KI und Energieeffizienz im Advanced Planning and Scheduling

At the Factory Female Mechanical Engineer Designs 3D Engine on
Bild: ©Gorodenkoff/Stock.adobe.com / Dualis GmbH IT Solution

In der Fertigung ist mehr denn je flexibles und schnelles Agieren gefordert. Das fängt bereits bei der Produktionsplanung an. Doch diese wird noch oft in Excel-Anwendungen ausgeführt, was die Flexibilität einer Fertigung ausbremsen kann. Mit einem geeigneten Advanced Planning and Scheduling (APS)-System hingegen lassen sich Daten in Echtzeit aus verschiedenen Quellen zusammenführen, um unabhängig von der IT-Plattform und dem Ort Planungsläufe durchzuführen. Produktionsunternehmen nutzen diese Anwendungen, um die Herausforderungen des Marktes wie veränderte Kundenbedürfnisse, höheren Wettbewerbsdruck und Lieferkettenprobleme zu adressieren.

Web-basierte Planung

Ein APS-System wie Ganttplan von Dualis ist darauf ausgelegt, eine flexible Planung zu unterstützen. Zusätzlich zur Desktop-Anwendung kann das Planungstool mit einem web-basierten HTML5-Frontend in einer serviceorientierten Architektur zum Einsatz kommen. Somit steht die APS-Software über Web-Browser plattformunabhängig zu Verfügung, um beispielsweise Material, Arbeitsplätze, Personal, Schichtmodelle und Fertigungsauftragsnetze zu planen. Planende können so auch beispielsweise aus dem Home-Office heraus arbeiten. So lassen sich z.B. zusätzliche Schichten und Maschinen einplanen oder anstehende Aufträge simulieren. Für solche Aufgaben steht ein übersichtliches Planungsmenü zur Verfügung. Bei der Leitstand-Ansicht auf mobilen Endgeräten werden per Mouseover grafische Reports ausgegeben, die Auslastung und Engpässe erkennbar machen. Über REST-Schnittstellen kann der Web Client in ERP- und MES-Software integriert werden. Damit ist er besonders für die Partnermigration geeignet.

Web-basierte Systeme, Nachhaltigkeitsüberlegungen und die Integration von künstlicher Intelligenz könnten schon bald für Wettbewerbsvorsprünge der Early Adopter sorgen.
Web-basierte Systeme, Nachhaltigkeitsüberlegungen und die Integration von künstlicher Intelligenz könnten schon bald für Wettbewerbsvorsprünge der Early Adopter sorgen. – Bild: ©Gorodenkoff/Stock.adobe.com / Dualis GmbH IT Solution

Systeme und Planung harmonisieren

Die Fabrik der Zukunft werden vielerorts integrierte, statt isolierte Systeme prägen. Integrative Software wie Ganttplan hilft auf dem Weg dorthin, indem sie sich reibungslos sowohl in interne Prozesse als auch externe Systeme einbinden lässt. Als digitaler End-to-End-Planungsprozess ist dabei zu verstehen, wenn unterschiedliche Anwendungen im Sinne effizienter Planungsprozesse so zusammengeführt werden, dass sie es Fertigungsunternehmen ermöglichen, Kundenbedarfe wirtschaftlich und termintreu zu erfüllen. Durch ein Zusammenspiel von ERP-System, MES und APS lässt sich der Ablauf von der Erstellung von Bedarfszahlen und Forecasts über die Grobkapazitätsplanung, Materialbedarfsplanung (MRP) sowie operative Feinplanung bis zum Shopfloor harmonisieren. Dezentrale Excel-Tabellen, abteilungsspezifische Workarounds und der Vertrauensverlust in die verfügbaren Daten können damit der Vergangenheit angehören. Durch den End-to-End-Ansatz wird das APS-System zum Single Point of Truths der Produktionsplanung.

Nachhaltigkeit und Energieeffizienz

Energieeffizienz und Nachhaltigkeit sind wichtige Faktoren und Herausforderungen in der Produktionsplanung. Sie sind mittlerweile entscheidend für die Zukunftsfähigkeit vieler Industrieunternehmen – insbesondere in energieintensiven Wirtschaftsbereichen. Für die kosteneffiziente Fertigung gilt es, Energie einzusparen beziehungsweise bestmöglich zu nutzen. Dabei müssen Energie- und Stromkosten als Planungsdimensionen in der Produktionsplanung berücksichtigt werden. Software zur Produktionsplanung und -steuerung kann hier einen wichtigen Beitrag leisten. Mit einem APS-System können Planungsverantwortliche ihre Produktionsabläufe auch im Sinne der Energieeffizienz steuern. Im System von Dualis lässt sich die Auftragseinplanung etwa an die Schwankungen der Energiepreise oder die Verfügbarkeit von erneuerbaren Energiequellen anpassen. Durch diese Auslegung der Produktionskapazitäten – zum Beispiel auf Basis tagesaktueller Energiefahrpläne – kann der Produktionsplan auf die Vermeidung von Lastspitzen ausgerichtet werden. So kann das APS Produktionsprozesse entweder den zeitintensiven, aber energiesparenden Handarbeitsplätzen zuordnen, oder den schnellen Maschinen, die jedoch Energie verbrauchen. Das Tool entscheidet, welche Variante wirtschaftlicher ist. Hersteller werden damit befähigt, ihren Energieverbrauch als feste Größe in ihrer Produktionsplanung zu etablieren. Mit Ganttplan können Planende zudem verschiedene Szenarien gegenüberstellen, anpassen und die energieeffizientesten Möglichkeiten für die eigene Produktion finden. Entsprechende Auswertungen schaffen Transparenz und können weiteres Optimierungspotenzial anzeigen.

Künstliche und menschliche Intelligenz im Zusammenspiel

Advanced Analytics, ein Anwendungsbereich der künstlichen Intelligenz (KI) nimmt in der Produktionsplanung eine immer bedeutendere Rolle ein. Die Stärke KI-basierter Werkzeuge besteht vor allem im Bereich der tiefgreifenden und schnellen Analyse großer Datenmengen. Stand heute stehen diese Entwicklungen noch am Anfang und in vielen Unternehmen müssen die Voraussetzung zur Nutzung von KI erst noch geschaffen werden. Die größten Herausforderungen dabei sind die Bereitstellung und Qualität der benötigten Daten sowie die Methodik für das Anlernen der KI-Modelle mithilfe des menschlichen Inputs. Doch viele Unternehmen wollen schon heute Erfahrungen sammeln, um das Potential aus dem Zusammenspiel von künstlicher und menschlicher Intelligenz zu erkennen. Den risikoarmen Einstieg in das Thema KI sollen eine Vielzahl staatlicher Förderprogramme ermöglichen, in denen Softwarehersteller und produzierende Unternehmen gemeinsam an einer Umsetzung von KI-Anwendungen in der Produktionsoptimierung arbeiten können.

Transfer in die Praxis

Das Produktionsunternehmen Galfa hat beispielsweise erkannt, dass es mit diesen Methoden und Algorithmen die zunehmend komplexeren Teilaufgaben der Produktionsplanung bewältigen und sogar optimieren kann. „Die Motivation der Firma Galfa zur Teilnahme an Forschungsthemen im Bereich der KI war die weitere Optimierung der Produktionsplanung im Unternehmen. Die Erweiterung des Planungstools mit KI-Funktionalitäten wird die Vorhersagegenauigkeit bei der Produktionsplanung erhöhen und somit realistischere Lieferterminprognose ermöglichen. Die daraus resultierende Erhöhung der Liefertreue und Plansicherheit hilft uns, die Kundenbindung und Wettbewerbsfähigkeit zu stärken.“ sagt Piotr Majchrzak, Leiter Supply Chain Management bei Galfa.

Bewährte Heuristiken, Algorithmen und Solver

Unter den Eindrücken des aktuellen KI-Booms ist eine Abgrenzung zwischen bereits angewandten Optimierungsansätzen und dem tatsächlichen Einsatz von Methoden der künstlichen Intelligenz wichtig. Viele heute unter diesem Begriff subsummierten Werkzeuge im Bereich der Produktionsplanung sind lang bewährte mathematische Optimierungsverfahren. Sowohl dialogorientierte, schrittweise Verbesserungen von Plänen durch Heuristiken und Algorithmen, als auch mathematische solverbasierte Optimierungsverfahren kommen dabei zur Anwendung.

Erst Datenquellen integrieren

Heike Wilson, 
Geschäftsführerin der Dualis GmbH IT Solution
Heike Wilson, Geschäftsführerin der Dualis GmbH IT Solution – Bild: Dualis GmbH IT Solution

Mit dem Sammeln strukturierter Daten aus Anwendungen wie dem MES auf Shopfloor- und dem APS auf Planungsebene sowie der steigenden Rechnerleistung werden KI-Anwendungen in der Produktionsplanung leichter möglich. Mit dem passenden Datenbestand erkennen und zeigen Verfahren des Machine Learnings frühzeitig Auffälligkeiten, Anomalien und Abweichungen vom Plan. Ziel ist es, damit Produktionsabläufe viel realitätsnaher und effizienter zu planen, indem diese Ergebnisse automatisch in aktualisierte Prognosen und in die zukünftige Produktionsplanung einfließen. Die Erkennung von bislang unbekannten Wirkzusammenhängen, sogenannten Root Causes aus dem Shopfloor, etwa in Bezug auf Maschinenausfälle, Produktionsdauern oder Qualitätskriterien können zudem auch über das MES in die Planungsläufe integriert werden. Mit dem neuen Add-on History Service bereitet der Softwarehersteller Dualis seine APS-Anwendung auf die genannten KI-Anwendungen vor.

Wie können Anwender einer bereits digitalisierten Produktionsplanung mehr aus ihren Tools herausholen?

Heike Wilson: Mit der Integration von IoT, Machine Learning, Robotik und automatisierten Prozessen gehen Anwender von einer digitalen zur smarten Produktionsplanung über. Smart bedeutet in meinen Augen in diesem Zusammenspiel vor allem die Bereitstellung und schnelle Verarbeitung aller notwendigen Daten an der richtigen Stelle mit einer kontinuierlichen Optimierung. Idealerweise geschieht das autonom oder mit Unterstützung intelligenter Assistenzsysteme. Durch die Service-orientierte Architektur und die Implementierung zusätzlicher Features erfüllt Ganntplan viele der Voraussetzungen.

Welche Rolle spielen Advanced Analytics und künstliche Intelligenz bei diesen Aufgaben?

Wilson: Die smarte Produktionsplanung wird sich nur mittels KI und darunter eingeordneter Verfahren des Machine Learnings umsetzen lassen. Davon bin ich persönlich fest überzeugt. Durch den kontinuierlichen Austausch mit unseren Anwenderunternehmen sehen wir schon heute einen großen Mehrwert, vor allem in KI-basierten Assistenzfunktionen, welche die Planenden bei ihren komplexen operativen Planungsaufgaben unterstützen. Bis zur Einführung des KI-basierten Planungs-Copiloten, der als interaktiver und sprachgesteuerter Assistent in der täglichen Planung unterstützt, vergehen sicher noch einige Jahre. Aber unsere Produktentwicklungen sind bereits heute ganz klar darauf ausgerichtet.

Wie nähert sich Dualis dem Thema KI an?

Wilson: Bereits seit 2021, also schon einige Zeit vor dem eigentlichen Hype um ChatGPT und Co., engagieren wir uns aktiv in industrienahen Forschungsprojekten, einschließlich eines von uns initiierten Konsortialprojekts mit regionalen Institutionen wie dem Fraunhofer-Institut IIS/EAS und der HTW Dresden. In Zusammenarbeit mit fünf langjährigen Ganttplan-Anwenderunternehmen entwickeln wir praxisnahe Use Cases, um sicherzustellen, dass die KI für die tägliche Planung einen spürbaren Nutzen bietet. Ein Forschungsvorhaben innerhalb des Dürr-Konzerns analysiert auf Basis der MES-Daten unserer Muttergesellschaft iTAC Software AG die Genauigkeit der Vorgabezeiten für Montageprozesse bei unserem Schwesterunternehmen Homag Plattenaufteiltechnik, mit dem Ziel, präzisere Vorgabezeiten für die Maschinen zu ermitteln und mehr Transparenz sowie kürzere Durchlaufzeiten zu erreichen.

Autorin: Ulrike Peter, Geschäftsführerin, Punctum PR-Agentur GmbH



  • Swap-IT: Eine hochflexible Produktionsarchitektur für unterschiedliche Branchen

    Swap-IT: Eine hochflexible Produktionsarchitektur für unterschiedliche Branchen

    Produzierende Unternehmen müssen heute mit vielschichtigen Herausforderungen umgehen. Dazu gehören unter anderem Stückzahlbandbreiten von der Losgröße 1 bis zu größeren Serien und nicht zuletzt der Umgang mit Verzögerungen und Ausfällen…

    mehr lesen: Swap-IT: Eine hochflexible Produktionsarchitektur für unterschiedliche Branchen

  • Unternehmen halten am Homeoffice fest

    Unternehmen halten am Homeoffice fest

    Durch die Corona-Pandemie haben sich Homeoffice-Modelle in deutschen Unternehmen etabliert. Und wie eine ZEW-Studie zeigt, erwarten Firmen sogar einen weiteren Anstieg des Angebots.

    mehr lesen: Unternehmen halten am Homeoffice fest

  • Siemens erweitert Vorstand

    Siemens erweitert Vorstand

    Siemens hat Personalentscheidungen auf Vorstandsebene verkündet und den Vorstand des Konzern von fünf auf sieben Vorstandsmitglieder erweitert.

    mehr lesen: Siemens erweitert Vorstand

  • Wie die Deutschen mit KI-Bots sprechen

    Wie die Deutschen mit KI-Bots sprechen

    Knapp die Hälfte (46 Prozent) der Deutschen hat schon einmal einen KI-Chatbot verwendet – und pflegt dabei unterschiedliche Umgangsformen.

    mehr lesen: Wie die Deutschen mit KI-Bots sprechen

  • GBO Datacomp lädt ein zu ’We move it’

    GBO Datacomp lädt ein zu ’We move it’

    Am 25. September lädt der MES-Spezialist GBO Datacomb ins Sacher Hotel Wien zur Veranstaltung ’We move it’ ein. Das Thema: Digitalisierung in der Produktion.

    mehr lesen: GBO Datacomp lädt ein zu ’We move it’

  • Quantencomputer entwickeln sich schneller als erwartet

    Quantencomputer entwickeln sich schneller als erwartet

    Etwa die Hälfte der für eine QuEra-Studie befragten Fachleute aus Wissenschaft, Forschung und Industrie glauben, dass Quantencomputer schneller als erwartet Fortschritte machen. 40 Prozent sind sogar der Meinung, dass sie…

    mehr lesen: Quantencomputer entwickeln sich schneller als erwartet

  • Inform holt Thomas Kirn an Bord

    Inform holt Thomas Kirn an Bord

    Inform hat mit Thomas Kirn einen neuen Vertriebsverantwortlichen. Er soll u.a. die Vertriebsleitung für den Geschäftsbereich Workforce Management übernehmen.

    mehr lesen: Inform holt Thomas Kirn an Bord

  • Stimmung in der Automobilindustrie verdüstert sich weiter

    Stimmung in der Automobilindustrie verdüstert sich weiter

    Nach bereits trüber Stimmung im Vormonat hat sich das Geschäftsklima in der Automobilindustrie erneut verschlechtert.

    mehr lesen: Stimmung in der Automobilindustrie verdüstert sich weiter

  • Reichelt Elektronik expandiert nach Spanien und Irland

    Reichelt Elektronik expandiert nach Spanien und Irland

    Reichelt Elektronik intensiviert seine Aktivitäten in Europa und erweitert den Webshop um Irland und Spanien.

    mehr lesen: Reichelt Elektronik expandiert nach Spanien und Irland

  • Ocean Shipping Index zeigt Anstieg der Lieferzeiten

    Ocean Shipping Index zeigt Anstieg der Lieferzeiten

    Wetter, geopolitische Konflikte oder überlastete Häfen beeinträchtigen den Welthandel. Die Folge: Transitzeiten auf dem Seeweg haben sich laut Ocean Shipping Index für das zweite Quartal im Vergleich zum Vorjahreszeitraum um…

    mehr lesen: Ocean Shipping Index zeigt Anstieg der Lieferzeiten

  • Eplan Network geht wieder auf Tour

    Eplan Network geht wieder auf Tour

    Im September startet die jährliche Roadshow von Eplan durch acht Städte in Deutschland, Österreich und der Schweiz.

    mehr lesen: Eplan Network geht wieder auf Tour

  • Rahmenprogramm Nachwuchs und Fachkräfte

    Rahmenprogramm Nachwuchs und Fachkräfte

    Die Fachkräftesicherung bleibt eine zentrale Herausforderung in der Metallbearbeitungsbranche und bedarf einer konsequenten qualifizierten Nachwuchsförderung.

    mehr lesen: Rahmenprogramm Nachwuchs und Fachkräfte