Was ist Maschinenplanung?
Maschinenplanung bezeichnet die zeitliche, kapazitive und organisatorische Planung von Maschinen, Anlagen, Produktionslinien und technischen Betriebsmitteln. Produktionsaufträge werden dabei geeigneten Maschinen und verfügbaren Zeitfenstern zugeordnet.
Eine strukturierte Maschinenplanung berücksichtigt nicht nur, ob eine Maschine frei ist. Sie prüft auch, ob die Anlage für den jeweiligen Auftrag technisch geeignet ist, welche Bearbeitungszeit benötigt wird und ob Werkzeuge, Vorrichtungen, Programme und qualifizierte Mitarbeiter zur Verfügung stehen.
Ziel ist es, Produktionsaufträge termingerecht auszuführen, Maschinenkapazitäten sinnvoll zu nutzen und unnötige Stillstands-, Warte- und Rüstzeiten zu reduzieren.
Mit einer digitalen Maschinenplanung lassen sich Maschinenbelegung, Produktionsaufträge, Wartungen und technische Ressourcen in einer gemeinsamen visuellen Planung koordinieren.
Welche Aufgaben gehören zur Maschinenplanung?
Die Aufgaben der Maschinenplanung unterscheiden sich je nach Produktionsart, Maschinenpark und Fertigungstiefe. Zu den wichtigsten Bereichen gehören:
- Zuordnung von Produktionsaufträgen zu Maschinen
- Planung der Maschinenbelegung
- Berücksichtigung verfügbarer Maschinenkapazitäten
- Prüfung technischer Maschineneigenschaften
- Planung von Bearbeitungs- und Durchlaufzeiten
- Berücksichtigung von Rüstzeiten
- Planung von Wartungen und Inspektionen
- Koordination von Werkzeugen und Vorrichtungen
- Zuordnung qualifizierter Mitarbeiter
- Priorisierung dringender Produktionsaufträge
- Abstimmung mehrerer Produktionslinien
- Reaktion auf Maschinenausfälle und Terminänderungen
- Überwachung von Auftragsfortschritt und Maschinenstatus
Besonders anspruchsvoll wird die Maschinenplanung, wenn mehrere Maschinen unterschiedliche Fähigkeiten besitzen, Aufträge verschiedene Arbeitsschritte durchlaufen und begrenzte Werkzeuge oder Fachkräfte gemeinsam genutzt werden.
Welche Ressourcen müssen bei der Maschinenplanung berücksichtigt werden?
Eine Maschine kann nur produktiv eingesetzt werden, wenn alle für den Auftrag benötigten Ressourcen verfügbar sind. Deshalb umfasst Maschinenplanung mehr als die reine Reservierung eines Zeitfensters.
Maschinen und Anlagen
Zu den planbaren technischen Ressourcen können gehören:
- CNC-Maschinen
- Bearbeitungszentren
- Fräsmaschinen
- Drehmaschinen
- Schweissanlagen
- Laserschneidanlagen
- Pressen
- Spritzgussmaschinen
- Druckmaschinen
- Montagelinien
- Verpackungsanlagen
- Prüfstände
- Produktionslinien
Bei der Auswahl einer Maschine müssen technische Eigenschaften und reale Kapazitäten berücksichtigt werden.
Werkzeuge und Vorrichtungen
Viele Aufträge benötigen zusätzliche Betriebsmittel, die nur begrenzt verfügbar sind:
- Spannvorrichtungen
- Formen und Werkzeuge
- Fräs- und Drehwerkzeuge
- Messmittel
- Prüfvorrichtungen
- Paletten
- Werkzeugaufnahmen
- Montagevorrichtungen
- Sonderwerkzeuge
Eine Maschine kann frei sein und trotzdem nicht genutzt werden, wenn die benötigte Vorrichtung bereits bei einem anderen Auftrag eingesetzt wird.
NC-Programme und Arbeitsunterlagen
Bei automatisierten Bearbeitungsprozessen müssen die erforderlichen Programme und Unterlagen rechtzeitig verfügbar sein. Dazu gehören beispielsweise:
- NC-Programme
- Arbeitspläne
- Zeichnungen
- Stücklisten
- Prüfanweisungen
- Rüstanweisungen
- Qualitätsvorgaben
- Maschinenparameter
Fehlende oder nicht freigegebene Unterlagen können den geplanten Produktionsbeginn verzögern.
Mitarbeiter und Qualifikationen
Für die Bedienung, Einrichtung oder Überwachung einer Maschine werden qualifizierte Mitarbeiter benötigt. Dazu gehören beispielsweise:
- Maschinenbediener
- Einrichter
- Programmierer
- Werkzeugmacher
- Instandhaltungstechniker
- Qualitätsprüfer
- Produktionsleiter
- Schichtführer
Bei der Personaleinsatzplanung müssen Schichten, Qualifikationen, Abwesenheiten und bereits geplante Tätigkeiten berücksichtigt werden.
Materialien und Vorprodukte
Ein Produktionsauftrag kann nur beginnen, wenn die erforderlichen Materialien oder Vorprodukte verfügbar und freigegeben sind.
Dazu können gehören:
- Rohmaterialien
- Halbfabrikate
- Bauteile
- Verbrauchsmaterialien
- Verpackungsmaterialien
- Hilfs- und Betriebsstoffe
Fehlendes Material führt häufig dazu, dass reservierte Maschinenzeit nicht genutzt werden kann.
Wie läuft eine Maschinenplanung ab?
Eine professionelle Maschinenplanung erfolgt in mehreren aufeinander abgestimmten Schritten.
1. Produktionsauftrag erfassen
Zunächst werden die für die Planung relevanten Auftragsdaten erfasst. Dazu können gehören:
- Auftragsnummer
- Kunde
- Produkt oder Artikel
- Auftragsmenge
- gewünschter Liefertermin
- Priorität
- geplante Bearbeitungszeit
- benötigte Arbeitsschritte
2. Geeignete Maschine bestimmen
Anschliessend wird geprüft, welche Maschine den Auftrag technisch bearbeiten kann.
Entscheidende Kriterien können sein:
- Maschinentyp
- Arbeitsbereich
- Leistung
- Bearbeitungsgenauigkeit
- Werkzeugausstattung
- Produktionsgeschwindigkeit
- Materialeignung
- verfügbare Programme
Nicht jede freie Maschine ist automatisch für jeden Auftrag geeignet.
3. Maschinenkapazität prüfen
Die Planung muss die tatsächlich verfügbare Kapazität berücksichtigen. Eine Maschine kann beispielsweise durch Schichtzeiten, Wartungen, technische Einschränkungen oder fehlendes Bedienpersonal nur zeitweise verfügbar sein.
Massgeblich ist deshalb nicht die theoretische Maschinenleistung, sondern die reale Kapazität im jeweiligen Planungszeitraum.
4. Bearbeitungs- und Rüstzeiten einplanen
Vor der eigentlichen Bearbeitung muss eine Maschine häufig eingerichtet oder umgerüstet werden.
Typische Rüstvorgänge sind:
- Werkzeugwechsel
- Formwechsel
- Reinigung
- Materialwechsel
- Programmwechsel
- Einrichtung von Spannmitteln
- Kalibrierung
- Probelauf und Erstteilprüfung
Rüstzeiten müssen als eigener Bestandteil der Maschinenbelegung berücksichtigt werden. Andernfalls ist der geplante Produktionsbeginn unrealistisch.
5. Mitarbeiter und Betriebsmittel zuordnen
Zur Maschinenzeit werden die benötigten Mitarbeiter, Werkzeuge, Vorrichtungen und Prüfmittel eingeplant.
Dadurch wird verhindert, dass ein Auftrag zwar auf einer Maschine reserviert ist, aber wegen fehlender Zusatzressourcen nicht gestartet werden kann.
6. Reihenfolge der Aufträge festlegen
Die Auftragsreihenfolge beeinflusst Liefertermine, Rüstaufwand und Maschinenauslastung.
Mögliche Priorisierungskriterien sind:
- Liefertermin
- Auftragspriorität
- Kundenzusage
- Materialverfügbarkeit
- Rüstfamilie
- Bearbeitungsdauer
- nachfolgende Produktionsschritte
- Verfügbarkeit weiterer Ressourcen
7. Produktionsfortschritt überwachen
Während der Fertigung wird geprüft, ob der Auftrag wie geplant beginnt, läuft und abgeschlossen wird.
Abweichungen können entstehen durch:
- Maschinenstörungen
- Qualitätsprobleme
- fehlendes Material
- Personalausfälle
- verlängerte Bearbeitungszeiten
- dringende Zusatzaufträge
8. Planung bei Änderungen aktualisieren
Bei Störungen oder Prioritätsänderungen müssen Aufträge verschoben, auf andere Maschinen verteilt oder neu priorisiert werden.
Eine zentrale Planung zeigt dabei, welche nachfolgenden Aufträge, Mitarbeiter und Liefertermine von der Änderung betroffen sind.
Praxisbeispiel einer Maschinenplanung
Ein Metallverarbeitungsunternehmen plant mehrere Fertigungsaufträge auf drei CNC-Bearbeitungszentren.
Ein dringender Kundenauftrag soll kurzfristig eingeschoben werden. Zwei Maschinen wären grundsätzlich für das Bauteil geeignet. Eine Maschine ist jedoch für eine Wartung gesperrt. Auf der zweiten Maschine läuft ein Auftrag, dessen Bearbeitungszeit länger dauert als geplant.
Zusätzlich wird für den neuen Auftrag eine spezielle Spannvorrichtung benötigt, die derzeit auf einer dritten Maschine eingesetzt wird.
Mit einer zentralen Maschinenplanung erkennt der Produktionsleiter:
- welche Maschinen technisch für den Auftrag geeignet sind
- wann die benötigte Spannvorrichtung verfügbar wird
- welche bestehenden Aufträge verschoben werden müssten
- welche Liefertermine durch die Umplanung gefährdet sind
- welcher qualifizierte Maschinenbediener verfügbar ist
- ob eine zusätzliche Schicht erforderlich ist
Der dringende Auftrag kann in ein realistisches Zeitfenster eingeplant werden, ohne eine nicht verfügbare Maschine oder Vorrichtung zu reservieren.
Unterschied zwischen Maschinenplanung und Produktionsplanung
Maschinenplanung und Produktionsplanung sind eng miteinander verbunden, haben aber unterschiedliche Schwerpunkte.
Die Maschinenplanung konzentriert sich vor allem auf:
- Belegung einzelner Maschinen und Anlagen
- Maschinenkapazitäten
- Rüst- und Bearbeitungszeiten
- technische Eignung
- Wartungen und Störungen
- Werkzeuge und Vorrichtungen
Die Produktionsplanung umfasst zusätzlich:
- gesamte Produktionsaufträge
- Materialbedarf
- Arbeitsfolgen
- Personalbedarf
- Liefertermine
- Bestände und Vorprodukte
- übergreifende Fertigungsprozesse
Die Maschinenplanung ist somit ein zentraler Teilbereich der Produktionsplanung.
Unterschied zwischen Maschinenplanung und Kapazitätsplanung
Die Kapazitätsplanung vergleicht den erwarteten Kapazitätsbedarf mit den verfügbaren personellen und technischen Kapazitäten.
Die Maschinenplanung setzt diese Kapazitätsbetrachtung konkret um. Sie legt fest, welcher Auftrag zu welchem Zeitpunkt auf welcher Maschine ausgeführt wird.
Beispiel: Die Kapazitätsplanung zeigt, dass in der kommenden Woche 180 Maschinenstunden benötigt werden, aber nur 150 Stunden verfügbar sind. Die Maschinenplanung zeigt, auf welchen Anlagen der Engpass entsteht und welche Aufträge verschoben oder auf alternative Maschinen verteilt werden können.
Unterschied zwischen Maschinenplanung und Feinplanung
Die Feinplanung koordiniert Produktionsaufträge detailliert nach Maschinen, Ressourcen und konkreten Zeitfenstern.
Während eine übergeordnete Produktionsplanung häufig tage- oder wochenweise arbeitet, betrachtet die Feinplanung einzelne Arbeitsschritte, Maschinenbelegungen und Bearbeitungsfolgen genauer.
Zur Feinplanung gehören beispielsweise:
- exakte Start- und Endzeiten
- Reihenfolge einzelner Aufträge
- Rüstzeitoptimierung
- Berücksichtigung von Abhängigkeiten
- Zuordnung von Mitarbeitern
- Planung begrenzter Werkzeuge
- Reaktion auf kurzfristige Abweichungen
Die Maschinenplanung bildet häufig die operative Grundlage dieser Feinplanung.
Maschinenplanung und Ressourcenplanung
Die Ressourcenplanung koordiniert Mitarbeiter, Maschinen, Werkzeuge, Räume und weitere Betriebsmittel.
Die Maschinenplanung konzentriert sich innerhalb dieser übergeordneten Ressourcenplanung auf die technischen Produktionsmittel und ihre Belegung.
Beispiel: Die Maschinenplanung zeigt, dass eine Fräsmaschine am Dienstag verfügbar ist. Die Ressourcenplanung prüft zusätzlich, ob ein Bediener, die benötigte Vorrichtung und das passende Messgerät ebenfalls verfügbar sind.
Maschinenplanung und Personaleinsatzplanung
Eine Maschine kann nur produktiv genutzt werden, wenn ausreichend qualifizierte Mitarbeiter zur Verfügung stehen.
Bei der gemeinsamen Planung müssen unter anderem berücksichtigt werden:
- Schichtmodelle
- Qualifikationen
- Maschineneinweisungen
- Abwesenheiten
- Pausen und Arbeitszeiten
- Mehrmaschinenbedienung
- Einrichter und Programmierer
- Instandhaltungspersonal
Eine Maschine kann technisch verfügbar sein, aber wegen fehlenden Bedienpersonals dennoch nicht eingeplant werden.
Maschinenplanung und Wartungsplanung
Wartungen und Inspektionen müssen als feste Sperrzeiten in der Maschinenbelegung berücksichtigt werden.
Zu den planbaren Wartungsaufgaben gehören:
- regelmässige Inspektionen
- vorbeugende Wartung
- Werkzeugwechsel
- Reinigung
- Kalibrierung
- Sicherheitsprüfungen
- Softwareupdates
- Reparaturen
- ungeplante Störungsbehebung
Eine abgestimmte Wartungsplanung reduziert ungeplante Ausfälle und verhindert, dass Produktionsaufträge während eines geplanten Maschinenstillstands eingeplant werden.
Maschinenplanung und Shopfloor-Management
Das Shopfloor-Management schafft Transparenz über laufende Produktionsprozesse direkt am Ort der Wertschöpfung.
Die Maschinenplanung liefert dafür wichtige Informationen:
- welcher Auftrag auf welcher Maschine läuft
- welche Aufträge als Nächstes folgen
- wo Verzögerungen entstehen
- welche Maschine gestört ist
- welcher Auftrag priorisiert werden muss
- welche Kapazitäten verfügbar sind
Planung und Shopfloor-Management ergänzen sich. Die Maschinenplanung legt die vorgesehene Belegung fest. Das Shopfloor-Management macht den aktuellen Produktionsstatus und Abweichungen sichtbar.
Maschinenplanung und Projektplanung
Maschinen werden nicht nur für Serien- oder Einzelaufträge eingesetzt. Sie können auch Bestandteil grösserer Projekte sein.
Die Projektplanung koordiniert Aufgaben, Termine, Meilensteine und Ressourcen eines Projekts. Die Maschinenplanung stellt sicher, dass benötigte Anlagen in den vorgesehenen Projektphasen verfügbar sind.
Dies ist beispielsweise relevant bei:
- Prototypenfertigung
- Werkzeugbau
- Sondermaschinenbau
- Versuchsreihen
- Forschungs- und Entwicklungsprojekten
- kundenspezifischer Einzelfertigung
Rüstzeiten in der Maschinenplanung
Rüstzeiten sind Zeiträume, in denen eine Maschine für einen neuen Auftrag vorbereitet wird. Während dieser Zeit produziert die Maschine keine verkaufsfähigen Teile.
Rüstzeiten können entstehen durch:
- Werkzeugwechsel
- Formwechsel
- Reinigung
- Materialwechsel
- Änderung von Maschinenparametern
- Aufbau von Vorrichtungen
- Programmwechsel
- Erstteilprüfung
Eine sinnvolle Auftragsreihenfolge kann Rüstzeiten reduzieren. Werden beispielsweise ähnliche Produkte oder Materialien nacheinander gefertigt, sind weniger umfangreiche Umstellungen erforderlich.
Die Reduzierung von Rüstzeiten darf jedoch nicht isoliert betrachtet werden. Liefertermine und Auftragsprioritäten müssen weiterhin eingehalten werden.
Maschinenfähigkeiten und Plausibilitätsprüfung
Bei der Maschinenzuordnung muss geprüft werden, ob eine Maschine den vorgesehenen Auftrag technisch ausführen kann.
Zu den möglichen Maschinenfähigkeiten und Einschränkungen gehören:
- maximale Werkstückgrösse
- zulässiges Werkstückgewicht
- Bearbeitungsgenauigkeit
- verarbeitbare Materialien
- verfügbare Werkzeuge
- Spindelleistung
- Produktionsgeschwindigkeit
- Temperatur- oder Reinraumanforderungen
- notwendige Zertifizierungen
- verfügbarer Arbeitsraum
Eine Plausibilitätsprüfung verhindert, dass Aufträge auf ungeeigneten Maschinen eingeplant werden.
Parallele und mehrstufige Maschinenbelegung
Viele Produktionsaufträge durchlaufen mehrere Arbeitsschritte auf unterschiedlichen Maschinen.
Ein Bauteil kann beispielsweise folgende Stationen benötigen:
- Zuschnitt
- Fräsen
- Bohren
- Oberflächenbehandlung
- Qualitätsprüfung
- Montage
Die Planung muss sicherstellen, dass Folgearbeitsgänge nicht beginnen, bevor der vorherige Schritt abgeschlossen ist.
Gleichzeitig können mehrere Maschinen parallel an unterschiedlichen Aufträgen arbeiten. Dadurch entstehen Abhängigkeiten, die in einer einfachen Maschinenliste nur schwer erkennbar sind.
Typische Fehler bei der Maschinenplanung
Es wird nur die theoretische Kapazität betrachtet
Schichtzeiten, Wartungen, Störungen, Pausen oder fehlendes Bedienpersonal werden nicht berücksichtigt.
Rüstzeiten fehlen
Aufträge werden ohne Zeit für Werkzeugwechsel, Reinigung oder Einrichtung direkt hintereinander eingeplant.
Maschinenfähigkeiten werden nicht geprüft
Ein Auftrag wird auf einer freien, aber technisch ungeeigneten Maschine platziert.
Werkzeuge und Vorrichtungen werden doppelt belegt
Mehrere Maschinen benötigen gleichzeitig dasselbe begrenzt verfügbare Betriebsmittel.
Wartungstermine werden übersehen
Ein Produktionsauftrag wird während einer geplanten Inspektion oder Reparatur eingeplant.
Personalverfügbarkeit wird getrennt geplant
Die Maschine ist frei, aber es steht kein qualifizierter Bediener oder Einrichter zur Verfügung.
Materialverfügbarkeit wird nicht berücksichtigt
Maschinenzeit wird reserviert, obwohl das benötigte Rohmaterial noch nicht eingetroffen oder freigegeben ist.
Abhängigkeiten zwischen Arbeitsschritten fehlen
Ein Folgeauftrag wird eingeplant, obwohl das benötigte Vorprodukt noch nicht fertiggestellt ist.
Störungen werden nicht zentral kommuniziert
Arbeitsvorbereitung, Fertigung und Vertrieb arbeiten mit unterschiedlichen Informationen über Maschinenstatus und Liefertermine.
Wichtige Kennzahlen der Maschinenplanung
Maschinenauslastung
Die Maschinenauslastung zeigt, wie stark die verfügbare Maschinenzeit produktiv genutzt wird.
Maschinenverfügbarkeit
Die Maschinenverfügbarkeit beschreibt, wie viel der geplanten Zeit eine Maschine tatsächlich einsatzbereit ist.
Stillstandszeit
Die Stillstandszeit erfasst Zeiträume, in denen eine Maschine aufgrund von Störungen, Wartungen, fehlendem Material oder fehlendem Personal nicht produziert.
Rüstzeit
Die Rüstzeit zeigt, wie viel Zeit für die Vorbereitung einer Maschine zwischen zwei Produktionsaufträgen benötigt wird.
Bearbeitungszeit
Die Bearbeitungszeit beschreibt die tatsächliche Dauer der maschinellen Bearbeitung eines Auftrags oder Bauteils.
Durchlaufzeit
Die Durchlaufzeit umfasst den Zeitraum vom Beginn eines Auftrags bis zum Abschluss aller erforderlichen Bearbeitungsschritte.
Termintreue
Die Termintreue zeigt, wie häufig Produktionsaufträge innerhalb des geplanten Zeitraums abgeschlossen werden.
Störungsquote
Die Störungsquote setzt ungeplante Ausfälle oder Störungszeiten in Beziehung zur verfügbaren Maschinenzeit.
Wartungsquote
Die Wartungsquote zeigt, welcher Anteil der verfügbaren Zeit für geplante Wartungs- und Instandhaltungsmassnahmen verwendet wird.
Kapazitätsauslastung
Die Kapazitätsauslastung vergleicht den eingeplanten Maschinenbedarf mit der real verfügbaren Maschinenkapazität.
Auftragsrückstand
Der Auftragsrückstand zeigt, welche Produktionsaufträge nicht innerhalb des geplanten Zeitfensters bearbeitet wurden.
Software als unterstützendes Werkzeug
Software kann die Maschinenplanung durch zentrale Informationen zu Terminen, Verfügbarkeiten, Ressourcen und Zuständigkeiten unterstützen. Welche Lösung geeignet ist, hängt vom konkreten Prozess, den vorhandenen Daten und den bestehenden Systemen ab. Ein Beispiel ist die Maschinenplanung mit Visual Planning®.
Fazit
Eine strukturierte Maschinenplanung verbindet Maschinen, Produktionsaufträge, Werkzeuge, Wartungen, Personal und Liefertermine zu einem realistischen Belegungsplan. Sie hilft, Kapazitätsengpässe frühzeitig zu erkennen und Abhängigkeiten zwischen Fertigungsschritten nachvollziehbar zu berücksichtigen.