Produktionssteuerung – Prozesse verstehen und optimieren

Warum das so wichtig ist und wie dies die Wettbewerbsfähigkeit von Betrieben sichert, erläutern wir in diesem Beitrag.

Was ist die Produktionssteuerung?

Die Produktionssteuerung umreißt als Begriff die operative Koordination von Produktionsprozessen. Dabei geht es im Rahmen der Feinplanung darum, alle bisherigen Planungsvorgänge und Vorgaben tatsächlich auf Shopfloor-Ebene praktisch umzusetzen. Die Zielsetzung ist dabei die Optimierung des Fertigungsprozesses hinsichtlich Zeit, Ressourceneinsatz und Qualität.

Im Gegensatz dazu geht es bei der Produktionsplanung eher um die grundsätzliche Festlegung sinnvoller Produktionskennzahlen – weniger um die eigentliche Umsetzung. Das Produktionsmanagement hingegen ist der noch umfassendere Begriff, der Planung, Steuerung und Kontrolle der gesamten Produktion einschließt. 

Das macht die Produktionssteuerung faktisch zum Bindeglied zwischen strategischer Planung und operativer Ausführung.

Produktionssteuerung – Aufgaben im Überblick

Eine wesentliche Aufgabe der Produktionssteuerung ist die Feinsteuerung von Produktionsprozessen in Echtzeit. Das bedeutet, dass kontinuierlich der aktuelle Produktionsfortschritt überwacht und bei Bedarf steuernd eingegriffen wird, um Soll- sowie Ist-Zustände miteinander in Einklang zu bringen. Dies beinhaltet auch die laufende Überwachung des Produktionsfortschritts sowie die anschließende Qualitätskontrolle.

Von zentraler Bedeutung ist weiterhin – wie bereits skizziert – die Umsetzung der Produktionsplanung in konkrete Maßnahmen: Dazu gehören die zeitliche und inhaltliche Zuweisung von Aufträgen an Fertigungsmaschinen, die Sicherstellung eines effizienten Materialflusses sowie der gezielte Einsatz bzw. die intelligente Verteilung von Personalressourcen – abhängig davon, wo diese gebraucht werden.

Abschließend besteht eine wichtige Aufgabe der Produktionssteuerung darin, die Flexibilität der Abläufe innerhalb der Fertigung sicherzustellen, damit auch kurzfristige Störungen oder Änderungen an Aufträgen den Fertigungsprozess nicht (lange) unterbrechen. So müssen etwa bei einem Maschinenausfall oder Lieferengpässen kurzfristige Anpassungen vorgenommen werden, um Produktionsausfälle zu vermeiden.

Produktionssteuerung – Die Ziele im Fokus 

Basierend auf den genannten Aufgaben lassen sich die Ziele der Produktionssteuerung sehr konkret umreißen:

• Reibungslose Abläufe garantieren
  Von der Bereitstellung der Ressourcen bis zur abschließenden Qualitätskontrolle der Waren muss während der gesamten Fertigung jeder Arbeitsschritt ineinandergreifen.
• Einhaltung von Fristen sicherstellen
  Sowohl die Fristen für die Durchlaufzeiten an den Maschinen als auch die Lieferfristen für Kunden gilt es einzuhalten. Im Idealfall ist jeder einzelne Prozessschritt zeitlich genau geplant und terminiert.
• Effiziente Nutzung von Ressourcen
  Die effiziente Nutzung von Ressourcen umfasst sowohl die Materialien als auch Maschinen, Mitarbeiter und deren Arbeitszeit. Eine optimierte Nutzung dieser Ressourcen bietet Unternehmen erfahrungsgemäß besonders hohe Mehrwerte,
• Flexibilität im Prozess gewährleisten
  Eine hohe Flexibilität innerhalb der Produktion kann neben der Fertigung selbst auch das zugrundeliegende Führungskonzept umfassen. Sowohl die Fertigung als auch die Führung beteiligter Abteilungen sollten ein hohes Maß an Agilität aufweisen.

Damit diese Ziele zuverlässig und dauerhaft eingehalten werden, braucht es begleitend natürlich ein entsprechendes Controlling und Monitoring. Treten Verzögerungen auf oder zeigen sich Optimierungspotenziale, so sollten Unternehmen immer anstreben, ihre eigenen Prozesse schrittweise weiter zu verbessern.

Methoden der Produktionssteuerung

Die Aufgaben und Ziele sind nun klar – wie aber wird die Steuerung der Produktion in der Praxis konkret umgesetzt? Neben einer Reihe klassischer und bewährter Ansätze geht der Trend inzwischen immer mehr in Richtung digitaler Methoden, häufig sogar schon unter Beteiligung künstlicher Intelligenz.

• Kanban (klassisch)
  Zu den klassischen Methoden der Produktionssteuerung zählt das Kanban-System, das sich im Bereich „Agiles Prozessmanagement“ verorten lässt. Bei diesem System werden Materialbedarfe durch den konkreten Verbrauch an der Produktionslinie signalisiert– so wird nur produziert, was tatsächlich benötigt wird.
• Leitstandsteuerung (klassisch)
  Die langjährig bewährte Leitstandsteuerung bietet eine einfache visuelle Darstellung der laufenden und geplanten Produktionsaufträge, Maschinenbelegungen und Zeitfenster. Auf dieser Basis kann die verantwortliche Produktionsleitung zeitnah Entscheidungen treffen und Engpässe vermeiden.

Immer mehr Unternehmen gehen heute jedoch bereits technologisch den nächsten Schritt – von einfachen Übersichtstafeln und Dashboards hin zu ganzheitlich intelligenten Systemlösungen. Hier befinden sich relevante Daten im stetigen Austausch zwischen ERP-Systemen sowie MES-Software und weiteren Modulen – das Ergebnis ist eine präzise Prozessteuerung, die sich auf klassischem Wege so nicht realisieren ließe.

Digitale Methoden der Produktionssteuerung

Charakteristisch für digitale Methoden ist eine ereignisgesteuerte Steuerung, bei der Daten aus der Produktion – etwa aus der Maschinendatenerfassung – in Echtzeit ausgewertet werden. Dies ermöglicht es, bei eventuellen Abweichungen direkt Maßnahmen zu ergreifen.

Anhand zum Teil recht komplexer Algorithmen können laufend die optimalen Fertigungsreihenfolgen und Ressourcenzuteilungen auf Basis aktueller Daten errechnet und umgesetzt werden. Auf diese Weise werden sowohl sämtliche Liefertermine eingehalten als auch die jeweiligen Maschinenkapazitäten bestmöglich ausgelastet. 

Immer populärer wird auch der Einsatz von Künstlicher Intelligenz (KI) in der Produktion: KI-Systeme können große Datenmengen analysieren, Muster erkennen und auf dieser Basis Handlungsempfehlungen geben oder sogar eigenständig Entscheidungen treffen. 

Nachdem der erste Hype um KI in der Produktion verflogen ist, kristallisieren sich inzwischen immer mehr die tatsächlichen Stärken und idealen Anwendungsfelder für LLMs und andere KI-Systeme heraus – gerade durch das gezielte Training mit geeigneten, unternehmensspezifischen Daten.

In Verbindung mit ERP (Enterprise Resource Planning) und MES (Manufacturing Execution Systems) als zentrale Schnittstellen haben Unternehmen damit heute Zugriff auf enorm leistungsfähige und intelligente Tools zur Prozesssteuerung – für transparente Echtzeit-Prozesse vom Auftragseingang bis zur Fertigstellung.

Häufige Probleme bei der Produktionssteuerung

Damit die Produktionssteuerung wie gewünscht funktionieren kann, müssen innerhalb der Fertigung die entsprechenden Voraussetzungen dafür gegeben sein. Doch auch in modernen Produktionsumgebungen ist dies nicht immer der Fall. Folgende Herausforderungen sind daher in der Umsetzung sehr typisch:

• Hohe Komplexität
  In der Produktion ist immer häufiger die Produktion geringer Losgrößen und unterschiedlicher Varianten gefragt. Immer kürzere Produktlebenszyklen und individuelle Kundenwünsche machen die gesamte Fertigung dynamischer und reduzieren die Planbarkeit – die Komplexität der Prozesse steigt.
• Langsame Reaktionsgeschwindigkeit
  Abseits akuter Vorfälle agieren die meisten Unternehmen eher behäbig, wenn Entscheidungen auf Shopfloor-Ebene gefragt sind. Im schlechtesten Fall wird diese Trägheit durch manuelle Prozesse oder unzureichende Informationen noch verstärkt.
• Geringe Transparenz
  Gerade bei manuellen Prozessen ist meist unklar, wie Angaben exakt erhoben oder gepflegt werden – von der Daten-Qualität selbst ganz zu schweigen. Vielfach sind dies aber auch über lange Zeit gewachsene Prozesse, die gemeinsam mit dem Beteiligten betrachtet und aufgelöst werden müssen.
• Fehlender Datenaustausch
  In vielen Unternehmen stellt der Echtzeit-Datenaustausch auch ein grundsätzliches Problem dar – etwa dann, wenn es aufgrund inkompatibler Systeme zu (ineffizienten) Medienbrüchen kommt oder Dateninseln in bestimmten Bereichen entstehen, die sowohl identifiziert als auch ins Gesamtsystem integriert werden müssen.

Je vollständiger ein Unternehmen diese Probleme beheben kann, desto erfolgreicher kann die Produktionssteuerung zum Einsatz kommen und sichtbar Wirkung in der Fertigung entfalten.

Produktionssteuerung im Kontext der Smart Factory

Das „konventionelle“ Bild einer Fertigungsstätte verschwimmt heute immer stärker – mit der fortschreitenden Digitalisierung geht der Trend immer weiter in Richtung Smart Factory. Wesentlich dafür ist vor allem der Wandel der Anforderungen weg von der reinen Serienfertigung zu immer individuelleren und spezifischeren Produkten. 

Eine wirtschaftliche Produktion können unter diesen Bedingungen nur solche Unternehmen leisten, die ihre Prozesse und Verfahren entsprechend anpassen – das bedeutet die nahtlose Verknüpfung der eigenen IT mit OT (Operational Technology) und IIoT (Industrial Internet of Things / Sensorik etc.).

In einer solchen Smart Factory kann sich die Produktionssteuerung dann wie folgt zusammensetzen:

• Intensive Vernetzung
  Manuelle Prozesse werden abgelöst durch die vollständige Vernetzung von Maschinen, Anlagen und Systemen über standardisierte Schnittstellen. Daraus resultiert ein ständiger Informationsaustausch, bei dem Daten in Echtzeit übermittelt und ausgewertet werden. Dies ermöglicht eine vollständig datenbasierte Produktionssteuerung und macht zudem den Weg frei für Predictive Maintenance.
• KI-Integration
  Die Nutzung von Künstlicher Intelligenz kann vor allem dabei helfen, aus aktuellen und historischen Produktionsdaten relevante Muster zu ermitteln. Diese helfen bei der Erstellung von Prognosen sowie bei der Planung von Wartungsmaßnahmen oder der Auftragsverteilung zwischen den Anlagen. Zahlreiche grundlegende Entscheidungen treffen KI-basierte Systeme heute bei Bedarf bereits allein – alternativ fungieren sie als Entscheidungshilfen für Verantwortliche in der Produktion.
• Digitale Zwillinge
  Wo einfache Simulationen an ihre Grenzen stoßen, entscheiden sich Unternehmen heute für die Erstellung digitaler Zwillinge von Anlagen. Dabei handelt es sich um virtuelle Abbilder realer Produktionssysteme, die auf Echtzeitdaten basieren. Mit ihnen lassen sich Steuerungsszenarien im Detail simulieren, Prozessänderungen im Vorfeld testen und Auswirkungen auf den Produktionsablauf bewerten. Dies erhöht nicht nur die Planungssicherheit, sondern reduziert dazu noch erheblich das Risiko bei der Einführung neuer Prozesse oder Produkte. 

Baut die Produktionssteuerung im Unternehmen auf solch einer Basis auf, ist die Ausgangslage für eine bestmögliche Optimierung von Prozessen notwendigerweise besser als bei „weniger intelligenten“ Fertigungsanlagen. Der initiale Aufwand zur Einrichtung und Konfiguration fällt zweifelsohne höher aus, durch die Steigerung der eigenen Wettbewerbsfähigkeit macht sich diese Investition jedoch meist mehr als bezahlt.