Agentenbasierte Simulation zur Darstellung manueller Tätigkeiten. Ein Literaturbericht

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitung
1.1 Ausgangssituation und Problemstellung
1.2 Zielsetzung und Formulierung der Forschungsfrage
1.3 Aufbau der Arbeit

2 Theoretische Grundlagen
2.1 Innerbetriebliche Logistik
2.1.1 Prozesse und Bereiche im Lagerhaus
2.1.2 Manuelle Tätigkeiten
2.2 Simulation in der innerbetrieblichen Logistik
2.2.1 Simulationsmodelle
2.2.2 Agentenbasierte Modellierung und Simulation
2.2.3 Simulation im Kontext der innerbetrieblichen Logistik

3 Durchführung der Literaturanalyse
3.1 Systematische Vorgehensweise und Beschreibung der Forschungsmethode
3.2 Ergebnisse der Literaturanalyse
3.2.1 Darstellung der Studien
3.2.2 Kategorisierung der Literatur
3.3 Auswertung und Interpretation

4 Kategorischer Vergleich der Simulationsmodelle
4.1 Vergleich innerhalb einzelner Lagerbereiche
4.1.1 Lagerverwaltung
4.1.2 Wareneingang und Warenausgang
4.1.3 Einheitenlager
4.1.4 Innerbetrieblicher Transport
4.1.5 Kommissionierlager
4.2 ABS kombiniert mit neuen Technologien

5 Fazit und Ausblick

Anhang
I Vollständige Darstellung der Literatur
II Visualisierungen zur Literatur mit agentenbasierten Simulationsmodellen

Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Lagerhausbereiche nach Pfohl

Abbildung 2: Anwendungsfelder der Simulation

Abbildung 3: Einordnung der Literatur mit ABS in verschiedene Themenbereiche

Abbildung 4: Verteilung der Literatur in Jahren

Abbildung 5: Häufigkeit und Rating der Journals

Abbildung 6: Aufteilung der Paper nach Art des Simulationsmodells

Abbildung 7: Verwendete Simulationssoftware und Simulationstools

Abbildung 8: Agenteninteraktion bei LKW Ankunft

Abbildung 9: KIVA Systems Lagermodell

Abbildung 10: Herkunftsländer der Autoren

Abbildung 11: Aufteilung der gesamten Literaturaufzeichung in thematische Gebiete

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Schlagwortkatalog

Tabelle 2: Kategorieeinteilung

Tabelle 3: Einteilung einzelner Paper nach Art des Simulationsmodells

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

1.1 Ausgangssituation und Problemstellung

Alle Bereiche und Funktionen der Logistik sehen sich den Herausforderungen von wachsenden Kundenansprüchen und Serviceanforderungen gegenüber. In Angesicht eines ständig wachsenden Konkurrenzdrucks, steigender Komplexität von Logistiksystemen und der dynamischen Veränderung von internen und externen Planungsvariablen, ist es essentiell für beteiligte Akteure, Logistikprozesse flexibel und effizient anpassen zu können und Optimierungspotenziale zu identifizieren und umzusetzen.^[1]

Besonders die aktuell zu beobachtende rasante Entwicklung neuer Technologien, die zunehmende Digitalisierung und das wachsende Potenzial durch die Automatisierung logistischer Prozesse eröffnet ein breites Spektrum an möglichen Maßnahmen für die Logistik. Diese, als Logistik 4.0 bezeichnete Entwicklung, stellt besonders die manuellen Tätigkeiten, als größten Kostentreiber in logistischen Prozessen, vor Herausforderungen.^[2]

Die innerbetrieblichen Logistik, vor allem das Lagerhaus, sind geprägt von einer Vielzahl manueller Tätigkeiten und einem komplexen Systemverhalten, welche differenzierter analysiert werden müssen um Optimierungspotenziale aufzudecken. Besonders Innovationen, neue Technologien und Konzepte, können einen starken Einfluss auf diese haben und sie bspw. ergänzen, unterstützen oder gar substituieren.^[3]

Eine simulationsgestütze Optimierung kann hierfür ein essentielles Instrument zur Analyse und Entscheidungsfindung darstellen. Durch die Methodik der Simulation können verschiedene Handlungsalternativen und Wirkungszusammenhänge vergleichsweise kostengünstig und risikofrei bewertet und untersucht werden. Dies führt zu einem besseren Systemverständnis und einer robusteren Entscheidungsfindung.^[4]

Unter diversen Modellierungsansätzen erweist sich die agentenbasierte Modellierung, durch die Möglichkeit individuelles Verhalten einzelner Systementitäten, zu modellieren, als geeignetes Instrument für die Analyse der komplexen und dynamischen Prozesse und manueller Tätigkeiten im Lagerhaus.^[5]

Die Modellierungsansätze differenzieren jedoch stark bezüglich der Charakteristika der Agenten, wie z.B. deren Autonomie, Verhalten und Heterogenität. Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten, manuelle Tätigkeiten durch Agenten zu modellieren. Meist fokussieren die Simulationsansätze auf einen speziellen Prozess, haben unterschiedliche Untersuchungsschwerpunkte und sind daher schwer mit anderen Modellen vergleichbar. Es fehlt eine geordnete Übersicht und eindeutige Zuordnung von Simulationsansätzen zu manuellen Tätigkeiten im Lagerhaus und die kategorische Herausarbeitung und Darstellung von Unterschieden und Gemeinsamkeiten solcher Simulationsansätze.

1.2 Zielsetzung und Formulierung der Forschungsfrage

Ziel dieser Seminararbeit ist eine umfassende Darstellung und Untersuchung der aktuellen wissenschaftlichen Literatur im Bereich der agentenbasierten Simulation und Modellierung in der innerbetrieblichen Logistik, mit Fokus auf die einzelnen Bereiche und Prozesse innerhalb eines Lagerhauses. Die gefundenen Quellen sollen anhand formeller Kriterien analysiert und anschließend mit Hilfe einer geeigneten Kategorisierung nach inhaltlichen Gesichtspunkten verglichen werden.

Eine Untersuchung der relevanten Ansätze soll demnach sowohl formell als auch auf inhaltlicher Ebene erfolgen. Zu diesem Zweck werden zwei Forschungsfragen zu formulieren, deren Beantwortung in Zentrum der Arbeit steht:

1. Wie lässt sich die aktuelle wissenschaftliche Literatur im Bereich agentenbasierter Simulation manueller Tätigkeiten im Lagerhaus inhaltlich kategorisieren und geordnet darstellen?
2. Was sind die wesentlichen Unterschiede innerhalb einzelner Kategorien?

Ausgangspunkt für die Beantwortung der ersten Forschungsfrage ist eine systematische Literaturanalyse, mit der aktuelle wissenschaftliche Literatur identifiziert und bewertet wird. Die somit gefundene und als relevant eingestufte Literatur wird unter formellen Gesichtspunkten aufgearbeitet und präsentiert. Des Weiteren werden die Quellen eindeutig, entsprechend ihres Untersuchungsgegenstandes und Zielsetzung kategorisch den einzelnen Lagerhausbereichen zugeordnet. Anschließend erfolgt aufgrund der gesammelten Erkenntnisse eine kurze Validierung und Interpretation der Ergebnisse.

Die Kategorisierung und die Erkenntnisse aus der Literaturrecherche werden anschließend verwendet, um die relevante Literatur, innerhalb der einzelnen Kategorien, miteinander zu vergleichen und auszuwerten. Hauptsächlich wird dabei die Modellierung der jeweiligen Agenten, inklusive ihrer Kommunikation und Interaktion mit der Umwelt und untereinander betrachtet. Auch sollen Besonderheiten einzelner Ansätze hervorgehoben werden und Gemeinsamkeiten und Unterschiede herausgearbeitet werden.

1.3 Aufbau der Arbeit

Die Arbeit gliedert sich in fünf Kapitel. Im ersten Kapitel wird zunächst die Ausgangssituation und Problemstellung erläutert. Im Anschluss darauf folgt die Zielsetzung und Formulierung der Forschungsfrage. Das Einführungskapitel wird schließlich mit einer kurzen Darstellung des Aufbaus der Arbeit abgeschlossen.

Im zweiten Kapitel werden die theoretischen Grundlagen der Seminararbeit vorgestellt. Im Fokus liegen hierbei einerseits die innerbetriebliche Logistik, insbesondere die Prozesse und Bereich im Lagerhaus, sowie die manuellen Tätigkeiten. Andererseits werden Simulationsmodelle in der Logistik genauer vorgestellt, und insbesondere die agentenbasierte Simulation genauer betrachtet.

Das dritte Kapitel beantwortet die erste Forschungsfrage durch eine systematische Literaturanalyse. Dabei wird diese zunächst definiert und dessen Vorgehensweise erläutert. Anschließend werden die Ergebnisse der Literaturanalyse präsentiert. Dieser Unterabschnitt gliedert sich in die Darstellung der Studien und die Kategorisierung der Literatur auf. Eine Auswertung und Interpretation der Ergebnisse der Literaturanalyse runden Kapitel drei ab.

Kapitel vier beantwortet die zweite Forschungsfrage durch einen kategorischen Vergleich der Simulationsmodelle innerhalb einzelner Lagerbereiche. Des Weiteren werden relevante neue Technologien, sofern sie einen Bezug zur agentenbasierten Simulation zur Darstellung manueller Tätigkeiten haben, betrachtet.

Das letzte Kapitel vervollständigt die Seminararbeit mit einer Zusammenfassung der Ergebnisse und einer abschließenden Diskussion.

2 Theoretische Grundlagen

Um die Zielsetzung der Arbeit greifbarer zu machen und einen validen Rahmen für die Ausarbeitung zu schaffen, wird in diesem Kapitel eine Einführung in die für das Verständnis der Arbeit wichtigen allgemeinen Grundlagen gegeben. Zusätzlich erfolgt eine Einordnung des Themas in dessen Umfeld und Wirkungsbereich und es werden die für das Verständnis der Arbeit notwendigen Begriffe aus den Forschungsfragen definiert. Abschnitt 2.1 behandelt dabei die innerbetriebliche Logistik. Nach einer kurzen Definition und Einordnung werden die Prozesse und Bereiche im Lagerhaus sowie die manuellen Tätigkeiten thematisiert. Im Abschnitt 2.2 wird die Simulation in der innerbetrieblichen Logistik erläutert. Darunter fallen sowohl allgemeine Simulationsmodelle als auch die sogenannte agentenbasierte Simulation.

2.1 Innerbetriebliche Logistik

Unter der innerbetrieblichen Logistik oder auch Intralogistik versteht man die Gesamtheit an innerbetrieblichen logistischen Prozessen^[6]. Die Intralogistik ist ein wesentlicher Bestandteil des gesamten Logistiknetzwerks. Fundamental für den reibungslosen Ablauf der logistischen Prozesse im Lagerhaus ist eine geregelte und strukturierte Arbeitsweise der Lagerhausbereiche.^[7]

2.1.1 Prozesse und Bereiche im Lagerhaus

Ein Lagerhaus verfügt über mehrere vordefinierte Prozesse, die einer bestimmten Funktionalität dienen.^[8] Zunächst werden Waren geliefert, die in der Warenannahme entladen, identifiziert und kontrolliert werden, bevor man sie zum Einheitenlager oder direkt zum Kommissionierlager transportiert.^[9] Da der Transport innerhalb des Lagers stattfindet, nennt man diesen auch den innerbetrieblichen Transport. Das Einheitenlager verfügt je nach Bedarf und Größe des Lagerhauses über Waren, die kurzzeitig oder langzeitig gelagert werden.^[10] Im Kommissionierlager werden die Waren nur für eine kurze Zeit in kleinen Mengen und Einheiten gehalten.^[11] Unter der Kommissioniertätigkeit wird dabei das Zusammenstellen von Waren aus einem bereitgestellten Sortiment nach vorgegebenen Aufträgen verstanden.^[12] Der kommissionierte Auftrag muss schließlich versandfertig gemacht werden. Diese Funktionalität wird allgemein „Verpacken“ genannt, wobei zwischen Einweg- und Mehrwegverpackungen unterschieden wird.^[13] Über den Warenausgang verlassen die Güter schließlich das Lagerhaus. Eine wichtige Instanz des Lagerhauses ist die Lagerverwaltung. Dessen Kernaufgabe liegt in der Steuerung und Koordination der gesamten Lagerhausprozesse.

In Anlehnung an Pfohl^[14] können die Prozesse in einem Lagerhaus jeweils sogenannten Lagerhausbereichen zugeordnet werden. Folgende Darstellung zeigt diese Bereiche schematisch auf.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Lagerhausbereiche nach Pfohl (eigene Darstellung)

In Abbildung 1 kann man ebenfalls die Transportwege erkennen. Die grünen Pfeile symbolisieren den außerbetrieblichen Transport, also die Lieferung der Güter zum Warenhaus bzw. die Auslieferung der fertigen Aufträge zu Kunden oder zu anderen Lagerhäusern oder Logistikzentren. Die schwarzen Pfeile repräsentieren den innerbetrieblichen Transport.

Nachfolgend werden die einzelnen Lagerhausbereiche eines Lagerhauses genauer vorgestellt. Die Erläuterungen orientieren sich hauptsächlich am Buch Logistiksysteme von Pfohl (2010).^[15]

Wareneingang: Güterannahme und Vorbereitung der Güter für die Lagerung. Die Arbeitsschritte in diesem Bereich bestehen im Wesentlichen aus dem Abladen, Identifizieren, Prüfen sowie Lagerfähigmachen der Waren. Da der Eingangsbereich nicht für die längerfristige Lagerung der Waren vorgesehen ist, sollten diese so schnell wie möglich den Bereich verlassen.

Einheitenlager: Langfristige Lagerung von Gütern in großen Mengen oder auch Reservelager. Das Einheitenlager wird in großen Logistikzentren zunehmend automatisiert. Beispielweise gewinnt RFID mehr und mehr, auch im Einheitenlager, an Bedeutung. Mit Hilfe von RFID können stets Lokalisierungsdaten und andere Echtzeit-Informationen abgefragt und so die Güter effizient identifiziert und aufgegriffen werden.^[16]

Kommissionierlager: Lagerung der Güter für kurze Zeit in kleinen Mengen und Einheiten. In diesem Lagerhausbereich dominieren die Prozesse, die der Konzentration oder Auflösung des Güterflusses dienen. Beim „Kommissionieren“ werden Güter unter Befolgung jeweiliger Aufträge aus einer Gesamtmenge in kleinere Teilmengen zusammengeführt. Diese Arbeit erfolgt meist manuell, weshalb der Einfluss menschlicher Faktoren bei der Optimierung von Kommissionierprozessen eine große Rolle spielt.^[17]

Packerei: Die kommissionierten Aufträge werden in diesem Bereich versandfertig gemacht. Unter Versand wird auch der Transport an andere innerbetriebliche Einrichtungen verstanden.^[18]

Warenausgang: Die versandfertigen Einheiten werden aus der Packerei entgegengenommen und je nach Auftrag zwischengeladen oder direkt in das zuständige Transportfahrzeug geladen.^[19]

Lagerverwaltung: Steuerung und Koordination der Prozesse in allen Lagerhausbereichen. Maßgebend für Optimierung und Effizienzsteigerung des Lagerhauses, durch kritische Beobachtung der innerbetrieblichen Prozesse und Formulierung von Verbesserungsvorschlägen.^[20]

2.1.2 Manuelle Tätigkeiten

Unter manuellen Tätigkeiten oder manuellen Arbeit wird das oftmals physische und händische Arbeiten verstanden. Die manuellen Tätigkeiten sind, trotz des digitalen Zeitalters und der immer rasant ansteigender Automatisierung und Systematisierung der Logistik, noch nicht aus dem Lagerhaus entwichen. Das beweist unter anderem die Behandlung der Humanfaktoren bei der Planung, Optimierung und Durchführung von modernen Lagerhaussystemen in der aktuellen wissenschaftlichen Literatur.^[21]

Tatsächlich haben manuelle Tätigkeiten nach wie vor großen Einfluss in verschiedenen Lagerhausbereichen. Im Zentrum jeder manuellen Tätigkeit steht der Mensch, der in allen Lagerhausbereichen zum Einsatz kommt. Das Entladen, Identifizieren und Kontrollieren der Waren im Wareneingangsbereich sowie das Beladen im Warenausgangsbereich ist eine der vielen manuellen Tätigkeiten im Lagerhaus. Während das Einheitenlager und die Lagerverwaltung zunehmend von der Informationstechnologie unterstützt werden, gilt das Kommissionieren als eine der arbeitsintensivsten und teuersten Aufgaben in einem Lagerhaus. Der Mensch ist, aufgrund seiner hohen Flexibilität, seiner Fähigkeit die Umgebung in Echtzeit wahrzunehmen und sich dieser anzupassen, im Kommissionierlager sehr gefragt.^[22] Schätzungen zu Folge beansprucht das Kommissionierlager 55% der Gesamtkosten eines Lagerhauses.^[23]

Das Zusammenführen von Gütern aus einer großen Gütergesamtheit unter Befolgung der Aufträge wird auch „picking“ genannt. Dieser Begriff stammt aus dem Englischen „to pick“, das so viel bedeutet wie etwas greifen oder nehmen. Obwohl das Zusammenführen der Waren nach wie vor durch Handarbeit erledigt wird, haben sich etliche IT-gestützte Kommissionierverfahren in einigen Logistikzentren etabliert. Bisweilen sind sieben Verfahren bekannt: 1. Die klassische Kommissionierung mittels einer Auftragsliste (Pickzettel) 2. Die Kommissionierung mit mobiler Datenerfassung 3. Das Kommissionieren mittels Barcode (Pick-by-Scan) 4. Kommissionierung mittels Leuchtsignale (Pick-by-Light) 5. Kommissionierung über Headset (Pick-by-Voice) 6. Kommissionierung mittels Datenbrille (Pick-by-Vision) und 7. Kommissionierung mit Hilfe von RFID.^[24]

2.2 Simulation in der innerbetrieblichen Logistik

In diesem Kapitel erfolgt eine allgemeine Vorstellung und Definition von Simulationsmodellen und eine Einordnung von Simulationen in den Rahmen der innerbetrieblichen Logistik. Insbesondere werden der Begriff eines Agenten und das Konzept einer agentenbasierten Simulation erläutert, um den Fokus für die weitere Literaturrecherche zu schärfen.

2.2.1 Simulationsmodelle

Ein Modell im Allgemeinen ist die vereinfachte Nachbildung eines geplanten oder existierenden Systems oder Problems.^[25] Aufgrund der hohen Komplexität in der Realität werden fast ausschließlich durch Aggregation und Abstraktion vereinfachte homomorphe (strukturähnliche) Modelle verwendet.^[26] Elemente innerhalb des Modells repräsentieren durch ihr Verhalten reale Systemkomponenten und sind durch deterministische und stochastische Parameter, sowie spezielle Funktionalitäten charakterisiert. Je nach Untersuchungsziel unterscheiden sie sich bezüglich ihrer untersuchungsrelevanten Eigenschaften nur innerhalb eines definierten Toleranzrahmens vom Vorbild.^[27]

Ein Simulationsmodell erweitert den klassischen Modellbegriff. Hauptkriterien die eine Simulation zu erfüllen hat, sind die Modellierung der Zeit, die Umsetzung von Prozessen in einer zeitlichen Abarbeitungsreihenfolge und der automatische Ablauf der Simulationsexperimente in einem vorgegebenen Zeitrahmen. Sie sollte dabei in der Lage sein stochastische Einflüsse abzubilden und Kennzahlen zur Bewertung des zeitvarianten Modellverhaltens zu liefern. Charakteristisch für die Simulation ist die Experimentierbarkeit des Modells.^[28]

Die Richtlinien des VDI 3633, die Grundlagen für Simulation in Logistik- und Produktionssystemen beschreiben, definieren eine Simulation als ,,das Nachbilden eines Systems mit seinen dynamischen Prozessen in einem experimentierbaren Modell, um zu Erkenntnissen zu gelangen, die auf die Wirklichkeit übertragbar sind. Insbesondere werden die Prozesse über die Zeit entwickelt.“^[29]

Hauptaufgabe der Simulation ist die Analyse von Systemverhalten und die Maßnahmenermittlung. Anwendung findet sie, wenn Wirkungszusammenhänge eine, mit analytischen Methoden nicht mehr abbildbare Komplexität besitzen und/oder mehrere Lösungsvarianten analysiert werden sollen ohne sie am realen System umsetzen zu müssen. Ebenso eignet sie sich für die Betrachtung zukünftiger Szenarien oder für eine langfristige Untersuchung.^[30]

Hauptanwendungsfelder der Simulation ist die Unterstützung bei Planung, Realisierung und Betrieb von technischen Systemen^[31] und wird durch folgende Grafik veranschaulicht:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Anwendungsfelder der Simulation (eigene Darstellung nach VDI (2013), Bl.1)

Entscheidend ist die Implementation eines geeigneten Detaillierungsgrades im Simulationsmodell, um den Anforderungen an Ergebnisgenauigkeit, Realitätsnähe und Problemlösung auf der einen, und einem vertretbaren Aufwand, Effizienz bei der Problemlösung und verfügbaren Informationen auf der andere Seite gerecht zu werden.^[32]

Ein Simulationsexperiment ist eine zielgerichtete Untersuchung des Modellverhaltens durch Variation von Parametern und der Modellstruktur. Dies geschieht durch das Erfassen und die Auswertung von untersuchungsrelevanten Zustandsgrößen innerhalb eines definierten Zeitraums in verschiedenen Si-mulationsläufen.^[33]

2.2.2 Agentenbasierte Modellierung und Simulation

Eine Simulations- oder Modellierungsmethode bezeichnet ein Modellierungskonstrukt, und beinhaltet dazugehörige Vorgehensweisen und Anwendungsregeln um Modelle entsprechend ihrer Eigenschaften sinnvoll zu erstellen.^[34]

Besonders definieren Simulationsmethoden das Verhalten über die Zeit in der Simulation und die da-mit verbundenen Zustandsänderungen von Modellelementen. Die Methoden lassen sich in kontinuier-liche und diskrete Modellierungsmethoden unterscheiden. Kontinuierliche Simulationen werden im stetigen Zeitverlauf über Zustandsvariablen beschrieben und das Systemverhalten ergibt sich aus einer Menge gekoppelter Differentialgleichungen. Diskrete Simulationen erfahren Zustandsänderungen zu diskreten Zeitpunkten. Die Zeitdarstellung in ihnen kann entweder aus einer prozessorientierten oder ereignisorientierten Perspektive erfolgen.^[35]

Agentenbasierte Modellierung:

Eine agentenbasierte Modellierungsmethode ermöglicht eine Darstellung sowohl kontinuierlicher, als auch diskreter Ereignisse und kann andere Modellierungsmethoden beliebig erweitern und ergänzen.^[36] Das Modell kann als individualzentrierter Ansatz beschrieben werden, in dem ein Agent ein Objekt, eine Ressource oder einen Prozess repräsentiert. Das individuelle Verhalten wird dabei durch den Entwickler spezifiziert und ermöglicht dem Agenten vielfältige Möglichkeiten zur Interaktion mit seiner definierten Umgebung, besonders die Kommunikation und Verhandlung mit anderen Agenten. Das individuell programmierte Verhaltensmuster eines Agenten definiert dabei seinen Einfluss auf andere Systemelemente und provoziert Reaktionen dieser, aus deren Summe das Verhalten des gesamten Systems resultiert. Der Vorteil der agentenbasierten Modellierung liegt in der Möglichkeit beliebige Objekte anhand spezieller Eigenschaften und Verhaltensweisen im Modell zu implementieren, zu vernetzen und deren individuelle Beziehungen, den Einfluss auf bestimmte Prozesse und Kommunikationsformen abzubilden. Hierdurch können komplexe Systeme besser und dynamisch beschrieben werden und auch Einflussgrößen wie beispielsweise menschliches Verhalten besser simuliert werden. Anwendungsfelder sind u.a. die Analyse von Absatzmärkten, Epidemiologie und die Modellierung von Produktions- und Logistiksystemen.^[37]

2.2.3 Simulation im Kontext der innerbetrieblichen Logistik

In der jüngsten Vergangenheit hat die Simulation für die Bereiche Produktion und Logistik einen im-mer größeren Stellenwert eingenommen und findet vermehrte Verbreitung und Anwendung in der Industrie.^[38] Simulationsmodellen dienen der Unterstützung von Planungsfunktionen und sind eine bewährte Methode zur unkomplizierten Analyse und Bewertung von komplexen, dynamischen Syste-men mit stochastischen Einflüssen. Der hohe Grad an Komplexität, die Vielzahl an Variablen, Glei-chungen, Systemvernetzungen, dynamischen Wechselwirkungsbeziehungen und ein hohes Maß an zufallsverteilten Einflussfaktoren machen die Funktionen der Produktion und Logistik, in dem die einzelnen Lagerhausfunktionen miteinbegriffen sind, daher zum idealen Anwendungsbereich.^[39] Durch Simulationen können Lagerhausprozesse und manueller Tätigkeiten gut abgebildet und untersucht werden. Die Ressourcenauslastung, Termintreue, Durchlaufzeiten und Kosten haben sich bspw. als fruchtbare Felder für eine Optimierung durch Simulation erwiesen und können die Effizienz erhöhen und die Entscheidungsfindung verbessern.^[40] Besonders durch Kombination und Ergänzung mit neuen Technologien und IT-Trends können Simulationsmodelle weiterentwickelt und verbessert werden.^[41]

Hinzu kommt, dass Logistiknetzwerke und Lagerhausstrukturen über eine lange Zeit gewachsen und entstanden sind und sich nur mit erheblichem Aufwand verändern lassen.^[42] Durch eine Simulation können verschiedene Lösungsalternativen mit unterschiedlichen Parameterkonfigurationen (besonders von Struktur-, Ressourcen- und Prozessparametern) simuliert, verglichen und evaluiert werden, ohne komplizierte Änderungen am realen System vornehmen zu müssen. Besondere Bedeutung erlangt dies, aufgrund des gegenläufigen Verhaltens mancher logistischer Zielgrößen (z.B. Auslastung und Durchlaufzeit), bei denen die Parametrisierung von Stellgrößen zur Erreichung einer bestimmten Zielvorgabe nicht evident ist. Eine Simulation hat in den Grenzen von Logistiksystemen und speziell im Lagerhaus, die Möglichkeit systemimmanente Wirkungszusammenhänge abzubilden und durch das dynamische Ablaufverhalten logistische Ergebnisgrößen in Abhängigkeit der Zeit zu berechnen und Leistungsgrößen zu identifizieren.^[43]

3 Durchführung der Literaturanalyse

Dieses Kapitel widmet sich der Beantwortung der ersten Forschungsfrage:

1. Wie lässt sich die aktuelle wissenschaftliche Literatur im Bereich agentenbasierter Simulation manueller Tätigkeiten im Lagerhaus inhaltlich kategorisieren und geordnet darstellen?

Dazu wird zunächst die Forschungsmethode beschrieben und die allgemeinen Anforderungen und Vorgehensweise erläutert.

Aufbauend darauf wird das eigene methodische Vorgehen dargestellt und anschließend, in Abschnitt 3.2, die Ergebnisse der Recherche präsentiert. Dort wird auch eine inhaltliche Kategorisierung der Quellen analog zu den verschiedenen Lagerhausbereichen vorgenommen, welche dann jeweils in Abschnitt 3.3 weiter analysiert und verglichen werden.

3.1 Systematische Vorgehensweise und Beschreibung der Forschungsmethode

Als Forschungsmethode wurde eine systematische Literaturrecherche gewählt. Bei einer Literaturrecherche handelt es sich im Allgemeinen um eine Analyse explizit vorhandenen Wissens, bei der es gilt vorhandenes Wissen ausfindig zu machen, kritisch damit umzugehen und zu bewerten und kontrastieren.^[44] Ziel ist es, Lücken und Widersprüche aufzuzeigen und damit einen eigenen Beitrag zum aktuellen Wissenstand zu leisten. Besonders kann durch eine eigene Interpretation eine neue Dimension oder Perspektive bezüglich der untersuchten Thematik geschaffen werde, die zur Beantwortung spezifischer Fragestellungen beitragen kann.^[45] Hierzu ist es wichtig, dass die Recherche zusätzlich zu ihrem beschreibenden Charakter original und analytisch ist und auf einer fairen Quellenauswahl basiert.^[46]

Hauptunterschied einer systematischen Literaturanalyse zu einer traditionellen ist der Aufbau und das methodische Vorgehen. Durch ein systematisches Vorgehen anhand einer definierten Suchmethode und Vorgehensweise soll eine spezifische Fragestellung untersucht werden. Festgelegte Auswahl- und Ausschlusskriterien ermöglichen eine qualitative Auswertung und spezialisierte Übersicht wissenschaftlicher Arbeiten.^[47]

Erforderlich ist eine systematische, umfassende und vollständige Suche für die gesamte relevante Lite-ratur, mit dem Ziel, durch eine vordefinierte evidenzbasierte Methode Fehler und Befangenheit zu minimieren. Es handelt sich um einen neutralen, technischen Prozess mit rationalen, demonstrativen und objektiven Standardmethoden die kontinuierlich dokumentiert werden und dadurch für den Leser transparent und replizierbar sind.^[48]

Bei der Durchführung einer systematischen Literaturrecherche dienen folgende sechs Kernphasen zur Orientierung:

1. Definition und Abgrenzung des Themas
2. Strukturierung
3. Umfassende Literaturrecherche mit vordefinierter Methodik
4. Auswahl anhand Qualitätsprüfungskriterien
5. Datenherausarbeitung und Darstellung
6. Schreiben^[49]

Essentiell für eine sinnvolle Definition und Abgrenzung der Thematik und der zu untersuchenden Wissenslücke ist die Formulierung einer Forschungsfrage. Diese leitet sich aus der Aufgabenstellung ab und definiert als roter Faden die Struktur der Arbeit. Durch sie wird die Relevanz gefundener Literatur beurteilt und Untersuchungskriterien festgelegt.^[50] Für die vorliegende Arbeit wurden zwei Forschungsfragen aus der Aufgabenstellung abgeleitet.^[51]

Eine Definition und Abgrenzung des untersuchten Themenbereichs und Begrifflichkeiten wird in Kapitel zwei gegeben. Dies dient gleichzeitig als theoretische Grundlage für das Verständnis und Interpretation der erhaltenen Rechercheergebnisse.

In der zweiten Phase: Strukturierung der Arbeit, werden der inhaltliche Aufbau und die für die Recherche anzuwendende Methode festgelegt.^[52]

Darunter fallen unter anderem das Festlegen einer Suchstrategie und die Definition themenrelevanter Schlagwörter für die Suche in elektronischen Datenbanken.^[53] Erste Schlagwörter wurden dabei aus dem ersten Verständnis abgeleitet, bevor, nach einer Einarbeitungsphase in die Thematik, diese redefiniert und an den Rahmen der Forschungsfragen angepasst wurden.

Es wurden Suchbegriffe aus den Forschungsfragen abgeleitet, die verschiedene Prozesse und Bereiche im Lagerhaus und Simulationsmodelle in Verbindung mit manuellen Tätigkeiten abdecken. Da der überwiegende Teil der Literatur auf Englisch veröffentlicht wurde, wurden auch die Schlagwörter auf Englisch festgelegt. Eine Auflistung der verwendeten Schlagwörter ist Tabelle 1 zu entnehmen. Die Schlagwörter wurden bei jedem Suchlauf je eins aus jeder Spalte in allen Kombinationen miteinander angewandt. Verknüpft wurden die Suchbegriffe durch entsprechende AND oder OR-Suchoperatoren. Eine Einschränkung, an welcher Stelle, die Schlagwörter in den Quellen auftauchen wurde nicht vorgenommen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1: Schlagwortkatalog (Eigene Darstellung)

Um im Zuge der Aufgabenstellung auch den Einfluss von aktuellen technischen Innovationen und Trends auf manuelle Tätigkeiten im Rahmen agentenbasierte Simulationsansätze zu untersuchen, wurde die Suche in den Datenbanken durch Schlagwörtern aus dem Bereich der logistischen IT-Trends ergänzt. Darunter beispielweise RFID, Mobile Computing oder Big Data.

Für eine möglichst vollständige und effektive Untersuchung der Recherchefrage ist es nötig, auf mehrere Medien und Ressourcen zurückzugreifen und parallel zu verwenden. Da besonders wissenschaftlich aktuelle Artikel und spezifische Publikationen mit sichergestellten wissenschaftlicher Qualität in Journals veröffentlicht werden und vergleichsweise schnell und einfach auf diese zugegriffen werden kann, haben diese für die Recherche eine besondere Bedeutung.^[54]

Für die folgende Untersuchung wird sich auf eine Suche in digitalen Online-Datenbanken, aufgrund der präzisen Suchoptionen und der einfachen Literaturbeschaffung^[55], beschränkt. Durch die dort vorhandenen großen, kumulierten abrufbaren Datenbestände und die Vielzahl an Literaturquellen steht ein ausreichend breites Spektrum zur Verfügung, welches den Anforderungen bezüglich des Umfangs einer Literaturrecherche gerecht wird.

Für die Recherche wurden die Datenbanken

- Science Direct
- Emerald Insight
- Taylor & Francis
- Web of Science
- Ebsco Host
- CiteSeerX
- Google Scholar

verwendet. Die Auswahl der Datenbanken erfolgte anhand der Kriterien der sichergestellten wissenschaftlichen Qualität, einer umfassenden Abdeckung der Untersuchungsbreite und der freie Verfügbarkeit der Quellen. Auch gewährleisten wissenschaftliche bzw. fachlich spezialisierte Datenbanken ein Mindestmaß an wissenschaftlicher Prüfung der Quellen vor Aufnahme in den Datenbestand.

Ein weiteres Kernelement für ein erfolgreiches systematisches Vorgehen, ist neben der Suchstrategie die Definition von Auswahl- bzw. Ausschlusskriterien für gefundene Literatur. Durch diese müssen begründete Entscheidungen über die Relevanz gefundener Artikel gefällt werden. Mögliche Punkte können hierbei die betrachtete Zeitspanne, sprachliche Kriterien, Themenbereichsrelevanz und die Suchmethode an sich sein. Auch hier sind alle Entscheidungen zu dokumentieren.^[56]

Da die Untersuchung im erweiterten Rahmen der Logistik 4.0, einem relativ jungem Phänomen^[57], erfolgt, werden nur Paper analysiert, deren Publikation im Jahr 1995 oder später erfolgte. Des Weiteren wird nur frei verfügbare englischsprachige Literatur verwendet. Eine Einschränkung in Bezug auf die Quellenart oder Journal Rating wird nicht vorgenommen, da eine ausreichende wissenschaftliche Qualität durch die Auswahl der verwendeten Datenbanken sichergestellt wird.

Nach Festlegung der Rahmenbedingungen für die Suche kann mit Phase drei, der eigentlichen Literaturrecherche begonnen werden. Um die Transparenz, Objektivität und Reproduzierbarkeit der Arbeit zu gewährleisten, ist es essentiell, sich an die vordefinierte Methodik zu halten und Zwischenergebnisse und getroffene Entscheidungen(z.B in einem tabellarischen Search Record^[58] ) zu dokumentieren.^[59]

Nachdem eine gewisse Quantität an Literatur durch die Recherche gesammelt wurde, muss deren Relevanz für die Beantwortung der Forschungsfrage beurteilt werden und die signifikanten Quellen herausgefiltert werden.^[60] Eine Vorauswahl wurde nach dem Lesen der verfügbaren Abstracts, Zusammenfassungen und Inhaltsangaben und einem groben Überfliegen der Kapitel getroffen, um eine Zuordnung zum Untersuchungsbereich sicherzustellen.^[61] Die dadurch ausgewählte Literatur wurde ausführlich aufgelistet und in einem erweiterten Search Record festgehalten, welcher im Anhang angefügt ist.

Eine finale Auswahl erfolgte nach genauerer Analyse und vollständigem Lesen der einzelnen Quellen. Ist die Qualität der gefundenen Informationen sichergestellt, kann mit den letzten beiden Phasen, der Datenherausarbeitung bzw. Darstellung und dem Schreiben begonnen werden.^[62]

3.2 Ergebnisse der Literaturanalyse

Eine Darstellung der Ergebnisse aus der Literaturanalyse erfolgt in zwei unterschiedlichen Kapiteln. Im Ersten werden die formellen Aspekte der relevanten wissenschaftlichen Literatur analysiert und geordnet dargestellt und visualisiert. Im zweiten Teil wird eine Einteilung der Ansätze in Kategorien entsprechend ihrer inhaltlichen Schwerpunkte vorgenommen.

3.2.1 Darstellung der Studien

In diesem Abschnitt werden die formellen Ergebnisse der systematischen Literaturanalyse präsentiert. Dabei unterstützen insbesondere grafische Informationsvisualisierungen die Beschreibungen der Ergebnisse. Es ist zu beachten, dass aufgrund der Menge an Informationen, nicht alle Grafiken in diesem Abschnitt präsentiert werden können. Allerdings wird sodann auf den Anhang verwiesen. Zunächst wird eine kurze Darstellung der gesamten Rechercheaufzeichnung vorgenommen. Im Anschluss werden ausschließlich diejenigen Studien dargestellt, welche auf Grundlage einer agentenbasierten Simulation durchgeführt wurden. Eine Interpretation der Ergebnisse wird im Abschnitt 3.3 geliefert.

Insgesamt wurden für die Literaturanalyse 82 Paper gesichtet, welche verschiedenen Themenbereichen zugeordnet werden können. Eine genaue Kategorieeinteilung erfolgt im nächsten Abschnitt.

Folgende absolute Häufigkeiten ergeben sich bei einer Aufteilung in verschiedene Themenbereiche. Eine Darstellung in relativen Häufigkeiten befindet sich im Anhang (siehe: Abbildung 11: Aufteilung der gesamten Literaturaufzeichung in thematische Gebiete (eigene Darstellung) ).

- 24 zu allgemeinen IT Trends in der Logistik
- 18 in Kommissionierung
- 12 zu neuen Technologien
- 10 in Lagerverwaltung
- 6 im innerbetrieblichen Transport
- 6 zur allgemeinen Intralogistik
- 5 im Einheitenlager
- 1 im Wareneingang und Warenausgang

Eine vollständige Darstellung der Literaturanalyse kann im Anhang gefunden werden (siehe: I Vollständige Darstellung der Literatur). Die folgenden Informationen sind jeweils zu allen gefundenen Papern gegeben:

1. Datenbank
2. Handelt es sich um eine agentenbasierte Modellierung (ABM)?
3. Titel
4. Autoren
5. Jahr
6. Journal/Quelle
7. Kurzzusammenfassung
8. Datum der Recherche
9. Suchbegriffe
10. Wird dieses Paper im Rahmen des kategorischen Vergleichs genauer betrachtet?
11. Wenn 10 nicht zutrifft, was war dann der Ausschlussgrund?
12. Welcher Kategorie wird das Paper zugeordnet (mehr Informationen zu der Kategorieeinteilung wird in Abschnitt 3.2.2 gegeben)

Im Weiteren folgt eine genaue Darstellung der Studien, die eine entsprechende Relevanz zum Seminararbeitsthema aufweisen. Es handelt sich um diejenige Paper, die einen agentenbasierten Simulationsansatz zur Darstellung manueller Tätigkeiten vorweisen können. Von den 82 bereits gesichteten Papern sind das 41. Diese können thematisch wie folgt aufgeteilt werden:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Einordnung der Literatur mit ABS in verschiedene Themenbereiche (Eigene Darstellung)

Dabei liegen folgende absolute Häufigkeiten der Abbildung 4 zu Grunde:

- 8 zur Kommissionierung
- 8 zur Lagerverwaltung
- 6 zu allgemeinen IT Trends in der Logistik
- 6 zum innerbetrieblichen Transport
- 5 zum Einheitenlager
- 4 zu neuen Technologien
- 3 zur allgemeinen Intralogistik
- 1 zu Wareneingang und Warenausgang

Alle Paper wurden in der englischen Sprache verfasst. Den Studien liegen insgesamt 94 Autoren und Co-Autoren zugrunde, die aus 14 verschiedenen Ländern kommen. Eine Weltkarte ist als Heatmap im Anhang aufgeführt (siehe: Abbildung 5: Herkunftsländer der Autoren (eigene Darstellung)). Außer Rubrico, Ota, Higashi und Tamura, die mit insgesamt 5 Papern am häufigsten vorkamen, kamen die meisten Autoren nur einmal vor. Mit 8 Papern und 20 Autoren ist die USA das Land mit der stärksten Präsenz. Dicht dahinter folgt China mit 6 Papern und 18 Autoren.

Die folgende Grafik zeigt das Publikationsjahr der Studien auf einem Zeitstrahl auf.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Verteilung der Literatur in Jahren (Eigene Darstellung)

Die nachfolgende Visualisierung zeigt aus welchen Journals die Paper stammen, welche am häufigsten vorkommen und wie diese gerated sind. Die Ratings wurden dem VHB-Jourqual entnommen^[63].

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthaltenAbbildung 5: Häufigkeit und Rating der Journals (Eigene Darstellung)

Die Gesamtzahl unterschiedlicher Journals beträgt 24. Insgesamt stammen 30 der 41 wissenschaftlichen Arbeiten aus diesen Journals. Die restlichen 11 teilen sich in folgende Quellen auf:

- 4 Studien aus Sammelwerken (Springer Verlag)
- 3 Konferenzpapiere (Technologies for Practical Robot Appl. IEEE Int. Conference, Proceedings of the 2006 IEEE Int. Conf. On Robotics and Automation, RSJ Int. Conference on Intelligent Robots and Systems)
- 2 Studien aus dem AI Magazine (Fachzeitschrift)
- 1 Dissertation
- 1 wissenschaftliche Arbeit aus dem Fraunhofer IRB Verlag

Weiterhin haben die Autoren dieser Arbeit grundsätzlich zwei unterschiedliche Gruppen von Papern identifizieren können. Die einen widmen sich einem tatsächlichen Problem aus der Praxis, also einem konkretem Fallbeispiel, während die anderen ein rein theoretisches bzw. generisches Modell entwickeln. Grafik sechs zeigt die Aufteilung der beiden Gruppen auf.

Eine Zuordnung der einzelnen Paper wurde ebenfalls vorgenommen und lässt sich im Anhang wiederfinden (siehe Tabelle 3: Einteilung einzelner Paper nach Art des Simulationsmodells).

[...]

---

^[1]. Vgl. März; Lothar (2011) , S.1

^[2]. Vgl..Bitkom (2014) i.V.m. Triebig (2005) , S. 229.

^[3]. Vgl. Güller et al. (2015) , S. 207; Güller; Hegmanns (2014) , S. 476.

^[4]. Vgl. Nilsson; Darley (2006) , S.1351f.; Rubrico et al. (2004b) , S. 2093.

^[5]. Vgl. Schuldt (2012) , S. 94. ; Ruiz (2011) , S. 1469 f.

^[6]. Vgl. Gabler Wirtschaftslexikon (2015)

^[7]. Vgl. Gudehus (1999), S. 24 ff.

^[8]. Vgl. Ebd., S. 24 ff.

^[9]. Vgl. Ebd.

^[10]. Vgl. Ebd.

^[11]. Vgl. Pfohl (2010), S. 119

^[12]. Vgl. Gudehus (1999), S. 553

^[13]. Vgl. Ebd., S. 25.

^[14]. Vgl. Pfohl (2010), S. 118

^[15]. Vgl. Pfohl(2010)

^[16]. Vgl. Ballestín et al. (2013)

^[17]. Vgl. Grosse et al. (2013)

^[18]. Vgl. Pfohl (2010), S. 117.

^[19]. Vgl. Ebd.

^[20]. Vgl. Pfohl (2010), S. 119.

^[21]. Vgl. Battini et al. (2015b) , Glock et al. (2014)

^[22]. Vgl. Grosse et al. (2013)

^[23]. Vgl. de Koster et al. (2007)

^[24]. Vgl. Pfohl (2010), S. 130 ff, Battini et al. (2015a)

^[25]. Vgl. März; Lothar (2011), S. 13

^[26]. Vgl. Furmans (2008), S. 36

^[27]. Vgl. Ebd., S. 77. ; VDI (2013) Bl. 1

^[28]. Vgl. Furmans (2008), S. 73

^[29]. Vgl. VDI (2013) Bl. 1

^[30]. Vgl. Furmans (2008), S. 74

^[31]. Vgl. VDI (2013) Bl. 1

^[32]. Vgl. Furmans (2008), S. 36

^[33]. Vgl. Ebd., S. 74.

^[34]. Vgl. VDI (2013) Bl. 1

^[35]. Vgl. Furmans (2008), S. 78f.

^[36]. Vgl. Borshchev; Filippov (2004), S. 1ff.

^[37]. Vgl. Ebd., S. 6ff.

^[38]. Vgl. Furmans (2008), S. 73f.

^[39]. Vgl. März; Lothar (2011), S. 10

^[40]. Vgl. Ebd., S. 43. ; Triebig et al. (2005), S. 229 ff. ; Rubrico et al (2004), S. 2093 f.

^[41]. Vgl. Bitkom (2014)

^[42]. Vgl. Alves et al. (2009), S. 1

^[43]. Vgl. März; Lothar (2011), S. 10ff.

^[44]. Vgl. Jesson et al. (2011) S. 9f. i.V.m. S. 75 ff.

^[45]. Vgl. Ebd., S. 10f.

^[46]. Vgl. Ebd., S. 89.

^[47]. Vgl. Ebd., S. 9ff.

^[48]. Vgl. Ebd., S. 15.

^[49]. Vgl. Ebd., S. 108.

^[50]. Vgl. Niedermayr (2010), S. 48f, Jesson et al. (2011)

^[51]. Siehe Kap. 1.2.

^[52]. Vgl. Jesson et al. (2011), S. 108f.

^[53]. Vgl. Ebster; Stalzer (2013), S. 55ff, Jesson et al. (2011), S. 27

^[54]. Vgl. Ebster; Stalzer (2013), S. 77

^[55]. Vgl. Ebd., S. 50f.

^[56]. Vgl. Ebd., S. 70ff., Jesson et al. (2011), S. 29f.

^[57]. Vgl. Bitkom (2014)

^[58]. Vgl. Jesson et al. (2011), S. 28

^[59]. Vgl. Ebster; Stalzer (2013), S. 20, Niedermayr (2010), S. 20ff.

^[60]. Vgl. Jesson et al. (2011), S. 116

^[61]. Vgl. Niedermayr (2010), S. 175

^[62]. Vgl. Niedermayr (2010), S. 173 ff.

^[63]. Vgl. VHB Jourqual (2015)