungsalgorithmen bestimmen daraus Lösungen, die mehrere Ziele gleichzeitig berücksichtigen. Dank flexibler Parametrierung werden die Modelle exakt auf unterschiedliche Produktionsszenarien zugeschnitten.

Rollierende Planung: flexibel und stabil

Produktionspläne reichen meist Monate oder sogar Jahre in die Zukunft, um Kapazitäten zu sichern, Material rechtzeitig zu bestellen und Liefertermine verbindlich zu kommunizieren. Da sich jedoch Auftragslagen, Verfügbarkeiten und andere Rahmenbedingungen laufend ändern, müssen APS-Systeme eine rollierende Planfortschreibung unterstützen.

Die Herausforderungen dabei: Einerseits sollen Pläne optimiert werden (Verspätung, Durchlaufzeit, Verfrühung, Ressourcenauslastung), andererseits müssen bereits getroffene Vorbereitungen berücksichtigt und unnötige Änderungen im Nahbereich vermieden werden. Die von uns entwickelten Modelle und Algorithmen beziehen diese Herausforderung explizit mit ein. Sie ermöglichen es, verschiedene Kompromisse zwischen Optimierung und Stabilität zu bewerten und die Auswirkungen von Planentscheidungen frühzeitig zu erkennen.