Industrial Dynamics: Modellierung und Analyse des Forrester-Modells

Inhaltsverzeichnis:

Das Zusammenspiel von Produktion und Lagers

Zentrale Variablen des Modells
Variablen des Veredelers
Variablen des Herstellers

Aufbau des Modells
Informationsflüsse zwischen Endkunden, Veredeler und Hersteller
Die Produktion und Lagerhaltung beim Hersteller
Determinanten und Auswirkungen der Personalentscheidungen beim Hersteller
Finanzielle Größen des Herstellers

Variationen der Endkundennachfrage

Einführung von Störgeräuschen beim Veredeler

Modifikationen des Forrester Modells

Weiteres Optimierungspotenzial durch efficient consumer respond

Literaturverzeichnis

Anhang
Neue Bezeichnung der Variablen
Variablen des alten Modells
Variablen des modifizierten Modells

Das Zusammenspiel von Produktion und Lagers

Forresters beschreibt in Kapitel 17 des Buches Industrial Dynamics: „A customer-Producer-Employment Case study“ ein Modell, welches sich im besonderen mit dem Zusammenspiel und Optimierung der Produktionsauslastung, des Lagerbestand und damit auch der Lieferzeit eines Industrieunternehmens und im Allgemeinen mit Faktoren, welche einen Einfluss auf deren Verlauf haben, beschäftigt. Folgenden Ausführungen halten sich daher inhaltlich sehr Nahe an dieses Fallbeispiel, da Informationen aus anderen Quellen über das beobachtete Unternehmen nicht vorliegen.

In fast allen nicht saisonabhängigen Industrien kommt es zu einem typischen Verlauf der Produktionsrate und des Lagers^[1]:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Grafik 1: Eigene Grafik aus dem Forrester Modell Lager und Produktionsrate

Zwei regelmäßig schwankende Kurven, welche so versetzt sind, dass sich das Maximum der Produktion während des Anstiegs des Lagerbestandes befindet. Das Maximum des Lagers tritt hingegen während der Abnahme der Produktion jedoch vor deren Minimum auf. Da während der Produktionsspitzen nicht nur für die Kunden, sondern auch für das Lager produziert wird, trägt dieses System nicht zur Senkung der Produktionsspitzen bei, sondern verstärkt diese. Ressourcen schonend und ideal wäre ein abnehmendes Lager während der Produktionsspitze, da weniger Produktionsmittel bereitgehalten werden müssten und es zu einer höheren Auslastung derselben kommt. Da solch ein Verhalten in der nicht saisonabhängigen Industrie nicht zu beobachten ist, stellt sich die Frage, ob die Schwankungen und Instabilitäten nicht aus den Interaktionen der in dem System beteiligten interdependenten Faktoren entstehen.

Selbst wenn die Organisationsstruktur und das Verhalten der beteiligten Individuen nicht der Hauptgrund der Schwankungen wären, so könnten sie doch zur Verstärkung der durch die Nachfrage induzierten Instabilitäten beitragen. Diese systemimmanenten Faktoren zu identifizieren ist der Sinn des folgenden Modells.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Grafik 2: Vertikale Struktur der Versorgungskette^[2]

Es modelliert die Verflechtung eines Herstellers von elektronischen Komponenten mit seinen Kunden (Veredeler) und deren Kunden (Endkunde). Der Hersteller der Komponenten beliefert Veredeler, welche diese Komponenten in ihre Produkte verbauen und ihre fertigen Produkte an staatliche oder industrielle Endkunden verkaufen.

Da Wettbewerb bei der Herstellung von elektronischen Komponenten herrscht, wird davon ausgegangen das die Bedingungen für die Produktion für alle Produzenten identisch sind und dieselbe als Aggregat dargestellt werden kann.

Die Komponenten müssen besonderen Anforderungen an die Produktion des Veredelers erfüllen und werden seinen Wünschen entsprechend gefertigt. Oberste Priorität des Veredelers hat die Qualität, mittlere die Lieferbedingungen und unterste der Preis.

Die Qualität der Komponenten des betrachteten Herstellers ist hoch und wird gut überwacht. Somit bleibt die Lieferzeit als nächst wichtigster Wettbewerbsfaktor übrig. Die Lieferzeit ist sowohl schwankend, als auch meist länger als gewünscht. Die Nachfrage nach den Komponenten unterliegt sehr starken wöchentlichen Schwankungen, welche um den Faktor 2 oder höher liegen können. Daher sind kurzfristige Nachfrageprognosen nicht möglich, lediglich ein langfristiger Trend über 10 Wochen ist prognostizierbar.

Die Entwicklungsabteilung des Veredelers reicht die Produktspezifikationen so früh an die Einkaufsabteilung weiter, das diese die Komponenten rechtzeitig zur geplanten Produktion beschaffen kann. Je nach Lieferzeiten der Komponenten kommt es also zu unterschiedlichen Vorlaufzeiten der Bestellungen.

Der Hersteller hat in der Vergangenheit Schwankungen in der Höhe der Produktion und Beschäftigtenanzahl beobachtet, und sich diese ausschließlich mit der schwankenden Nachfrage erklärt. Tatsächlich schwankt die Produktion jedoch wesentlich stärker als die Nachfrage. Bei der Modellierung berücksichtigte Forrester Faktoren, welche Rückkopplungen in das System haben, und damit das Verhalten desselben beeinflussen. So unterstellt er , dass sich die konkurrierenden Komponentenhersteller ähnlich dem untersuchten Hersteller verhalten und als Aggregat modelliert. Des weiteren nimmt Forrester an, dass der Endkunden kaum in Kontakt mit dem Hersteller kommt, und stellt denselben als unabhängiger Input dar. Die Veredeler der Komponenten wurden ebenfalls aggregiert, da auch hier Wettbewerb herrscht und ihr Bestellverhalten wesentlich von den Informationen der Hersteller abhängt.

Zentrale Variablen des Modells

Variablen des Veredelers

Forrester nimmt an, dass das dynamisches Verhalten des Veredelers eine Reaktion auf die sich verändernden Lieferzeiten des Herstellers ist. Die modellierten zentralen Verhaltensweisen und Verfahren sollen die Geschwindigkeit und Art der Reaktion des Veredelers zeigen. Unter anderen werden deshalb folgende Variablen modelliert: das Lager, der Anteil der Bestellungen, welche aus dem Lager bedient werden können, der Anteil der für die Bestellung extra gefertigt werden muss, die Produktionsrate, Faktoren, welche diese Rate beeinflussen und der Produktionsrückstand.

Variablen des Herstellers

Bei dem Hersteller werden Bestellungen zum einen aus dem Lager bedient, zum anderen außerordentlich hergestellt. Daraus ergeben sich die drei wichtigen Gössen: Lagerbestand, Produktion für eine Bestellung und Produktion zum Wiederaufbau des Lagerbestandes. Da die Produktion sehr arbeitsintensiv ist, hängt die Lieferfähigkeit sehr stark vom Beschäftigungsstand ab. Das Personalwesen und die Strategien zur Personalanpassung sind daher ein Schwerpunkt des Modells. Wichtige Schlüsselvariablen sind die Entscheidungsgrundlage für Personaländerungen und die Geschwindigkeit mit der steigender Personalbedarf erkannt wird. Der Teil des Modells, welcher die Personalpolitik abbildet enthält die Ausbildungszeit neuer Mitarbeiter, Kündigungsfristen und das Anwerben neuer Mitarbeiter zum Erfüllen der eingehenden Bestellungen und auffüllen des Lagers.

Da die langfristige Nachfrage leicht abnimmt, stellen Fabrikgröße und Kapitalausstattung keine zu modellierenden Problemfaktoren da. Da die verarbeiteten Rohstoffe immer kurzfristig lieferbar sind, spielen Einkauf und Rohstofflager eine untergeordneter Rolle und werden im Modell nicht berücksichtigt.

Liquidität und Profitabilität scheinen auf diese Produktlinien keinen Einfluss zu haben, viel mehr sind alle Entscheidungen nachfrageorientiert. Obwohl die finanziellen Aspekte nicht entscheidungsrelevant sind wird eine einfache Gewinn und Verlustrechnung sowie der Cashflow modelliert, um die Auswirkungen der verschiednen Läufe finanzielle zu bewerten.

Aufbau des Modells

Grafik 4 gibt einen Überblick der von Forrester benutzen Module des Modells und deren Interaktionen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Grafik 4: Zusammenspiel der Abteilungen des Herstellers und Veredelers^[3]

Informationsflüsse zwischen Endkunden, Veredeler und Hersteller

Die Endkundennachfrage geht als unabhängiger Input beim Veredeler ein.

Dort wird sie in der Entwicklungsabteilung des Veredelers mit einer gewissen Verzögerung in Produktspezifikationen übersetzt, welche die zur Bestellung der Komponenten bei Hersteller benötigten Informationen enthalten. Diese werden durch die Bearbeitung in der Einkaufsabteilung verzögert an die Auftragsannahme des Herstellers weiterleitet. Ändern sich die Lieferzeiten des Herstellers wird die Entwicklungszeit des Veredelers mit einer gewissen Verzögerung beschleunigt, um die eigenen Lieferfristen einzuhalten.

Die Bestellentscheidung beim Veredeler wird durch das Verhältnis von effektiver Entwicklungsverzögerung und Produkten, welche sich gerade in der Entwicklung befinden, bestimmt. Die eingehenden Aufträge des Veredelers werden beim Hersteller mit einer Woche Verzögerung bearbeitet.

Der einzigste Informationsfluss vom Hersteller an den Veredeler ist die zu erwartende Bestellzeit. Sie setzt sich zusammen aus der Bearbeitungsdauer der Aufträge, der Lieferdauer des aus dem Lager befriedigten Anteils der Aufträge und der Produktionsdauer des speziell für den Auftrag gefertigten Anteils der Bestellungen. Die Verkaufsabteilung des Herstellers kennt jedoch die momentane exakte Lieferdauer nicht, da sie nicht sofort über alle aktuellen Kennziffern verfügt. Es werden die zuletzt beobachteten Werten übermittelt, so dass es zu einer verzögerten Wahrnehmung der tatsächlichen Bestelldauer seitens der Verkaufsabteilung kommt.

Die Produktion und Lagerhaltung beim Hersteller

Ein Teil der Bestellungen des Veredelers wird mit einer Verzögerung direkt aus dem Lager des Herstellers, ein andere wird als Auftrag an die Produktionsabteilung weitergeleitet. Der Anteil der Aufträge, welche durch das Lager bedient werden, hängt in diesem Modell nur vom Lagerstand ab. Er schwankt zwischen einer empirischen Obergrenze von 80% und einer gewünschten Untergrenze von 70% (Annahme die für den Gleichgewichtszustand gelten soll). Forrester nimmt an, dass die Zusammensetzung und Größe der Bestellungen im Mittel konstant bleibt, und nur die Anzahl der Bestellungen schwankt.

Obwohl in der Realität in einem Prozess hergestellt, werden die Aufträge für das Lager getrennt von denen für den Kunden modelliert, um beide Flüsse betrachten und später gegebenenfalls optimieren zu können. Folglich kommt es zu keiner Priorisierung der Aufträge und die Verteilung der benötigten Arbeiter in der Produktion erfolgt gleichmäßig auf diese beiden Prozesse. Da der Arbeitsrückstand der Lagerbestellungen und Kundenbestellungen nicht negativ werden darf, werden mit einer Mindestverzögerungszeit der Produktion und der in diesem Modell konstanten Produktivität die maximal benötigten Arbeitskräfte berechnet und der eventuell entsehende Überhang an Arbeitern für die Produktion auf Lager verwand. Es werden außerdem die Verzögerungen für die beiden Produktionsflüsse errechnet, welche in zur Berechnung der Bestellzeit und der Bestellmenge des Lagers benötigt werden.

Es gibt drei Faktoren, welche die Lagerbestellungen bestimmen: Die durchschnittliche Lieferrate vom Lager an den Veredeler, die Differenz vom aktuellen Lagerstand und dem gewünschten und die Differenz von der sich in Arbeit befindlichen und den benötigten Lagerbestellungen. Die beiden Differenzen werden durch die Anpassungszeit des Lagers von 6 Wochen verzögert. Der gewünschte Lagerbestand ergibt sich aus den geglätteten Bestellungen des Veredelers multipliziert mit einem Faktor von 4. Die benötigten Lagerbestellungen ergeben sich aus dem Produkt des durchschnittlichen Lagerabganges mit der Produktionsdauer für Lagerbestellungen. Der Lagerbestand steigt also mit zunehmender Anzahl an Aufträgen vom Veredeler und mit zunehmender Produktionsdauer.

Wie eingehend schon beschrieben, hat die Verfügbarkeiten von Rohstoffen bei dieser Produktion keinen Einfluss auf den Herstellungsprozess, nichts desto trotz wurde die Materialbeschaffung modelliert, um den Geldfluss von derselben abbilden zu können.

Die Höhe der Rohstoffbestellungen setzt sich aus der Produktionsmenge für das Lager und dem Veredeler zuzüglich der verzögerten Differenzen aus gewünschten und tatsächlichen Materialbedarf und normaler und tatsächlich bestellter Rohstoffmenge.

Der gewünschte Materialbedarf entspricht hierbei der 6-fachen geglätteten Nachfrage des Veredelers und die normale bestellte Rohstoffmenge der 3-fachen (Lieferdauer) geglätteten Nachfrage.

Determinanten und Auswirkungen der Personalentscheidungen beim Hersteller

Die Veränderung der Mitarbeiteranzahl hängt von der tatsächlichen und der gewünschten Anzahl ab. Letztere determiniert sich aus folgenden drei Faktoren: Arbeiter zur Bewältigung der durchschnittlichen Aufträge des Veredelers und entweder zusätzlichen Arbeitern zum Abbau von nicht gewünschten Produktionsrückständen oder eine Reduzierung der Arbeiter welche über den Bedarf hinaus produzieren. Hierbei kommt es zu einer Verzögerung der Bestimmung des gewünschte Produktionsrückstand um 4 Wochen, der Anzahl der Arbeiter zum Abbau der Produktionsrückstände um 20 Wochen und der Personalentscheidungen um 10 Wochen.

Neu eingestellte Arbeiter tragen erst mit einer Verzögerung von 3 Wochen zur modellierten Produktion bei. Dies approximiert, die während der Einarbeitungsphase schon gegebene niedrige Produktivität der Neueingestellten, und die Minderung der Produktionsleistung durch Anpassung der Produktion während des Erweiterungsprozesses von denen sich die Produktion erst nach 3 Wochen wieder erholt.

Gekündigte Mitarbeiter tragen augenblicklich nicht mehr zur Produktion bei, werden jedoch noch für 4 weitere Wochen bezahlt, dies kann durch geringere Arbeitsanreize (Motivation und Druck) und Umbauprozesse bei einer Verkleinerung der Produktion begründet werden.

Eine Anpassung der Produktion durch Überstunden wurde in dem Modell von Forrester ausgeklammert.

Finanzielle Größen des Herstellers

Der Cashflow hat keinen wesentlichen Einfluss auf das Modellverhalten, gibt jedoch Auskunft über die Profitabilität bei Veränderungen der Unternehmensstrategien.

Es fließen die Erträge aus dem Verkauf der Produkte ein, Lohn, Dividenden, Einkommensteuer, Rohstoffkosten und ein Fixkosten fließen ab.

Aus den Rohstoffkosten, Lohnkosten und der Produktivität werden die Standardkosten eines Produktes errechnet. Mithilfe der Standardkosten der Produktivität, der verkauften Produkte aus der Produktion und dem Lager, der Lagerproduktionsrate, dem Preis der Produkte, der Fixkosten, der Lohnhöhe und der Lohnausgaben werden die Gewinne vor Steuern ausgerechnet. Aus diesen wird die Einkommensteuerhöhe, der Nettogewinn und die Höhe der Dividenden errechnet.

Variationen der Endkundennachfrage

Wie in Grafik 5 ersichtlich, führt eine Erhöhung der Endkundennachfrage um 10% zu starken periodischen Schwankungen mit zielsuchenden Verhalten. Die Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten Grafik 5: Auswirkungen einer Endkundennachfrageerhöhung von 10% auf das Forrester Modell

Lieferzeit des Herstellers steigt über 10% an und erreicht erst nach 150 annähernd ihren Ausgangswert. Dazu kommt es trotz eines Lagers, welches die dreifache Wochennachfrage umfasst und dessen Bestand im Maximum nicht einmal 10% sinkt. Erst nach dem sehr langen Zeitraum von 210 Wochen, stellt sich langsam auch ein neues Gleichgewicht des Produktionsrückstandes ein.

Einführung von Störgeräuschen beim Veredeler

Um das Modell der Realität etwas stärker anzugleichen wurden zwei Störgeräuschquellen modelliert, welche auf die Einkaufsabteilung und Entwicklungsabteilung des Veredelers einwirkt, und deren Output zufällig um +-10% schwanken lässt.

Um nicht hochfrequente Störgeräusche zu erzeugen, welche auf Grund der Trägheit des Systems kaum Auswirkungen auf die Produktion hätten, werden die Störgeräusche für 4 Wochen eingefroren und damit in niederfrequente umgewandelt.

Werden die Störgeräusche nur bei der Auftragseingangsrate eingesetzt, stellt sich nach dem Peak durch die Erhöhung der Nachfrage um 100 Einheiten ein „Gleichgewicht“ ein, indem sich die Variablen innerhalb einer gewissen Bandbreite relativ gleichmäßig schwankend befinden (siehe Grafik 6). Unter zusätzlichem Einfluss von Störgeräuschen bei der Einkaufsentscheidungsrate stellt sich hingegen kein neues Gleichgewicht ein, die Schwankungen verringern sich nicht und deren Amplitude ändert sich fortlaufend (siehe Grafik 7).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Grafik 6: Einfluss von Störgeräuschen beim Auftragseingang auf das Forrester Modell

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Grafik 7: Einfluss von Störgeräuschen beim Auftragseingang und der Einkaufsentscheidung auf das Forrester Modell

Modifikationen des Forrester Modells

Die Modifizierungen des Modells beruhen auf der Theorie des Supply Chain Managements. Nicht mehr einzelne Firmen stehen in direkter Konkurrenz, sondern die Supply Chains, bestehend aus einer Vielzahl von miteinander kooperierenden Firmen. Die Informationsflüsse innerhalb einer Supply Chain werden optimiert, um Lagerbestände abzubauen und die Produktion flexibilisieren zu können^[4]. Gerade in einem Markt mit nur geringer Anzahl von Kunden, niedriger Stückzahl und vielen Produktinnovationen kann so die Produktivität erhöht und die Kosten gesenkt werden. Dieses Prinzip der lean production ist mittlerweile weltweit verbreitet^[5].

Anstatt die Personal-, Lager- und Einkaufsentscheidungen des Herstellers von den geglätteten eingehenden Aufträge des Veredelers abhängig zu machen, werden Informationen der Designabteilung des Veredelers genutzt. Diese Abteilung kennt die Endkundennachfrage, entwickelt die Produkte und bestimmt den zukünftigen Bedarf an zu bestellenden Modulen. Die Personalabteilung kann sich nun schon sehr viel früher auf die sich ändernde Nachfrage einstellen, und rechtzeitig mit der Einarbeitung von neuem Personal beginnen. Der Hersteller produziert immer den direkten Bedarf des Veredelers. Es kommt zu keinen Arbeitsrückständen und die Lieferzeit kann die Produktionszeit nicht überschreiten. Durch Flexibilisierung der Arbeitsverträge werden Schwankungen in der Nachfrage zunächst durch Überstunden ausgeglichen. Analog zum „VW-Modell“^[6] verfügen die Arbeiter über eine geringe Mindestarbeitsdauer, welche bei Bedarf stark ausgeweitet werden kann. Dadurch kann extrem flexibel auf Markschwankungen reagiert werden, lange Einarbeitungszeiten fallen bei kurzfristigen Schwankungen weg, da auf ein großen Grundstock an erfahrenen Mitarbeitern zurückgegriffen werden kann. Mit einer gewissen Verzögerung wird die Personaldecke des Unternehmens so angepasst, dass die aggregierten Überstunden abgebaut werden können. Dadurch kommt es in dem Modelldurchlauf ohne Störgeräusche zu einer sehr schnellen Anpassung der Produktion ohne ineffiziente Schwankungen, wie in Grafik 8 zu erkennen. Aber auch unter dem Einfluss von Störgeräuschen bei der Einkaufsentscheidung und empfangenen Bestellung werden die Vorteile der neuen Organisation deutlich sichtbar (Grafik 9). Durch die Reorganisation des Modells kann es zum einen nicht mehr zu Produktionsrückständen kommen, dieser Variable entfällt daher in der Grafik 9, zum anderen schwankt die Lieferzeit nicht mehr, sonder bleibt konstant, und damit berechenbar für den Veredeler. Sie liegt durchgängig bei 2,5 Wochen, während sie im alten Modell zwischen 3 und 5 Wochen schwankte.

[...]

^[1] Forrester, Jay W. : Industrial Dynamics, Massachusetts 1965, S.209

^[2] Vgl. Forrester, Jay W. : Industrial Dynamics, S.211

^[3]. Forrester, Jay W. : Industrial Dynamics, S.214

^[4] Vgl. Cooper und Ellram: Characteristics of Supply Chain Management and the Implications for Purchasing and Logistics Strategy, In. Journal of Logistics Management, Vol. 4, No2 1993, S.13-24

^[5] Vgl. Järneteg: Time Based Transformation of Manufacturing Studies, Linköping 1995, S.51-62

^[6] Vgl. Oechsler, W.A./Reichmann, L./Mitlacher, L.:Flexibilisierung der Beschäftigung - Das VW-Modell "5000 mal 5000" als Ansatz zur Flexibilisierung von Arbeitsbedingungen in Deutschland?, In: DBW, (2003), Heft Sonderdruck, S. 93 - 107