Engpässe in
der Produktion beherrschen

Mathematische Optimierung zur Lösung von Produktionsengpässen

Was tun bei einem Flaschenhals in der Produktion?

Während eines Ferienjobs zu Schulzeiten habe ich mich einen ganzen Sommer lang um die Getränkewünsche von Hotel- und Restaurantgästen gekümmert. Und dabei viele Gläser mit Wein gefüllt, ohne mir Gedanken um den Hals einer Flasche und dessen Funktion zu machen: „Die Ausflussgeschwindigkeit einer Flüssigkeit aus einer Flasche wird durch deren engste Stelle, den Flaschenhals, bestimmt. Je enger der Flaschenhals, umso weniger Flüssigkeit kann austreten. Ohne Flaschenhals wäre die Ausflussgeschwindigkeit wesentlich höher.“ – Wikipedia

Der Flaschenhals behindert also den freien Fluss der Flüssigkeit, damit diese sich beim Einschenken langsam in das Glas füllt und nicht mit einem Schwall auf dem Tisch verteilt. Bei Wein, Wasser und allen anderen Getränken ist das gut so.

Ein Flaschenhals oder Engpass (engl. bottleneck) in der Produktion jedoch ist nicht wünschenswert. Denn hier führt die Verringerung des Durchflusses zu Verzögerungen im gesamten Produktionsprozess.

Produktionsengpässe und ihre Folgen

In einer einfachen Definition ist ein Engpass oder Bottleneck eine Ressource, die in einem betrachteten Zeitraum die höchste Auslastung im gesamten Produktionsprozess aufweist und so den Arbeitsablauf verzögert. Er begrenzt den Durchsatz, erhöht die Durchlaufzeit und schafft somit die Kapazitätsgrenze einer gesamten Produktion.

Oder anders gesagt: Selbst wenn die Engpassressource mit ihrer maximalen Kapazität läuft, kann sie das Material immer noch nicht schnell genug bearbeiten, um es ohne Verzögerung an die folgende Produktionsstufe weiterzuleiten. Deshalb werden Produktionsengpässe häufig sichtbar durch Bestände vor dem entsprechenden Produktionsschritt und durch das Fehlen von verarbeitetem Material und Leerlaufphasen in den nachgelagerten Produktionsstufen.

Ein „Bottleneck“ hat großen Einfluss auf Ihre gesamte Produktion, denn für den Fertigungsprozess wird mehr Zeit benötigt, was die Kosten in die Höhe treibt. Abgesehen vom Verlust der Produktionseffizienz, haben Engpässe Auswirkungen auf Ihre Flexibilität und Termintreue und können so im schlimmsten Fall die Zufriedenheit Ihrer Kund*innen beeinträchtigen.

Wie entsteht ein Flaschenhals?

Ein sogenannter Flaschenhals in der Produktion kann vielfältige Gründe haben. Die Produktionsinfrastruktur, Personal und Qualitätsprobleme sind nur beispielhafte Faktoren, die Einfluss auf das Produktionsgeschehen haben können:

Geringe Bearbeitungskapazitäten der Produktinfrastruktur

Für einen effizienten Produktionsprozess ist eine Produktionsinfrastruktur – also Maschinen und Anlagen – in einwandfreiem Zustand erforderlich. Ein Engpass kann beispielsweise auftreten, wenn die Bearbeitungskapazität einer Maschine oder Produktionsanlage zu gering ist. Die Ursachen hierzu sind vielfältig: Die Kapazitäten sind von Anfang an zu knapp bemessen, eine Anlage fällt aus, muss gewartet werden oder ist zu veraltet für die Produktion.

Fehlende Qualifikation der Mitarbeiter*innen

Personal, das sich nicht mit dem Produktionssystem oder den Maschinen auskennt, kann Prozesse nicht optimal ausführen. Ist oder wird eine Mitarbeiterin oder ein Mitarbeiter nicht angemessen qualifiziert, dauert eine Aufgabe gegebenenfalls zu lange. Eine von unqualifizierten Mitarbeiter*innen geführte Arbeitsstation kann so schnell zum Engpass werden.

Qualitätsprobleme

Einige Engpässe entstehen aufgrund von Qualitätsproblemen. Nicht ordnungsgemäß ausgeführte Arbeiten müssen wiederholt werden. Nachbearbeitungen verlangsamen die Abläufe und führen zu Warte- und Leerlaufzeiten bei den nachgelagerten Produktionsschritten.

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Moderne Produktionsplanung

Der Engpass wird aufgelöst

Wenn Sie die Ursachen für einen Engpass in Ihrer Produktion identifiziert haben, ist der nächste Schritt die Neugestaltung des Fertigungsprozesses für einen reibungslosen Ablauf. Dies kann sowohl Prozessverbesserungen als auch das Hinzufügen von Kapazitäten, die Einführung einer Qualitätskontrolle oder die Vergabe von Unteraufträgen beinhalten.

Maximale Auslastung

Nur wenn der Durchlauf an der engsten Stelle optimal ist, können auch die weiteren Prozesse angepasst werden. Vermeiden Sie Stillstandzeiten und minimieren Sie Warte- und Rüstzeiten der Engpassressource. Zudem sollte die Verfügbarkeit der Produktionsstufe durch optimierte Wartungs- und Instandhaltungszyklen und -maßnahmen verbessert werden.

Erhöhung der Kapazitäten

Wenn die maximale Ausnutzung eines Engpasses nicht ausreicht, muss er verbreitert werden. Der Durchlauf kann durch die Schaffung weiterer Kapazitäten beschleunigt werden. Eventuell benötigen Sie zusätzliche Maschinen (zum Beispiel um Redundanz bei einem Ausfall zu schaffen), weitere oder besser qualifizierte Mitarbeiter*innen oder mehr Automatisierung in Ihrer Produktion. Eine weitere Möglichkeit ist die Beauftragung eines externen Dienstleisters und somit die Auslagerung dieses Teils Ihrer Produktion.

Anpassung der Prozesse

Der Engpass bestimmt den Takt der Produktion: Das kann auch bedeuten, dass Sie vorangehende oder nachfolgende Prozessschritte herunterfahren und den Input hier verringern müssen. Dabei verhält es sich wie bei einem stark frequentierten Autobahnabschnitt: Durch eine Geschwindigkeitsbeschränkung bleibt der Verkehr im Fluss, statt zu stocken. So können mehr Fahrzeuge die Engstelle passieren.

Einführung einer Qualitätskontrolle

Die aufgrund von Qualitätsproblemen entstandenen Engpässe können durch die Einführung von Qualitätskontrollen vermieden werden. Auch wenn es kurzfristig mehr Zeit in Anspruch nimmt, sparen Kontrollen auf lange Sicht Zeit und erleichtern den Arbeitsfluss.

All diese Maßnahmen können dazu führen, dass sich der Engpass verschiebt und eine andere Ressource in der Produktion nun zum Flaschenhals wird. Die Planung und Auflösung von Engpässen ist so in jedem Unternehmen ein kontinuierlicher Verbesserungsprozess – bei dem der Einsatz mathematischer Optimierung helfen kann.

Mathematische Optimierung für effiziente Maßnahmen

Sind die Ursachen für einen Flaschenhals in der Produktion gefunden, gilt es die richtigen Maßnahmen für dessen Beseitigung zu ergreifen. Dabei müssen Unternehmen oftmals abwägen, welche Vorgehensweise mit Hinblick auf die Unternehmensziele die beste ist.

Für komplexe Prozesse wie der Produktionsplanung, empfiehlt sich der Einsatz von analytischen Methoden wie der mathematischen Optimierung. Die Erstellung von Produktionsplänen mithilfe von Predictive und Prescriptive Analytics basiert auf einem Modell, das den gesamten Produktionsprozess abbildet – unter Berücksichtigung aller Ziele, Ressourcen, Variablen und Restriktionen. Mit dem Einsatz spezieller Solver können dann optimale Lösungen für das Produktionsproblem erzeugt werden. Eine engmaschige und wiederholte Analyse all dieser Einflussfaktoren ermöglicht die frühzeitige Identifizierung von Problemen und ermöglicht eine schnelle Anpassung der Planung.

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Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, wie OPTANO Ihre Produktionsplanung verbessern kann, laden Sie einfach unser Factsheet „Moderne Produktionsplanung mit Predictive und Prescriptive Analytics“ herunter. Wenn Sie weitere Fragen haben, nehmen Sie noch heute Kontakt mit uns auf. Unsere Ansprechpartner stehen Ihnen gerne für alle Fragen zum Thema optimale Produktionsplanung zur Verfügung. Oder Sie schreiben uns eine E-Mail und wir setzen uns mit Ihnen in Verbindung.

Die Gedanken bei einem Glas Wein schweifen lassen

Wer weiß, vielleicht werde ich zukünftig bei jedem Glas Wein, das ich genieße, kurz über Auslaufgeschwindigkeit der Flüssigkeit und Durchlaufzeiten in der Produktion nachdenken? Aber nein, es gibt so viele andere Themen, über die es sich bei einem Glas Wein philosophieren lässt…

Kennen Sie schon unser Factsheet zum Thema?

Wir haben Anwendungsfälle von Predictive und Prescriptive Analytics in der modernen Produktionsplanung in einem Factsheet zusammengestellt. Dieses können Sie hier herunterladen.

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Alexandra Navarra
Alexandra Navarra

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