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„Planlose“ gezielt einsetzen Simultane Labor- und Produktionsplanung als Add-On zu SAP ERP

Autor / Redakteur: Dr. Winfried Jänicke et al.* / Dr. Ilka Ottleben

Der Prozess der Laborplanung ist komplex und längst in unterschiedlichster Weise softwaregestützt. Seitens der Nutzer und Betreiber eines Labors ist es häufig wünschenswert, auch die zukünftige Belastung der Labore transparent und planbar zu machen.

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Abb.1: Wie kann SAP ERP zur Laborplanung eingesetzt werden?
Abb.1: Wie kann SAP ERP zur Laborplanung eingesetzt werden?
(Bild: ©i3d_vr - stock.adobe.com / Fotolia.com)

SAP ERP ist das Hauptprodukt des deutschen Software-Unternehmens SAP SE. ERP steht für Enterprise-Resource-Planning oder Unternehmens-Informationssystem. Es erlaubt es seinen Anwendern, alle geschäftsrelevanten Bereiche eines Unternehmens im Zusammenhang betrachten zu können. Das darauf basierende Qualitätsmanagementtool SAP ERP/QM wird auch zur Unterstützung der Laborplanung eingesetzt – allerdings besteht dabei Optimierungspotenzial. Spricht man mit Laborleitern, so gibt es die folgenden Wünschen nach Verbesserungen beim Einsatz von SAP ERP/QM:

  • Zeige die zukünftige Belastung der Labore aufgrund der zu erwartenden Produktion, wie sie nach den Ergebnissen des MRP-Laufs (Material Requirement Planning, Materialbedarfsplanung) aktuell prognostiziert ist.
  • Stütze die Zuweisung von Personal zu den einzelnen Prüflosen.
  • Glätte die Auslastung von Personal und Geräten durch zeitliches Verschieben und Zusammenfassen von Prüflosen sowie durch Veränderung des Kapazitätsangebotes und/oder Laborverlagerung.
  • Alarmiere bei Defekten, die sich aus dem Zusammenhang zwischen Produktion und Labor ergeben (Produktionsplanänderungen, unfreies Verpacken, …).
  • Stelle eine Kommunikationsplattform mit der Produktionsplanung bereit, um zu vermeiden, dass fehlende Prüfungen zu Produktionsverzögerungen führen.
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Der letzte Wunsch stimmt auch mit den Wünschen der Produktionsplaner und Supply Chain Manager überein, die sich bei der Nutzung von SAP ERP PP und PP-PI ebenfalls eine Kommunikationsplattform wünschen. Supply Chain Manager beklagen darüber hinaus das „schwarze Loch“ Labor in der logistischen Kette, das sie über Standarddurchlaufzeiten abbilden müssen, ohne zu wissen, ob zu viel oder zu wenig Kapazität im Labor verfügbar ist. Daraus leitet sich der Wunsch ab, die Durchlaufzeit der logistischen Kette nicht nur in der Produktion, sondern auch im Labor beeinflussen zu können. Es gibt eine Reihe objektiver Hinderungsgründe diese Wünsche zu bedienen:

  • Prüflose werden in SAP ERP/QM meist erst nach Freigabe der Prozessaufträge bzw. nach Wareneingang automatisch angelegt. Damit sind die Prüflose meist nur im Kurzfristbereich verfügbar und kaum zur Planung geeignet.
  • Die Kapazitätsbedarfe der Prüfpläne sind oft nicht ausreichend in SAP gepflegt, sodass man den Aufwand zur Behebung dieses Defizites fürchtet.
  • Bei Prüfungen überwiegt in vielen Fällen der Aufwand für die Vor- und Nachbereitung, sodass man durch Zusammenfassung von Prüfaufträgen eine sehr starke Reduktion des Kapazitätsbedarfes erreicht. Demzufolge kann man nicht formal mehrere Prüfpläne kapazitiv einplanen, da dadurch eine Überschätzung des Kapazitätsbedarfes entsteht. Man benötigt zusätzlich Modellierungs- und Kampagnenplanungsmethoden.

Natürlich gibt es auch subjektive Hinderungsgründe: Man ist aufgrund der Wichtigkeit der Qualitätssicherung oft geneigt, Labore etwas größer auszulegen, sodass mit ausreichend Kapazität Auslastungsspitzen abgefangen werden können. In diesem Sinn ist der Return on Invest (ROI) bei solchen Projekten nicht einfach zu ermitteln. Trotzdem gibt es einige Lösungen, bei denen eine Laborplanung auf Basis der Daten aus SAP ERP/QM schon heute durchgeführt wird [1-3].

Stützung der Laborplanung

Das Haupthindernis für die Etablierung einer Planung auf Basis von SAP ERP/QM Daten ist das Fehlen von Prüflosen für die weitere Zukunft. In einigen Firmen hat man sich dazu Tools durch Individualprogrammierung geschaffen, indem man Listen von „Zukunftsobjekten“ wie Bestellungen, Bestellanforderungen, Fertigungs-/Prozessaufträgen, Planaufträgen erstellt, zu denen irgendwann einmal ein Prüflos erzeugt werden wird. Meist setzt man dann Microsoft Excel ein und erkennt durch scharfes „Hinschauen“ ein Belastungsprofil für die Labore.

Besser scheint es aber zu sein, in Analogie zum „Planauftrag“, im Resultat des MRP-Laufes automatisiert „Planlose“ zu erstellen. Ein Planlos ist der Hinweis an einen Laborplaner, dass nach jetzigem Wissen in der Zukunft ein „Prüflos“ durch SAP erzeugt werden wird. Weiter kann man zu Bestellungen sowie zu nicht freigegebenem Fertigungs-/Prozessauftrag ebenfalls Planlose erzeugen.

Um das zusätzliche Objekt „Planlos“ einzuführen und damit zu planen, kann man ein Advanced Planning and Scheduling System (APS) nutzen. Die Grundidee eines solchen Systems ist es, anhand einer Kopie des ERP-Produktionsmodells in einem Add-On zusätzliche Objekte virtuell zu erzeugen und damit zu arbeiten.

Man hat damit vier Aufgaben zu lösen:

  • Aufgabe 1: Erzeuge nach dem SAP MRP Lauf zu Planaufträgen und Bestellanforderungen „Planlose“ und stelle Reports bereit (Transparenz).
  • Aufgabe 2: Erzeuge zu vorhandenen Bestellungen und nicht freigegebenem Fertigungs-/Prozessauftrag ebenfalls „Planlose“ und stelle Reports bereit.
  • Aufgabe 3: Plane (Zuweisung anderer Zeiten, Labore, Ressourcen, Personal), verwalte und speichere die Planlose. Ändere gegebenenfalls die Kapazitätsangebote.
  • Aufgabe 4: Ordne nach dem Statuswechsel von Fertigungs-/Prozessaufträgen in „eröffnet“ bzw. nach dem Übergang von Bestellungen zu Wareneingang dem dadurch in SAP ERP entstandenen Prüflos die Eckdaten der geplanten Planlose zu und lösche die zugewiesenen Planlose.

Planungslösung per Advanced Planning and Scheduling

Eine Planungslösung erstellt man üblicherweise mit einem Advanced Planning and Scheduling System. Das hier verwendete APS liest die SAP ERP- und SAP S/4HANA-Objekte aus den Modulen PP, PP-PI und QM aus, die für die Lösung von Labor- und Produktionsplanungsaufgaben benötigt werden. Dazu gehören insbesondere Materialstamm, Ressourcen und Prüfpläne als Stammdaten sowie Planaufträge, Bestellanforderungen, Bestellungen, Prozessaufträge, Prüflose als Bewegungsdaten. Diese Objekte werden im RAM eines Servers verknüpft und in Hilfsstrukturen abgelegt. Darauf aufbauend kann man Listen und Planungsmappen generieren und darstellen. Besonders interessant sind Planungsmappen.

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In Abbildung 2 ist im mittleren Layoutfenster eine Planungsmappe dargestellt, in der die Personalauslastung angegeben wird. In der ersten Zeile dieser Planungsmappe sind die Auslastungsprozente angegeben. Es folgen Kapazitätsangebot, kumulierte Überlast usw. Diese Planungsmappe kann in alternative Diskretisierungsmodi umgeschaltet werden. Insbesondere kann man aus Zellen heraus in Listen springen wie sie beispielsweise im oberen Layoutbereich in Abb. 2 sichtbar sind. Sie zeigen die Objekte, welche die Zelle bestimmen. In diesen Listen können die Zeiten und Personalzuweisungen editiert werden.

Das verwendete APS-System erlaubt es beim Editieren, entweder in einem SAP-Modus zu arbeiten, bei dem die Änderungen sofort eine Transaktion in SAP auslösen oder einen SIM-Modus zu nutzen, bei dem man Änderungen erst einmal probeweise im APS-System ausführt, um die Konsequenzen zu erkennen. Hier ist auch ein schrittweises Rollback möglich.

In Planungsmappen und Listen können Objekte aus verschiedenen Laboren und SAP-Werken zusammengeführt werden. Im konkreten Fall wird das System „Manufacturing Workbench“ des Unternehmens Orsoft verwendet. Dieses ist in einer Reihe von Konzernen im Einsatz und wird in unterschiedlichen Ausprägungen an ca. 9000 Arbeitsplätzen genutzt.

Transparenz

Die einfachste (und preisgünstigste) Möglichkeit, Transparenz zu erzeugen, wäre die Bereitstellung von Planungsmappen, in denen tageweise, wochenweise, monatsweise die Zahl der Prüflose angezeigt wird. Aus der Zelle dieser Planungsmappe kann man sich Tabellen generieren und die dort gelisteten Prüflose für das jeweilige Diskretisierungsintervall anschauen.

Interessanter wird es, wenn man der Planungsmappe mehr Zeilen hinzufügt. Dabei kann man für jede Prüfart und für jedes Labor für jedes Merkmal eine Zeile generieren. Man kann also ohne weitere Stammdatenpflege, nur durch Aufspielen eines Add-Ons, einen Überblick über Zahl und Art der Prüflose erhalten und durch „scharfes Hinschauen“ erkennen, wie der Kapazitätsbedarf ist.

Will man Auslastungen ermitteln, muss man

  • die Kapazitätsbedarfe im Prüfplan bezogen auf Ressourcen und Mitarbeitergruppen sowie
  • die Kapazitätsangebote für Ressourcen, Mitarbeiter und Mitarbeitergruppen

pflegen. Der Traum jedes IT-Mitarbeiters ist es natürlich, die Kapazitätsangebote aus SAP ERP/HR zu füllen. Meist reicht aber ein einfaches Abwesenheits-Excel, das man jeden Tag aktualisiert und einspielt.

In Abbildung 2 sieht man im mittleren Layoutfenster eine Planungsmappe, in der

  • die Personalauslastung bezogen auf Mitarbeitergruppen angegeben ist,
  • die Auslastung eines Mitarbeiters (Olaf Gumpert) aufgezeigt wird (scrollt man die Planungsmappe, so werden weitere Mitarbeiter sichtbar).

Die Personalauslastung für die Mitarbeitergruppen erhält man automatisch durch Gegenüberstellung von Bedarfen aus den Prüflosen und Kapazitätsangeboten für die Mitarbeitergruppen. Entsteht eine Überlastung muss man Prüflose umterminieren, in andere Labore verlagern oder die Kapazitätsangebote erhöhen.

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Die Kapazitätsauslastung für die einzelnen Mitarbeiter wird erst nach händischem Zuweisen der einzelnen Mitarbeiter zu den Prüflosen sichtbar.

Sieht man in der Planungsmappe rote Zellen (mehr als 100% Auslastung), muss man die Prüflose so umterminieren, dass die bis dahin rot markierten Zellen <100% anzeigen.

Dafür gibt es zwei Wege:

  • Man editiert die Spalte „Beginn“ im Layoutfenster „Prüflose“. Das Ende des Prüfloses wird dann auf Basis der Dauer automatisch ermittelt. Dabei ist zu vermeiden, dass die Alarme „Prüflos zu früh/spät“ anschlagen. In solch einem Fall hilft nur Verlagerung in ein anderes Labor oder Kapazitätsangebotserhöhung.
  • Alternativ wäre es möglich, eine Glättung mittels Drag&Drop in dem im unteren Bereich in Abbildung 2 angezeigten Stapeldiagramm zu erreichen. Dabei geht man davon aus, dass in dem Stapeldiagramm die Prüflose mit dem kürzesten Enddatum unterhalb der roten Kapazitätslinie liegen und die oberen Prüflose zeitlich in die Zukunft verschoben werden.

Zuweisung Personal – Prüflose

Für die Zuweisung von Personal zu Prüflosen ergänzt man die Tabelle der Prüflose (s. oberes Layoutfenster in Abb. 2) händisch um den Namen des Bearbeiters. Danach aktualisiert sich automatisch die Planungsmappe.

Bei dieser Gelegenheit kann der Laborplaner implizit auch eine Prüfloszusammenfassung durchführen, indem er mehrere Prüflose demselben Planer zuordnet. Anhand der Prüfloszusammenfassung tauchen zwei wichtige Fragen bei der Einführung einer Planungslösung auf:

  • Wie weit automatisiert man?
  • Wie weit wird die Intelligenz und Lösungskompetenz der Laborplaner einbezogen?

Natürlich kann man über Kampagnenplanungsalgorithmen die Prüfloszusammenfassung abbilden. Das erfordert aber höheren Aufwand bei Stammdatenpflege und Einführung. Erfolgt die Prüfloszusammenfassung auf Basis des Wissens des Laborplaners, benötigt man keine Kampagnenplanungsalgorithmen. Im Resultat kann dadurch aber auch formal ein Alarm bezogen auf die Kapazitätsauslastung ausgelöst werden, da das Wissen um den Kapazitätsbedarf einer zusammengefassten Prüflosmenge nicht im System abgebildet ist. Wenn man dem Gedanken der Gruppenarbeit huldigt, kann man auch die Mitarbeiter bitten, sich selbst in die Listen einzutragen und ihre eigene Arbeit zu planen. Für den Laborleiter ist es einfach zu sehen, ob die Planung komplett ist. Er muss lediglich nach unausgefüllten Zellen in der Spalte „Bearbeiter“ schauen, wo die Zuweisung der Mitarbeiter festgelegt wird. Die Autoren kennen Labore, in denen am Morgen die Arbeitseinteilung durch Griff in den Probenschrank erfolgt. Man könnte hier also von einem „elektronischen Probenschrank“ sprechen.

Automatisierung

Hat man die Stammdaten Prüfplan und Ressourcen sowie die Bewegungsdaten Kapazitätsangebot und Planlose gepflegt und beherrscht die Prüfloszusammenfassung, kann man entweder eine zulässige Ressourcenbelegung oder eine kapazitive Planung durchführen. Jedes APS-System stellt dafür ausreichend Möglichkeiten bereit. Hier muss man Aufwand und Nutzen einer sehr anspruchsvollen automatisierten Lösung gegenüberstellen.

Kommunikationsplattform

Basis der Kommunikation zwischen Labor- und Produktionsplaner sind die SAP ERP-Objekte aus PP oder PP-PI und QM. Diese Objekte werden in einem APS-System, das sowohl von Produktionsplanern als auch von Laborplanern genutzt werden kann und als Add-On zu SAP ERP oder SAP S/4HANA konfiguriert ist, zusammengeführt und verlinkt. Unter Verwendung des APS-Systems kann man die Objekte aus beiden Modulen virtuell verknüpfen und dem jeweils anderen Planer zur Verfügung stellen. Ein solches Tool ermöglicht es, Paragraf 1 der Straßenverkehrsordnung, also die gegenseitige Rücksichtnahme, als vornehmliches Ziel der Kooperation zu verstehen. In einer zweiten Stufe sollte man beibehalten, was auch heute schon üblich ist: miteinander reden.

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Logistische Kette

Stand der Technik ist es, dass ein SCM-Manager die logistische Kette unter der Annahme fester Labordurchlaufzeiten plant. Dabei plant er unabhängig davon, ob Labore überlastet sind oder nicht.

Mit dem hier beschriebenen Vorgehen wird es möglich, dass ein Planer die gesamte logistische Kette für eilige Aufträge plant.

Literatur:

[1] Friedrich, H., Greis, C. (ORSOFT GmbH): Scheduling of Quality Control Laboratories with ORSOFT LabScheduling extension of ORSOFT Manufacturing Workbench. Eingereicht bei: Pharmaceutical Manufacturing

[2] Bardenheuer, J. (ORSOFT GmbH), Strehler, H. (Hameln Pharmaceuticals GmbH), Ball, B. (Reci-pharm Wasserburger Arzneimittel GmbH), Daniel, J. (TEVA Ratiopharm GmbH), Press, C. (Vetter Pharma Fertigungs GmbH): Produktionsplanung in der Sterilproduktion. pharmind - die pharmazeutische Industrie, 4/2015, S. 580-584

[3] Bühl, W., Daniel, J., Höynck, M. (Merckle GmbH), Jänicke, W., Szarowski, S. (ORSOFT GmbH): Laboratory Resource Planning for Quality Control of Pharmaceuticals. pharmind - die pharmazeutische industrie Sonderausgabe 11a/2004, S. 1430-1434

* Dr. W. Jänicke, Dr. S. Kochinke, C. Greis, H. Friedrich: ORSOFT GmbH, 04109 Leipzig

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