Die Flexibilisierung des Produktionsnetzwerks ist der
erfolgversprechendste Weg, um langfristig Überkapazitäten abzubauen und die Profitabilität zu erhöhen. Flexibilisierung gestattet eine schnelle Anpassung an die Dynamik und Stochastik der Marktnachfrage und ermöglicht somit eine dauerhaft hohe Kapazitätsauslastung. Da die Installierung von Flexibilitätspotentialen in der Regel mit Kosten verbunden ist, müssen diese den tatsächlichen Einsparmöglichkeiten in einer Flexibilitätsplanung gegenübergestellt werden.
Die Flexibilitätsplanung geschieht im Rahmen einer zielgerichteten Gestaltung des Produktionsnetzwerks. Da die einzelnen Produktionsressourcen des Produktionsnetzwerks über Lieferbeziehungen miteinander verknüpft sind, muss das gesamte Netzwerk bei der Flexibilitätsplanung berücksichtigt werden. Die spezifischen Elemente und deren installierte Flexibilitäten definieren die Konfiguration des Produktionsnetzwerkes.
In der vorliegenden Arbeit wird eine Methodik zur Unterstützung der Flexibilitätsplanung in globalen Produktionsnetzwerken entwickelt. Aufgrund der Komplexität dieser Planungsaufgabe wird das Problem in zwei Teilprobleme zerlegt. Auf strategischer Ebene wird über die Gestaltung von Flexibilitätspotentialen entschieden. Flexibilitäten bestehen hinsichtlich der Kapazitäten und der Fertigungsmöglichkeiten der Produkte. Auf der hierarchisch untergeordneten taktischen Ebene übernimmt die taktische Planung die Aufgabe, die Nutzung der geschaffenen Potentiale zu optimieren. Sie bildet die Grundlage einer Flexibilitätsplanung, da erst durch die Bestimmung der Flexibilitätsnutzung eine Bewertung erfolgen kann.
Zur Bestimmung der optimalen Flexibilitätsplanung und –nutzung wird ein Modell entwickelt, das auf Verfahren des Operations Research basiert. Zur Beurteilung, welche der möglichen Netzwerk-konfigurationen die beste darstellt, wird ein monetäres Bewertungsmodell, das die relevanten Gegebenheiten des Produktionsnetzwerkes berücksichtigt, implementiert.
Inhaltsverzeichnis
1 EINLEITUNG
1.1 Motivation
1.2 Zielsetzung und Vorgehen
1.3 Aufbau der vorliegenden Arbeit
2 GRUNDLAGEN ZUR GESTALTUNG FLEXIBLER PRODUKTIONSNETZWERKE
2.1 Grundlagen und Charakteristika von Produktionsnetzwerken in der Automobilindustrie
2.1.1 Definition und Abgrenzung des Begriffes Produktionsnetzwerk
2.1.2 Produktionsnetzwerke in der Automobilindustrie
2.1.3 Zielsetzung und Potentiale globaler Produktionsnetzwerke
2.2 Flexibilität in Produktionsnetzwerken
2.2.1 Definition und Abgrenzung des Flexibilitätsbegriffes
2.2.2 Zusammenhang zwischen Flexibilität und Kapazität
2.2.3 Flexibilitätsplanung als Gestaltungsziel von Produktionsnetzwerken
2.3 Gestaltung von Produktionsnetzwerken als Bestandteil des Supply Chain Managements
2.3.1 Netzwerkplanung im Kontext des Supply Chain Managements
2.3.2 Supply Chain Management Systeme
2.3.3 Graphentheoretische Modellierung von Produktionsnetzwerken
3 STAND DER FORSCHUNG UND TECHNIK ZUR GESTALTUNG FLEXIBLER PRODUKTIONSNETZWERKE
3.1 Planungsansätze zu Flexibilitätsstrategien
3.1.1 Umsetzungen in der Automobilindustrie
3.1.2 Fazit zu Flexibilitätsstrategien
3.2 Diskussion bestehender Operations Research Ansätze zur Gestaltung flexibler Produktionsnetzwerken
3.2.1 Grundlagen zu Operations Research
3.2.1.1 Klassifikation von Optimierungsmodellen
3.2.1.2 Verfahren der Linearen Optimierung
3.2.1.3 Verfahren der Gemischt-Ganzzahligen Optimierung
3.2.1.4 Ausgewählte Heuristiken zur Optimierung
3.2.1.5 Komplexität und Lösungsverfahren für Optimierungsprobleme
3.2.2 Konzept der Hierarchischen Planung
3.2.3 Anforderungen zur Gestaltung flexibler Produktionsnetzwerke
3.2.3.1 Unsicherheit in der Planung
3.2.3.2 Dynamik der Umweltbedingungen
3.2.3.3 Globale Einflussfaktoren auf Produktionsnetzwerke
3.2.3.4 Modellierung der Netzwerkcharakteristika
3.2.3.5 Lösungsaufwand zur Optimierung realer Planungsprobleme
3.2.3.6 Bewertungsmodell zur Optimierung von Produktionsnetzwerken
3.2.4 Vorstellung und Vergleich bisheriger OR-Ansätze zur Gestaltung von Produktionsnetzwerken
3.2.4.1 Allgemeine Entwicklung
3.2.4.2 Diskussion ausgewählter Operations Research Modelle
3.2.5 Einordnung und Vergleich der vorgestellten Modelle
3.2.6 Existierende Umsetzungen in der Praxis
3.3 Fazit zum Stand der Forschung und Technik
4 ENTWICKLUNG EINES OPTIMIERUNGSMODELLS FÜR FLEXIBLE PRODUKTIONSNETZWERKE
4.1 Darstellung des Gesamtmodells
4.2 Entwicklung eines monetären Bewertungsmodells
4.2.1 Gestaltung von Produktionsnetzwerken als Investitionsentscheidung
4.2.2 Kapitalwertmethode zur dynamischen Investitionsrechnung
4.2.3 Klassifikation der zahlungswirksamen Faktoren
4.2.4 Entscheidungsrelevante Zahlungsgrößen in Produktionsnetzwerken
4.2.5 Steuern und Handelsbarrieren als zusätzliche Faktoren in globalen Produktionsnetzwerken
4.2.5.1 Barrieren des globalen Handels
4.2.5.2 Steuerunterschiede als Entscheidungsfaktor
4.3 Darstellung des Komplexitätsproblems
4.3.1 Komplexitätstreiber des Modells zur Optimierung von Produktionsnetzwerken
4.3.2 Vorgehensmodell zur Komplexitätsbeherrschung
4.4 Entwicklung eines Optimierungsmodells auf taktischer Entscheidungsebene
4.4.1 Annahmen des Optimierungsmodells
4.4.2 Vorbemerkungen
4.4.3 Deklaration der Variablen, Parameter und Wertemengen
4.4.3.1 Indexmengen, Darstellung der Knoten und Kanten
4.4.3.2 Stetige Variablen
4.4.3.3 Binärvariablen
4.4.3.4 Parameter
4.4.3.5 Zahlungswirksame Parameter
4.4.4 Modellbaustein 1 - Basismodell
4.4.5 Modellbaustein 2 – Transportkapazitäten
4.4.6 Modellbaustein 3 – Transportfixkosten
4.4.7 Modellbaustein 4 – Produktspezifische Modulkapazitäten
4.4.8 Modellbaustein 5 – Produktionskosten
4.4.9 Modellbaustein 6 – Materialkosten
4.4.10 Modellbaustein 7 – Personalkosten
4.4.11 Modellbaustein 8 – Zölle
4.4.12 Modellbaustein 9 – Steuern
4.5 Integration strategischer Fragestellungen in das Optimierungsmodell
4.5.1 Erweiterte Annahmen des Optimierungsmodells
4.5.2 Erweiterungen der Variablen, Parametern und Wertemengen
4.5.2.1 Indexmengen
4.5.2.2 Stetige Variablen
4.5.2.3 Binärvariablen
4.5.2.4 Parameter
4.5.2.5 Zahlungswirksame Parameter
4.5.3 Modellbaustein 10 – Kapazitätsstufen und Schichtmodelle
4.6 Zwischenfazit der Modellerstellung
5 IMPLEMENTIERUNG DES OPTIMIERUNGSMODELLS
5.1 Vorstellung der verwendeten Software und der Programmierumgebung
5.2 Implementierung des Optimierungsmodells
5.3 Berechnungsstudien und Plausibilitätsprüfung
5.3.1 Vorstellung des Produktionsnetzwerk-Fallsbeispiels
5.3.2 Berechnungsstudien und Ergebnisse
5.4 Bewertung des Optimierungsmodells
6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK
6.1 Zusammenfassung
6.2 Fazit und Ausblick
Zielsetzung & Themen
Die vorliegende Arbeit hat zum Ziel, eine Methodik zur Unterstützung der Flexibilitätsplanung in globalen Produktionsnetzwerken der Automobilindustrie zu entwickeln. Dabei steht die Optimierung der Kapazitätsgestaltung und deren Nutzung unter Berücksichtigung strategischer und taktischer Entscheidungsebenen im Fokus, um die Profitabilität langfristig zu sichern.
- Gestaltung und Optimierung flexibler Produktionsnetzwerke
- Anwendung von Operations Research (OR) Ansätzen zur Netzwerkmodellierung
- Berücksichtigung monetärer Bewertungsmodelle und globaler Einflussfaktoren wie Steuern und Zölle
- Methoden zur Komplexitätsbeherrschung bei der taktischen Planung
- Implementierung in Planungssoftware zur praktischen Anwendbarkeit
Auszug aus dem Buch
3.1 Planungsansätze zu Flexibilitätsstrategien
Um auf Schwankungen der Nachfrage reagieren zu können, stehen die bereits in Kapitel 2.2 diskutierten Flexibilitätspotentiale Volumen- und Baureihenflexibilität zur Verfügung. Durch eine erhöhte Volumenflexibilität können Überkapazitäten zur Deckung von Nachfragespitzen aufgebaut werden ([Grav-95], S. 578ff). Dies führt einerseits dazu, dass ein höherer Anteil der Nachfrage befriedigt werden kann, andererseits ist dieser Flexibilitätsstrategie die bereits erörterte Auslastungsproblematik zuzuschreiben. Aus diesem Grund werden zunehmend baureihenflexible Produktionskonzepte in Erwägung gezogen. Diese ermöglichen es, durch eine übergreifende Nutzung von Kapazitäten Nachfrageschwankungen auszugleichen und gleichzeitig die Auslastung zu erhöhen.
Einen wegweisenden theoretischen Ansatz bezüglich Baureihenflexibilität stellten 1995 Jordan und Graves vor ([Grav-95]). Dieser Ansatz und seine Erweiterungen bilden den Schwerpunkt der folgenden Diskussion zu Flexibilitätsstrategien. Jordan und Graves liefern in ihrer Arbeit Flexibilitätsstrategien zur Beantwortung der Fragestellung, wie auf eine unsichere Produktnachfrage mit Baureihenflexibilität zu reagieren ist. Sie untersuchen hierzu die Zuordnung von Produkten auf Werke. Aufgrund der Allgemeingültigkeit lässt sich das Modell für unterschiedliche Zuordnungsprobleme verwenden. Als Konvention soll im Folgenden von Produkten und Modulen gesprochen werden, da dies in der Fragestellung der vorliegenden Arbeit die entscheidende Zuordnung ist.
Bei der Frage nach der optimalen Flexibilität stoßen Jordan und Graves auf die Problematik, dass bei Problemen mit mehreren Produkten und Modulen der Nutzen nur schwer zu berechnen ist. Gleichzeitig steigt die Anzahl möglicher Lösungen stark durch die Kombinatorik der Zuordnungsmöglichkeiten, die exponentiell mit der Anzahl der Module und Produkte zunimmt ([Grav-95], S. 579, S. 583). Um dieser Problematik zu entgehen, entwickeln Jordan und Graves Handlungsempfehlungen zur Flexibilitätsplanung.
Sie belegen durch numerische Studien, dass mit wenigen gezielten Links (Zuordnung Produkt zu Modul) bereits nahezu der Nutzen eines vollflexiblen Systems erreicht werden kann. Der Nutzen der Flexibilität wird dabei anhand der erwarteten Absatzmengen bzw. der Fehlmenge (unbefriedigte Nachfrage, die verloren ist) und der Auslastung der Linien bewertet. Der Flexibilitätsbedarf wird auf die Anzahl zu fertigender Produktvarianten bezogen.
Zusammenfassung der Kapitel
1 EINLEITUNG: Die Einleitung beleuchtet den Wandel der Automobilindustrie durch Globalisierung und den daraus resultierenden Zwang zur Flexibilisierung der Produktion.
2 GRUNDLAGEN ZUR GESTALTUNG FLEXIBLER PRODUKTIONSNETZWERKE: In diesem Kapitel werden die theoretischen Grundlagen von Produktionsnetzwerken sowie die verschiedenen Formen der Flexibilität und deren Zusammenhang mit Kapazitäten geklärt.
3 STAND DER FORSCHUNG UND TECHNIK ZUR GESTALTUNG FLEXIBLER PRODUKTIONSNETZWERKE: Es erfolgt eine Analyse bestehender OR-Ansätze und Flexibilitätsstrategien, wobei Defizite in der ganzheitlichen praktischen Anwendbarkeit identifiziert werden.
4 ENTWICKLUNG EINES OPTIMIERUNGSMODELLS FÜR FLEXIBLE PRODUKTIONSNETZWERKE: Das Kapitel widmet sich der schrittweisen Entwicklung eines mathematischen Modells zur Optimierung taktischer und strategischer Planungsentscheidungen.
5 IMPLEMENTIERUNG DES OPTIMIERUNGSMODELLS: Die Implementierung des Modells in einer Softwareumgebung wird erläutert und anhand von Berechnungsstudien und einem Fallbeispiel validiert.
6 ZUSAMMENFASSUNG UND AUSBLICK: Die Ergebnisse der Arbeit werden zusammengefasst und zukünftige Forschungsbedarfe, etwa in der Kombination von Heuristiken und exakten Verfahren, aufgezeigt.
Schlüsselwörter
Produktionsnetzwerke, Automobilindustrie, Flexibilitätsplanung, Operations Research, Optimierungsmodell, Supply Chain Management, Kapitalwertmethode, Baureihenflexibilität, Volumenflexibilität, Kapazitätsplanung, Netzwerkgestaltung, Modellkomplexität, Hierarchische Planung, Standortwahl, Prozessoptimierung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Diplomarbeit befasst sich mit der methodischen Beschreibung und Optimierung flexibler Produktionsnetzwerke, insbesondere im Kontext der Automobilindustrie, um auf Marktunsicherheiten und Kostendruck zu reagieren.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Zentrale Themen sind die Gestaltung flexibler Produktionsnetzwerke, die Anwendung von Operations Research zur Optimierung, das Supply Chain Management sowie die monetäre Bewertung von Investitionsalternativen.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Das Hauptziel ist die Entwicklung einer Methodik, die es ermöglicht, Flexibilitätspotentiale in Produktionsnetzwerken auf strategischer und taktischer Ebene so zu planen und zu bewerten, dass der langfristige Unternehmenswert maximiert wird.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit stützt sich auf mathematische Optimierungsverfahren des Operations Research, konkret auf gemischt-ganzzahlige Optimierungsmodelle (MIP), die durch hierarchische Planungsansätze und monetäre Bewertungskriterien ergänzt werden.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil umfasst eine Analyse des Forschungsstandes, die Entwicklung eines mehrstufigen Optimierungsmodells mit verschiedenen Modellbausteinen (z.B. für Kosten, Zölle, Steuern) sowie die praktische Implementierung und Evaluierung durch Berechnungsstudien.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Produktionsnetzwerke, Flexibilität, Kapazitätsplanung, Supply Chain Management, Optimierungsmodell, Investitionsrechnung und Automobilindustrie sind die prägenden Begriffe.
Warum ist die Komplexität bei der Netzwerkplanung ein zentrales Problem?
Die hohe Anzahl an Variablen und Abhängigkeiten in globalen Netzwerken führt bei ganzheitlicher Modellierung oft zur Unlösbarkeit in akzeptabler Rechenzeit, weshalb die Arbeit Strategien zur Komplexitätsreduktion und Lösungsraumeinschränkung untersucht.
Welche Rolle spielt die Kapitalwertmethode in diesem Modell?
Die Kapitalwertmethode dient als monetäres Bewertungsmodell, um verschiedene Netzwerkkonfigurationen hinsichtlich ihrer ökonomischen Vorteilhaftigkeit vergleichbar zu machen und so als Zielkriterium für die Optimierung zu fungieren.
- Arbeit zitieren
- Jan Schiermeister (Autor:in), 2005, Gestaltung und Optimierung flexibler Produktionsnetzwerke, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/168273
