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A company can choose between three generic competitive strategies. Alongside the strategy of cost leadership are the strategy of differentiation and the strategy of focussing on niches, although we will not be discussing this latter any further here. The strategy of cost leadership is based on the achievement of “economies of scale”, so generating advantage from the benefits of cost reduction, learning curve effects and automation. In the strategy of differentiation the focus is on “economies of scope” which enable the customer-specific products to be offered, but this is generally achieved only with an increase in the complexity of products and processes. In the past it was assumed that these two strategies were mutually exclusive, as an increase in the economies of scale basically leads to a reduction in the economies of scope, and vice versa. But in order to survive in the international competitive arena companies in the high-wage countries need increasingly to offer individually tailored products at competitive prices. The target to be aimed at is therefore customer-specific products at the cost of mass production, so resolving the dilemma between economies of scale and economies of scope. For this it is necessary to optimise the alignment of all the structural elements in both the product and its production, because of the high level of their interdependence.
The areas on which we will focus our review and designs in the following will be what are known as product-production systems, or more briefly, production systems. This topic includes not only the resources and processes of the value creation systems, but also the products produced and offered on the market by a company as one connected entity. In order to tackle the challenges mentioned above, it is necessary to make it possible to measure and compare the current position of any given production system on the see-saw between economies of scale and economies of scope, and then be able to redesign specific facets of them as a second phase. A method of integrative evaluation and design of production systems is presented below for this purpose.
Industrial production in high-wage countries like Germany is still at risk. Yet, there are many counter-examples in which producing companies dominate their competitors by not only compensating for their specific disadvantages in terms of factor costs (e.g. wages, energy, duties and taxes) but rather by minimising waste using synchronising integrativity as well as by obtaining superior adaptivity on alternating conditions. In order to respond to the issue of economic sustainability of industrial production in high-wage countries, the leading production engineering and material research scientists of RWTH Aachen University together with renowned companies have established the Cluster of Excellence “Integrative Production Technology for High-Wage Countries”. This compendium comprises the cluster’s scientific results as well as a selection of business and technology cases, in which these results have been successfully implemented into industrial practice in close cooperation with more than 30 companies of the industrial production sector.
Maximising economies of scale in individualised production is a vital issue for producing companies in high wage countries. A decisive enabler for this is the management of product and process complexity by systematic standardisation. Due to the strong and far-reaching impact of complexity on the value added chain, its management requires an integrative consideration of the entire product and production system.
The following paper introduces a methodology facing this challenge. The core element of this methodology is an integrative and complexity-focused assessment model. This assessment model has been validated experimentally by analysing key company data from more than 50 German toolmaking firms. Findings of this empirical investigation are presented in this paper.
Manufacturing companies of the machinery and equipment industry find themselves more than ever exposed to a rapidly changing competitive environment. In particular, the resulting diversity of planning and control processes confronts organisations and information systems with a significant coordination effort. To this day, planning and execution of order processing – from offer processing to the final shipment of the product – is still a part of the production planning and control (PPC), which is almost entirely integrated into information systems. Though, in order to manage dynamic influences on processes within order processing, there can be found a deficiency in the processing of decision-relevant and real-time information. Partly, the reason for this is a missing or incorrect feedback of process relevant data, so that the planning results, gained by the use of information systems, differ to the current process situation.
The concept of Manufacturing Resource Planning (MRP II) still represents the central logic of production planning and control. However, the centralised and push-oriented MRP II planning logic is not able to plan and measure dynamic processes adequately, which, due to diverse disturbances, often occur in production environments. Furthermore, specific weaknesses of MRP II-based systems are the lack of support for order releases, the planning principle based on average values and the successive planning method as well as the use of limited partial models. As a result a successive planning method leads to a dissection of PPC-tasks into smaller work packages and so strides away from a holistic approach and the achievement of an optimal solution. Similarly, a planning, focusing on a general business objective system, using a partial planning approach due to isolated considerations is not possible. Insufficient consideration of the current load horizon and the current capacity utilization, non-existing or delayed feedback on order progress as well as faults and poor availability and transparency of information can be named as further weaknesses of MRP II-based systems.
Entgegen der von Porter postulierten Inkompatibilität von Economies of Scale und Economies of Scope sind in Hochlohnländern produzierende Unternehmen in zunehmendem Maße herausgefordert, sowohl individuelle Kundenbedürfnisse zu befriedigen als auch gegen den Kostendruck globalisierter Märkte zu bestehen. Diese Herausforderung entspricht einer Auflösung der Scale-Scope-Dichotomie. Aufgrund der hochgradigen Interdependenz der strukturbildenden Elemente eines Produkt-Produktionssystems müssen diese zur Auflösung der Dichotomie in ihrem spezifischen Standardisierungsgrad aufeinander abgestimmt werden.
Diese Abstimmung entspricht der Aufgabenstellung der integrativen Bewertungs-und Konfigurationslogik, die im Folgenden präsentiert wird. Auf Basis eines integrierten Bewertungsmodells, das Produkt-Produktionssysteme in vier quantifizierbare Spannungsfelder gliedert, kann hierbei der aktuelle Betriebspunkt eines Produktionssystems analysiert werden. Über die gewonnenen Analyseergebnisse ermöglicht dieses Bewertungsmodell die Steuerung des Konfigurationsprozesses eines Produkt-Produktionssystems in Form einer Konfigurationslogik.
One of the central success factors for production in high-wage countries is the solution of the conflict that can be described with the term “planning efficiency”. Planning efficiency describes the relationship between the expenditure of planning and the profit generated by these expenditures. From the viewpoint of a successful business management, the challenge is to dynamically find the optimum between detailed planning and the immediate arrangement of the value stream. Planning-oriented approaches try to model the production system with as many of its characteristics and parameters as possible in order to avoid uncertainties and to allow rational decisions based on these models. The success of a planning-oriented approach depends on the transparency of business and production processes and on the quality of the applied models. Even though planning-oriented approaches are supported by a multitude of systems in industrial practice, an effective realisation is very intricate, so these models with their inherent structures tend to be matched to a current stationary condition of an enterprise. Every change within this enterprise, whether inherently structural or driven by altered input parameters, thus requires continuous updating and adjustment. This process is very cost-intensive and time-consuming; a direct transfer onto other enterprises or even other processes within the same enterprise is often impossible. This is also a result of the fact that planning usually occurs a priori and not in real-time. Therefore it is hard for completely planning-oriented systems to react to spontaneous deviations because the knowledge about those naturally only comes a posteriori.
Der effiziente Umgang mit den dynamischen Rahmenbedingungen produzierender Unternehmen ist eine der wesentlichen Aufgaben des Supply Chain Managements in Hochlohnländern. Die echtzeitnahe Verfügbarkeit und Verarbeitung planungsrelevanter Informationen nimmt dabei eine Schlüsselrolle ein. Sie stellt die Grundlage für eine realistische Planung und Steuerung der Produktion dar. Die zentrale Herausforderung liegt dabei in der Komplexität der Informationsvielfalt und deren Bewältigung sowie der effektiven Integration menschlicher Intuition und Erfahrung in den Regelkreis des Supply Chain Management. High Resolution Supply Chain Management (HRSCM) beschreibt einen Ansatz, Organisationsstrukturen und -prozesse auf Basis einer hohen Informationstransparenz in die Lage zu versetzen, sich durch dezentralisierte Produktionskontrollmechanismen in Form eines kaskadierten Regelkreismodells selbstoptimierend an ständig verändernde Rahmenbedingungen anzupassen.
Companies in high wage countries are increasingly confronted with the challenge of optimizing economies of scope and economies of scale simultaneously to succeed on a global market place. An integrated assessment of production systems facing this challenge is essential to evaluate the actual state of a company and to provide a basis for drawing the right conclusions to reconfigure production systems successfully.
In this paper an integrated model for measuring economies of scope as well as economies of scale is introduced, defining the fundamental domains of a production system. The major objectives resulting from the overall scale-scope dilemma are broken down for each domain and the main dimensions for an assessment of each domain are defined. A new measure named Degree of Efficiency is defined, quantifying the fulfillment of the opposing objectives in each domain and hence, the contribution to an overall resolution of the scale-scope dilemma.
The efficient dealing with the dynamic environment of production industries is one of the most challenging tasks of Supply Chain Management in high-wage countries. Relevant and current information are still not used sufficiently, to handle the influence of the dynamic environment on intra- and inter-company order processing adequately. Among other things, the problem is caused by missing or delayed feedback of relevant data. As a consequence of that, planning results differ from the actual situation of production. High Resolution Supply Chain Management describes an approach aiming on high information transparency in supply chains in combination with decentralized, self-optimizing control loops for Production Planning and Control. The final objective is to enable manufacturing companies to produce efficiently and to be able to react to order-variations at any time, requiring process structures to be most flexible.
Das (volks-)wirtschaftliche Umfeld produzierender Unternehmen wird aktuell mehr denn je durch unvorhersehbare und tiefgreifende Veränderungen geprägt. Die deutsche Industrie muss die Dynamik zukünftig aus eigener Kraft beherrschen. Teilweise nachteilige Standortfaktoren müssen kompensiert werden, um die Produktion in Deutschland langfristig zu sichern. Wandlungs- und Echtzeitfähigkeit in Prozessen und Strukturen stellen die zentralen Enabler zur Beherrschung des Produkt-Produktionssystems dar.
Die Hauptherausforderung bei der Entwicklung einer produktionstechnisch geprägten Produktionstheorie darin, eine Verbindung der (produktions-)technischen Teildisziplinen zu einem theoretischen Beschreibungsmodell zu erreichen. Dieses gilt es unter Berücksichtigung der bestehenden Produktionstheorien um eine ökonomische Input-Output-Betrachtung zu erweitern.
Dieser bedarf einer theoretischen Betrachtung des Einflusses von Stellgrößen in verschiedenen Bewertungsdimensionen auf die Wirtschaftlichkeit eines Produktionssystems. Hierzu gilt es die relevanten Einflussgrößen und deren wechselseitigen Abhängigkeiten in einem Modell zu verknüpfen, welches die Grundlage zur Bestimmung des optimalen Betriebspunktes des Produktionssystems darstellt. In diesem Modell sollen formale Submodelle aus unterschiedlichen Fachdisziplinen analysiert und integriert werden, wodurch sichergestellt wird, dass der Stand der Forschung aus den produktionstechnischen Fachbereichen, wie der Fertigungstechnik, Werkzeugmaschinen, Logistik und Produktionsplanung und -steuerung (PPS), genutzt wird, um den ökonomischen Einfluss der Einflussgrößen zu quantifizieren.
Aachener PPS-Modell
(2012)
Die Produktionsplanung und -steuerung bildet heute nach wie vor den Kern eines jeden Industrieunternehmens. Entgegen bisweilen kurzzeitigen Trends, die sich in immer wieder als „modern“ und „zeitgemäß“ proklamierten Konzepten äußern, hält das Aachener PPS-Modell am Betrachtungsansatz des ganzheitlichen Produk-tionssystems fest. Ressourcen und Prozesse eines Unternehmens und darüber hinaus auch die der Zulieferer müssen auf den Nutzen des Kunden bzw. auf die Wertschöpfung für den Kunden abgestimmt sein. Im Vordergrund steht die Optimierung des gesamten Produktionssystems. Produktionssysteme beschreiben die ganzheitliche Produktionsorganisation und beinhalten die Darstellung aller Konzepte, Methoden und Werkzeuge, die in ihrem Zusammenwirken die Effektivität und Effizienz des gesamten Produktionsablaufes ausmachen. Die Orientierung am Kundennutzen muss dabei wei-testgehend unter Vermeidung von Verschwendung erfolgen. Dafür stehen heute die Begriffe "Production System" und "Lean Thinking".Die Produktionsplanung und -steuerung ist der wesentliche Baustein eines Produktionssystems.
Die Entwicklung des Aachener PPS-Modells erfolgte mit dem Ziel, die ganzheitliche Betrachtungsweise durch Abstraktion bzw. Vereinfachung in der modellhaften Abbildung aller relevanten Zusammenhänge in der PPS zu unterstützen. Dabei lässt sich feststellen, dass eine ganzheitliche Betrachtung des Produktionssystems mit dem Fokus auf die PPS mit einem hohen Komplexitätsgrad einhergeht. Der Gesamtumfang einer solchen ganzheitlichen Betrachtungsweise macht es erforderlich, das Modell in verschiedene anforderungsspezifische Bereiche zu untergliedern und die einzelnen Teilmodelle miteinander zu verknüpfen.
Einen Überblick über das Grundverständnis und den Aufbau des Aachener PPS-Modells liefert der folgende Abschnitt. Im Anschluss daran erfolgt eine grundlegende Darstellung der Einsatzmöglichkeiten einzelner Modellteile, im Rahmen des Aachener PPS-Modells auch Referenzsichten genannt, sowie eine kurze inhaltliche Beschreibung der einzelnen Referenzsichten.
Aufgaben
(2012)
Aufgabe der Produktionsplanung und -steuerung (PPS) ist die termin-, kapazitäts- und mengenbezogene Planung und Steuerung der Fertigungs- und Montageprozesse. Während die Produktionsplanung den Inhalt und die Einzelprozesse der Fertigung und der Montage zu gestalten hat, regelt die Produktionssteuerung den Ablauf der Tätigkeiten in der Fertigung im Rahmen der Auftragsabwicklung. Dabei regelt die Produktionssteuerung, wann unter Berücksichtigung der Vorgaben der Produktionsplanung einerseits und der vorgegebenen logistischen Zielgrößen andererseits welche Teilprozesse in welcher Reihenfolge einen Produktionsfaktor beanspruchen.
Aufgrund kürzer werdender Produktzyklen und steigender Produktvielfalt werden produzierende Unternehmen mit einer zunehmenden Anzahl von Produktanläufen konfrontiert. Ziel aktueller Forschungsaktivitäten ist es daher, anlaufintensive Unternehmen zu befähigen, verlässliche Produktionsprogramme in kurzer Zeit zu erstellen. Lerneffekte sollen genutzt werden können ohne Diversifikationseffekte zu vernachlässigen. Zur Erreichung dieser Zielsetzung wird ein Modell für eine kybernetische PPP bei Produktanläufen entwickelt.
Prozesse
(2012)
Für die effiziente Gestaltung des Leistungserstellungsprozesses im Un-
ternehmen bildet die Verwendung eines geeigneten Referenzmodells den
Grundstein, um in möglichst kurzer Zeit und ohne großen Aufwand ein
repräsentatives Abbild der konkreten Ablauforganisation zu generieren.
Als geeignetes Referenzmodell hat sich in diesem Anwendungszusam-
menhang das Aachener PPS-Modell bewährt. Dem als Prozess-
sicht bezeichneten Teil des Aachener Referenzmodells widmen sich die
folgenden Abschnitte des Kapitels im Besonderen.
Unternehmen sehen sich aktuell verschiedenen Herausforderungen ausgesetzt, die durch dynamische Rahmenbedingungen, insbesondere in Bezug auf die Schnittstellen zu ihren Kunden und Lieferanten, verursacht werden. Kundenseitig hat die zunehmende Individualisierung der Anforderung zu einem differenzierteren und damit vergrößerten Produkt- und Leistungsportfolio bei produzierenden Unternehmen im Rahmen der Serienfertigung geführt. Das hat zur Folge, dass Unternehmen ihre Produktion zunehmend auftragsbezogener gestalten müssen. In verschiedenen Branchen ist diese Entwicklung bereits so weit fortgeschritten, dass eine Produktvariante eins zu eins einem Kunden zugeordnet werden kann. Verstärkend kommt hinzu, dass die Produktlebenszyklen von allgemeinen als auch kundenindividuellen Produkten zunehmend kürzer werden. Das Produktportfolio unterliegt somit einer hohen Veränderlichkeit.
Die beschriebene zeitdynamische Variabilität in Bezug auf die qualitativen Aspekte der Kundenanforderungen paart sich mit einer quantitativen Variabilität der Kundenbedarfe. Letztere drückt sich in einem höheren Anteil an kurz- und mittelfristigen Auftragseingängen auf der Ebene einzelner Kunden, als auch aggregiert über alle Kunden aus. Die Vorhersehbarkeit und die Überraschung bilden die Extrempole des Kundenverhaltens, welche die Planbarkeit aus Sicht von Unternehmen induzieren. Damit kann in diesem Fall auch synonym von planbarem (vorhersehbarem/kurzfristigen) Kundenverhalten und nicht-planbarem (überraschendem) Kundenverhalten gesprochen werden. Diese Kombination qualitativer und quantitativer Variabilität macht den Markt für produzierende Unternehmen zunehmend schwerer kalkulierbar.
Zusammenfassend lässt sich herausstellen, dass Produktionsplaner heute komplexere produkt- und kundenseitige Anforderungen im Rahmen der Auftragseinlastung berücksichtigen müssen. Er muss darauf achten, dass Vertriebs-, Einkaufs-, Produktion- und Versandplanung miteinander synchronisiert werden, um den Kunden einen verbindlichen Liefertermin zusagen zu können.
Aus Sicht des Produktionsmanagements stellt die Beherrschung der steigenden Dynamik und den daraus resultierenden Konsequenzen wie beispielsweise Unter- und Überlastsituationen eine zentrale Herausforderung der kommenden Jahre dar. Ursachen der zunehmenden unternehmensinternen Dynamik sind verkürzte Lieferzeiten, eine höhere Prozessvarianz der Fertigung und Montage (verursacht durch individualisierte Produkte) und der Einsatz technologisch-komplexer Produktionsanlagen. Die drastische Verkürzung der Lieferzeiten hat die Auftragssituation und den Kapazitätsbedarf produzierender Unternehmen stark verändert.
Kapazitätsschwankungen und Prozessinstabilitäten einer Einzelressource wirken sich auf Grund der stärkeren Kopplung wesentlich drastischer auf die Stabilität des gesamten Unternehmens aus, da Bestände als Puffer zu kapitalintensiv geworden sind. Gleichzeitig nehmen makroskopische, überbetriebliche Kapazitätsschwankungen zu, da die Reaktionszeiten innerhalb der Lieferkette deutlich kürzer geworden sind.
Die steigende Varianz der Prozessketten und -zeiten potenziert die beschriebenen Kapazitäts- und Durchlaufzeitschwankungen. Eine "mittelwertbasierte PPS" kann aufgrund der gestiegenen Planungsanforderungen nicht mehr zielkonform agieren. Planungs- und Steuerungskonzepte, die auf diese Komplexität nicht reagieren können, multiplizieren ein weiteres Aufschwingen der Bedarfe in der Lieferkette und führen zu Auslastungsverlusten und steigenden Rückständen in der Produktion. Heute sind neue Ansätze in der Planung und Steuerung von inner- und überbetrieblichen Produktionsprozessen notwendig, die die Dynamik der Prozesse und der Kapazitätsbedarfe beherrschbar machen oder ggf. sogar kompensieren können.