Prioritätsregel

Hintergrund und Ziele

Prioritätsregeln legen die Reihenfolge fest, in der konkurrierende Aufträge, die sich in einer Warteschlage befinden, einer Bearbeitungsstation zugeteilt werden. Hierzu wird für alle wartenden Aufträge nach einem vorgegeben Kriterium eine Priorität ermittelt, die als Selektionskriterium dient [Nebl 2011, S. 727, Corsten 2009, S. 504].

Im Rahmen der Fertigungssteuerung dienen Prioritätsregeln zur Reihenfolgeplanung der Fertigungsaufträge an den einzelnen Maschinen. Besonders bei Einzel- und Kleinserienproduktion in Werkstattfertigung durchlaufen viele Aufträge unterschiedlicher Produkte mit kleinen Losgrößen gleichzeitig die Produktion. Ein Fertigungsauftrag besteht dabei aus mehreren Arbeitsgängen (Operationen), die jeweils auf unterschiedlichen Maschinen zu bearbeiten sind. Die Anzahl sowie die Folge der Arbeitsgänge, in der die einzelnen Maschinen anzusteuern sind, können zwischen den einzelnen Produkten variieren.

Die Reihenfolgeplanung stellt bei Werkstattfertigung ein komplexes Problem dar. Da bis auf wenige spezielle Fälle kein allgemein gültiges exaktes Verfahren zu Verfügung steht, werden in der Praxis zur Lösung des Reihenfolgeproblems meist Heuristiken eingesetzt, die auf Prioritätsregeln basieren [Haupt 1996, S. 1418].

Bei der Planung der Reihenfolge können verschiedene Ziele verfolgt werden. Typische Ziele sind [Nebl 2011, S. 40]:

• die Minimierung der Durchlaufzeit der Fertigungsaufträge, z. B. Minimierung der maximalen Durchlaufzeit, der mittleren Durchlaufzeit der Fertigungsaufträge oder der Liegezeiten,
• die Maximierung der Kapazitätsauslastung, bei der ein hoher Nutzungsgrad der Maschinen erreicht werden soll,
• die Minimierung der Terminabweichungen von Fertigungsaufträgen zur Erhöhung der Liefertreue gegenüber dem Kunden, z. B. durch Minimierung der maximalen Verspätung oder durch Minimierung aller Verspätungen, und 
• die Minimierung von Kosten, z. B. in Form von Fertigungs-, Leerlauf- oder Lagerkosten.

Die aufgeführten Ziele konkurrieren wechselseitig, so dass nicht alle Ziele gleichzeitig realisiert werden können (Zielkonflikt).

Elementare und kombinierte Prioritätsregeln

Gängige elementare Prioritätsregeln sind [Nebl 2011, S. 692-693, Adam 1998, S. 566, Corsten 2009, S. 505]:

1. FIFO (First-In-First-Out) oder FCFS (First-Come-First-Serve): Hier werden die Aufträge in der Reihenfolgen ihrer Ankunft priorisiert (diese Zuteilungsregel entspricht dem Verhalten der Datenstruktur Queue). Gegenteil: LIFO (Last-In-First-Out, analog Datenstruktur Stack).
2. KOZ (Kürzeste Operationszeit) oder SJF (Shortest Job First): Der wartende Auftrag mit der kürzesten Bearbeitungszeit an der Maschine erhält die höchste Priorität, Gegenteil: LOZ (Längste Operationszeit) oder LJF (Longest Job First).
3. KRB (Kürzeste Restarbeitszeit) oder SRPT (Shortest Remaining Processing Time): Der Auftrag mit den kürzesten Bearbeitungszeiten aller noch durchzuführender Operationen wird zugeteilt. Gegenteil: GRB (Größte Restbearbeitungszeiten) oder LRPT (Longest Remaining Processing Time).
4. KGB (Kürzeste Gesamtbearbeitungszeit) oder SIO (Shortest Gross Immanent Operation Time): Der Auftrag mit der kürzesten Bearbeitungszeiten aller Operationen erhält die höchste Priorität. Gegenteil: GGB (Größte Gesamtbearbeitungszeit) oder LIO (Longest Gross Immanent Operation Time).
5. WAA (Wenigste noch auszuführende Arbeitsgänge) oder FOPNR (Fewest Number of Operation Remaining): Der Auftrag mit der kleinsten Anzahl noch auszuführender Operationen wird zugewiesen. Gegenteil: MAA (Meiste noch auszuführende Arbeitsgänge) oder MOPNR (Most Number of Operation Remaining).
6. FFT (Frühester Fertigstellungstermin) oder EDD (Earliest Due Date): Der Auftrag mit dem frühesten Fertigstellungstermin erhält die höchste Priorität.
7. FAT (Frühester Anfangstermin) oder ESD (Earliest Start Date). Der Auftrag mit dem frühesten berechneten Anfangstermin erhält die höchste Priorität.
8. Schlupfzeit oder Slack: Die höchste Priorität erhält der Auftrag mit dem geringsten Schlupf, d. h. der Differenz zwischen der verbleibenden Zeit zur Fertigstellung des Auftrags und der Summe der Restbearbeitungszeiten.
9. Wert-Regel: Der Auftrag mit dem höchsten Produktendwert oder mit dem höchsten Zwischenproduktwert vor Ausführung der Operation erhält die höchste Priorität.

Die Prioritätsregeln sind unterschiedlich gut geeignet zur Erreichung der einzelnen Ziele. Während bspw. die KOZ-Regel gut zur Erreichung der maximalen Kapazitätsauslastung und der Minimierung der mittleren Durchlaufzeit geeignet ist, erfüllt sie das Ziel der Minimierung der maximalen Verspätung schlecht. Dieses Ziel wird hingegen gut durch die Schlupfzeit-Regel erreicht [Corsten 2009, S. 506-507, Nebl 2011, S. 727ff.].

Daher werden neben den einfachen Prioritätsregeln auch kombinierte Prioritätsregeln [Nebl 2011, S. 731, Adam 1998, S. 567] eingesetzt, bei denen mehrere Einzelkriterien zu einer Priorität verbunden werden, z. B.:

• KOZ+FAT: Die Priorität errechnet sich durch Addition der Einzelprioritäten nach der KOZ- und der FAT-Regel.
• KOZvFAT: Falls der geplante Anfangstermin noch nicht erreicht ist, wird die Gesamtpriorität nach der KOZ-Regel bestimmt, andernfalls nach der FAT-Regel.
• Slack/KOZ: Die Gesamtpriorität ergibt sich als Quotient von Schlupfzeit und Bearbeitungszeit.
  

 Literatur

Adam, Dietrich: Produktionsmanagement. 9. Auflage Wiesbaden : Gabler, 1998.

Corsten Hans; Gössinger, Ralf: Produktionswirtschaft. 12. Auflage. München : Oldenbourg, 2009.

Nebl, Theodor: Produktionswirtschaft. 7. Auflage, München : Oldenbourg, 2011.

Haupt, R. Prioritätsregeln in der Reihenfolgeplanung. In: Kern, Werner ; Schröder, Hans-Horst ; Weber; Jürgen (Hrsg.):  Handwörterbuch der Produktionswirtschaft. 2. Auflage Stuttgart : Schäffer-Poeschel, 1996. Sp. 1418-1426.

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