Softwaregestützte Produktionsplanung

Bei dem Projektpartner handelt es sich um mittelständisches Unternehmen im Süden Hamburgs, das chemische Produkte herstellt und vertreibt. Der erste Workshop hatte zum Ziel, die möglichen Einsatzfelder für KI-Einsatz und Digitalisierung im Unternehmen ausfindig zu machen und zu priorisieren.

Die beiden Topkandidaten für ein Digitalisierungsprojekt waren ein Expertensystem zur Nachsteuerung von Chargen sowie eine softwaregestützte Produktionsplanung. Bei der Nachsteuerung geht es um Fälle, in denen hergestellte Produkte die geforderten Spezifikationen nicht erfüllen und durch gezielte Eingriffe, etwa eine Verlängerung der Prozesszeit, angepasst werden müssen. Die softwaregestützte Produktionsplanung zielt darauf ab, die manuelle Planung des Produktionsleiters durch ein digitales System zu unterstützen und zu entlasten.

Die Wahl fiel auf die Produktionsplanung, da dort der höchste Nutzen für das Unternehmen erwartet wurde. Die Planung bindet derzeit einen erheblichen Teil der Arbeitszeit des Produktionsleiters, was zur Folge hat, dass wichtige Optimierungsmaßnahmen im Unternehmen liegen bleiben.

Im folgenden Workshop haben die KI-Trainer des Mittelstand-Digital Zentrums sich mit dem Produktionsleiter getroffen und die Planung inklusive aller relevanten Umstände erklären lassen. Eine wesentliche Erkenntnis war, dass aktuell noch ein Flaschenhals bei der Trocknung besteht: Die Grundstoffe gehen in den Reaktor, von dort aus in die Waschbehälter und dann in den Trockner, bevor sie anschließend gefiltert und in Tanks gepumpt werden. Der Trockner begrenzt aktuell den maximalen Durchsatz der Produktion, was die Planung beeinflusst. In absehbarer Zeit sollen jedoch die Waschbehälter mit einer eigenen Trocknerfunktion ausgestattet werden, was diesen Flaschenhals beheben wird.

Im dritten und letzten Workshop stellten die KI-Trainer verschiedene mögliche teils KI-basierte Lösungsansätze vor, die unterschiedliche Unterstützungsgrade bei der Planung, verschieden Komplexitätsgerade bei der Einführung sowie Unterschiede in Anwenderfreundlichkeit und Ausbaumöglichkeit boten. Diese umfassten die Optimierung der aktuellen, Excel-basierten Lösung, die Einführung einer Cloud-basierter Produktionsplanungssoftware mit API-Anbindung an das ERP-System, Nutzung eines ERP-Moduls zur Produktionsplanung, eine Eigenentwicklung / maßgeschneiderte Softwarelösung sowie eine Kombination der bestehenden Excel-Lösung mit einer KI-Applikation. Im Bereich der KI-Anwendung wurden mehrere unterschiedliche Strategien diskutiert: 1) Die Nutzung von Heuristiken zur Grobplanung und Meta-Heuristiken (z.B. genetischen Algorithmen) zur Grobplanung der Produktion, die dann vom menschlichen Planer angepasst und ggf. korrigiert werden muss. 2) Die Nutzung eines Solvers, der aufgrund hinterlegter Regeln die ideale Lösung errechnet. 3) Überwachtes Lernen, das Planungsvorschläge aufgrund alter Planungen erstellt. 4) Bestärkendes Lernen, das konstant das Feedback des Planers (Annahme oder Ablehnung des Vorschlags) dazulernt und dadurch sich ändernde Regeln versteht. Aufgrund der oben genannten erwarteten Änderungen der Restriktionen bzgl. der Anschaffung zusätzlicher Trocknungsfähigkeiten wurde Bestärkendes Lernen als zu riskant verworfen. Solver wurden als zu programmieraufwendig und zu sensibel ggü. kleinen Abweichungen der Regeln verworfen. Bestärkendes Lernen und (Meta-)Heuristiken wurden als sinnvolle Möglichkeiten eingeordnet.

Auf Basis der in diesem Workshop erarbeiteten Erkenntnisse wurde in gemeinsamer Zusammenarbeit zwischen Unternehmen und Mittelstand-Digital Zentrum ein Lastenheft inkl. Planungsregeln erarbeitet. Dieses Lastenheft wird im Nachgang des Projekts genutzt, um Softwaredienstleister zu kontaktieren.