Erstellung eines mathematischen Entscheidungsmodells für einen logistischen Störfall am Beispiel Stau

Inhaltsverzeichnis

Kurzfassung

Abstract

1 Einleitung
1.1. Motivation und Zielsetzung
1.2. Aufbau der Arbeit

2 Logistische Grundlagen
2.1. Begriffsbestimmung Logistik
2.2. Grundlagen der Beschaffungslogistik
2.2.1 Begriffsabgrenzung Beschaffungslogistik
2.2.2 Transportplanung
2.2.3 Vertragsrechtliche Grundlagen des Transportrechts
2.3. Störungsbewältigung in der Logistik
2.3.1 Einführung in das Supply Chain Management
2.3.2 Störungs- und Risikomanagement
2.4. Lagerbestandsmanagement
2.4.1 Aufgaben des Lagerbestandsmanagements
2.4.2 Wirtschaftlichkeit des Lagerbestandsmanagements
2.4.3 Bestellregeln, Melde- und Sicherheitsbestände
2.4.4 Typen der Lagerplatzverwaltung

3 Grundlagen der Entscheidungstheorie
3.1. Das mathematische Entscheidungsmodell
3.2. Stochastische Grundlagen
3.3. Die „klassische“ Entscheidungstheorie
3.3.1 Klassifizierung und Grundelemente der Entscheidungstheorie
3.3.2 Entscheidungsregeln bei Risiko
3.3.3 Entscheidungsregeln bei Ungewissheit
3.4. Grundlagen des Operations Research

4 Die Entwicklung des Entscheidungsmodells
4.1. Vorstellung des Problemfalls
4.2. Aktuelle Forschungsansätze
4.3. Wahl der Methoden
4.4. Aufstellen des Entscheidungsmodells
4.5. Implementierung des Modells in der Modellierungssprache AIMMS

Kurzfassung

Erstellung eines mathematischen Entscheidungsmodells für einen logistischen Störfall am Beispiel Stau

In der Forschungsliteratur liegen noch keine Theorien im Bereich der quantitativen Beschreibung von Störfällen in der Transportlogistik vor. Derartige Probleme werden allenfalls qualitativ untersucht. An dieser Stelle setzt die vorliegende Arbeit an. Für einen fiktiven Störfall wird ein mathematisches Entscheidungsmodell mit Hilfe von Methoden aus dem Operations Research erstellt, das einem Anwender aus der Logistik die kostengünstigste Handlungsalternative als konkrete Lösung vorschlägt.

Hierzu werden zunächst theoretische Grundlagen aus den Bereichen Logistik, Operations Research und der Entscheidungstheorie erörtert. Darauf folgt die Erstellung des formalen Modells, die Implementierung in der Modellierungssprache AIMMS und anschließend die Evaluation des Modells mit Hilfe einer Case Study, einer Sensitivitätsanalyse und einer teilfaktoriellen Methode. Anschließend werden die Ergebnisse interpretiert.

Es stellt sich heraus, dass sechs Eingabewerte einen besonders hohen Einfluss auf die Kosten der Handlungsalternativen haben und drei Parameter Wechselwirkungen aufweisen. Außerdem zeigt sich während der Evaluation, dass die berechneten Ergebnisse und die Lösungsvorschläge des Modells plausibel und nachvollziehbar sind.

Abstract

Creation of a mathematical decision model for a logistical incident using the example traffic jam In research literature there are no theories in the field of quantitative description of incidents in transport logistics. Such problems are at most examined qualitatively. Here the present thesis begins. For a fictitious accident, a mathematical decision model is created using methods from the operations research, which offers a decision-maker in logistics the most cost-effective alternative of action as a concrete solution.

For this purpose, the theoretical foundations in the fields of logistics, operations research and decision theory are discussed at first. It is followed by the creation of the formal model, the implementation in the modeling language AIMMS and the evaluation of the model using a case study, a sensitivity analysis and a partial-factor method. The results are then interpreted.

It turns out that six input values have a particularly high influence on the costs of the action alternatives and that three parameters have interactions. Furthermore, during the evaluation, the calculated results and the solutions proposed by the model are plausible and comprehensible.

1 Einleitung

In diesem ersten Kapitel wird zunächst erläutert, warum das Thema interessant und wichtig ist und was die Ziele dieser Arbeit sind. Daraufhin folgt der Aufbau der Arbeit.

1.1. Motivation und Zielsetzung

Innerhalb der Beschaffungslogistik treten immer wieder unvorhersehbare Störungen auf, die nicht verhindert werden können. Gerade weil sie sehr spontan auftreten, ist es nicht immer möglich diesen vorzubeugen. Es ist jedoch für einen Entscheider aus der Wirtschaft wichtig, auf diese Störungen schnell und adäquat zu reagieren. Manuelle Methoden sind unter Umständen nicht schnell und flexibel genug, um den ständigen Herausforderungen, beispielsweise im Straßenverkehr, zu begegnen. Aus diesem Grund wird eine modellbasierte Entscheidungsunterstützung erforderlich.

Eine häufig auftretende Störung der Beschaffungslogistik ist der verkehrsbedingte Stau auf Autobahnen. Der Großteil dieser Arbeit behandelt dieses Problem. Die Forschungsliteratur bietet keine quantitativen Lösungen dazu an. Vielmehr setzt sie sich allenfalls qualitativ damit auseinander.

An dieser Stelle setzt die vorliegende Arbeit an und gemäß der Aufgabenstellung lassen sich folgende sieben Ziele ableiten:

(1) Die Erörterung der theoretischen Grundlagen aus den Themen Logistik, Operations Research (OR) und der Entscheidungstheorie
(2) Das Entwickeln eines mathematischen Entscheidungsmodells
(3) Das Implementieren dieses Modells in einer Modellierungsumgebung
(4) Die Evaluation des Modells mit Hilfe einer Case Study
(5) Die Evaluation des Modells mit Hilfe von Experimenten
(6) Die Interpretation der Ergebnisse
(7) Das Aufstellen von Handlungsempfehlungen

1.2. Aufbau der Arbeit

Das folgende Schema veranschaulicht den Aufbau dieser Arbeit.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1 Schematischer Aufbau der Arbeit (Eigene Darstellung)

Der Aufbau orientiert sich an ihren zuvor genannten Zielen. Die Kapitel 2 und 3 behandeln das Ziel (1) Die Erörterung der theoretischen Grundlagen aus den Themen Logistik, Operations Research (OR) und der Entscheidungstheorie.

Im zweiten Kapitel geht es um die notwendigen Grundlagen der Logistik, einschließlich der vertragsrechtlichen Grundlagen des Transportrechts, das Supply Chain Management, das Störungsmanagement und das Lagerbestandsmanagement.

Daraufhin beschreibt Kapitel drei die theoretischen Grundlagen der Entscheidungstheorie, beginnend mit der Definition eines mathematischen Entscheidungsmodells, gefolgt von den stochastischen Grundlagen, der Entscheidungstheorie an sich und zuletzt dem Operations Research.

Das Kapitel 4 stellt den Kern dieser Arbeit dar. Es widmet sich den beiden Zielen (2) Das Entwickeln eines mathematischen Entscheidungsmodells und (3) Das Implementieren dieses Modells in einer Modellierungsumgebung. Dabei wird zunächst eine konkrete Störung beschrieben und untersucht, ob und inwiefern die aktuellen Forschungsansätze Lösungen bieten. Daraufhin werden die Methoden, die zuvor in den Grundlagen beschrieben wurden, ausgewählt und beschrieben. Es folgen die eigentliche Aufstellung des Entscheidungsmodells und die Implementierung in einer Modellierungsumgebung.

Die Ziele (4) Die Evaluation des Modells mit Hilfe einer Case Study, (5) Die Evaluation des Modells mit Hilfe von Experimenten und (6) Die Interpretation der Ergebnisse werden in Kapitel 5 behandelt. Dazu wird zunächst ein spezifischer Testfall erläutert, das Modell darauf angewandt und die Ergebnisse ausgewertet und interpretiert. Im zweiten Teilabschnitt werden Experimente durchgeführt. Dazu wird zunächst ein Versuchsplan aufgestellt und zwei verschiedene Simulationsmethoden angewandt. Deren Ergebnisse werden ebenfalls ausgewertet und interpretiert.

In Kapitel 6 wird beobachtet, ob und wie die gesetzten Ziele erreicht wurden. Außerdem werden die Stärken und Schwächen des Modells diskutiert und im Ausblick Handlungsempfehlungen für die Zukunft beschrieben, wodurch auch dem letzten Ziel (7) Das Aufstellen von Handlungsempfehlungen Rechnung getragen wird.

Um stets eine gute Lesbarkeit der Abbildungen zu gewährleisten, werden diese, wenn es sinnvoll und möglich ist, mit Hilfe von Microsoft Visio nachgebildet. Für ein schnelleres Querlesen werden die jeweils wichtigsten Begriffe jedes Abschnitts und die Namen der Variablen aus dem Modell kursiv dargestellt.

2 Logistische Grundlagen

Im zweiten Kapitel Logistische Grundlagen werden jene theoretischen Grundlagen erörtert, die erforderlich sind, das Kapitel vier Die Entwicklung des Entscheidungsmodells in seiner Gesamtheit zu verstehen.

2.1. Begriffsbestimmung Logistik

Der Ursprung des Wortes Logistik wird in den französischen Worten Logement oder Logis, zu Deutsch etwa Truppenunterkunft, vermutet. Bereits seit dem 19. Jahrhundert wird der Begriff Logistik im Militärbereich verwendet und steht dort für die Planung der Truppenbewegungen, des Nachschubs und der Versorgung (Koch 2012, S. 1f).

Es existieren viele unterschiedliche Definitionen für den modernen Begriff der Logistik. Die meisten davon sprechen der Logistik folgende drei Elemente zu: Logistische Prozesse, logistische Objekte und ein logistisches System (Fleischmann 2008a, S. 3).

Bestandteile der logistischen Prozesse sind Transport- und Lagerungsprozesse, das Beund Entladen, Ein- und Auslagern und das Kommissionieren. Gemeinsam haben diese Aktivitäten, dass sie der Raumüberbrückung (Transport), Zeitüberbrückung (Lagerung) und der Veränderung der Anordnung (Kommissionierung) dienen. Isermann (1998) drückt das als „bedarfsgerechte Verfügbarkeit von Objekten“ aus.

Logistische Objekte können sein: Sachgüter, häufig Materialien und Produkte im Industriebetrieb, Personen und auch Informationen.

Ein logistisches System wiederum hilft, eine Vielzahl logistischer Prozesse durchzuführen. Ein logistisches System ist wie ein Netzwerk vorstellbar, das aus Knoten und Kanten besteht. Die Knoten sind dabei die Lagerorte und die Kanten Transportwege. Die logistischen Prozesse bilden dabei einen Netzwerkfluss (Fleischmann 2008a, S. 3).

Eine mögliche Definition der Logistik lautet nun wie folgt:

„ Logistik bedeutet die Gestaltung logistischer Systeme sowie die Steuerung der darin ablaufenden logistischen Prozesse. “ (ebd.).

Dabei sind folgende drei Merkmale der Logistik besonders relevant: Informationen, ganzheitliche Sicht und physische Systeme und Prozesse.

Wie bereits erwähnt, können Informationen logistische Objekte sein. Sie sind jedoch auch grundlegende Voraussetzung für die Steuerung der Prozesse. Daher benötigt jedes logistische System ein Informations- und Kommunikationssystem, da die logistischen Objekte räumlich weit entfernt sind und sich bewegen.

Ganzheitliche Sicht bedeutet, dass viele Prozesse gleichzeitig als Gesamtfluss in einem Netzwerk und nicht nur einzeln betrachtet werden. Des Weiteren muss der Gesamtfluss auf die Ziele des Systems abgestimmt sein.

Physische Systeme und Prozesse ist das dritte Merkmal. Deren Gestaltung umfassen zum einen technische und zum anderen ökonomische Aufgaben. Deshalb ist die Logistik interdisziplinär der Informatik, den Wirtschafts- sowie den Ingenieurwissenschaften zuzuordnen (ebd.).

2.2. Grundlagen der Beschaffungslogistik

Dieses Kapitel erläutert zunächst den Begriff Beschaffungslogistik an sich, gefolgt von den themenverwandten Bereichen Transportlogistik und den vertragsrechtlichen Grundlagen des Transportrechts.

2.2.1 Begriffsabgrenzung Beschaffungslogistik

Jede Logistikaufgabe ist, grob gesagt, einem von drei Bereichen zuzuordnen. Diese sind namentlich die Makrologistik, die Mikrologistik und die Unternehmenslogistik. Für die vorliegende Arbeit ist die Unternehmenslogistik die wichtigste, weshalb diese näher betrachtet wird. Sie ist weiter zu untergliedern in inner- und außerbetriebliche Logistik. Die innerbetriebliche Logistik, auch Betriebslogistik genannt, verbindet innerhalb eines Standorts den Warenein- und -ausgang. Die außerbetriebliche Logistik ist untergliedert in die Beschaffungs- und die Distributionslogistik. Die Beschaffungslogistik behandelt Warenein- und -ausgänge zu einem Standort hin, also in Zulaufrichtung, die Distributionslogistik hingegen mit den Bewegungen aus dem Standort heraus. Die folgende Skizze veranschaulicht diesen Sachverhalt (Gudehus 2010, S.6ff).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2 Bereiche der Unternehmenslogistik (In Anlehnung an Gudehus 2010)

Zusammengefasst lässt sich feststellen: Beschaffungslogistik beinhaltet den Zulauf von Waren von Lieferanten zum Betrieb und die Distributionslogistik beschäftigt sich mit der Verteilung vom Betrieb zu den Empfängern (Wegner, Wegner 2017, S. 43f).

Dabei können Beschaffungsobjekte sehr unterschiedlich ausfallen. Diese sind zum Beispiel Produktionsmaterial wie Holz für Tischlerarbeiten, Hilfsstoffe wie Lacke, Betriebsmittel, beispielsweise Schmiermittel oder auch Energie, aber auch Zulieferteile wie Schrauben und auch fertige Handelswaren, die unverändert weiterverkauft werden (ebd., S. 47f).

In der Beschaffungslogistik gibt es verschiedene Akteure. Diese lassen sich in vier Rollen mit unterschiedlichen Interessen aufgliedern: Lieferanten, Hersteller, Logistikdienstleister und Händler. Während Lieferanten den maximalen Verkaufspreis anstreben, versuchen Hersteller und Händler den geringsten Einkaufspreis zu erzielen. Logistikdienstleister hingegen werden versuchen, ihre Kosten zu begrenzen (Gudehus 2010, S. 256).

2.2.2 Transportplanung

Transportdienstleister führen für ihre Vertragspartner regelmäßig Transport- und Beförderungsaufträge durch. Beispiele für Transportunternehmen sind Speditionen, Paketdienstleister, Luftfahrtunternehmen, Verkehrsgesellschaften oder Reedereien. Um ihre Transporte erfolgreich und wirtschaftlich durchzuführen, planen sie unter anderem mittels Transportketten, auch Frachtketten genannt (Gleißner, Femerling 2008, S. 68f).

Dabei sind mehrere Standardtransportketten bekannt, wovon an dieser Stelle jene drei erläutert werden, die für die vorliegende Arbeit am wichtigsten sind. Die erste Variante entspricht dem Direktlauf. Das heißt, es wird direkt über eine Straße oder Schiene vom Sender zum Empfänger geliefert, ohne einen Zwischenstopp bei einem Umschlagpunkt. Besonders sinnvoll ist diese Transportart bei mittelgroßen Sendungen, großem Transportaufkommen und geringen Entfernungen (Gudehus 2010, S. 942f).

Ein Umschlagpunkt, auch Hub genannt, ist eine Sammelstelle, an der Güter sortiert, umverteilt und weiter verladen werden. Das heißt, an Umschlagpunkten werden Güter von LKW oder anderen Transportmitteln kurzfristig eingelagert und von einem anderen Verkehrsmittel, oft in neu kommissionierter Weise, wieder aufgenommen und weiter befördert. Umschlagpunkte haben dabei nicht die Lagerung im eigentlichen Sinne als Aufgabe (Fleischmann 2008b, S. 17).

Die Standardkette zwei besteht aus einem Vorlauf und einem Nachlauf. Das bedeutet, die Sendungen werden im Vorlauf auf Sammelfahrten mit mehreren Fahrzeugen abgeholt und zu einem Umschlagpunkt gebracht. Von diesem aus werden die Güter von weiteren Transportmitteln zu den Empfängern ausgeliefert. Üblicherweise erfolgen bei dieser Variante sowohl Vorlauf, als auch Nachlauf auf der Straße bei kleineren Sendung innerhalb eines Einzugsgebiets (Gudehus 2010, S. 942f).

Bei der dritten Standardfrachtkette gibt es neben dem Vor- und Nachlauf zusätzlich noch den Hauptlauf. Vor- und Nachlauf geschehen abermals in einem Einzugsgebiet auf der Straße (ebd.). Dabei ist es sinnvoll, das Prinzip des Milkruns einzusetzen. Dies bedeutet, dass ein Fahrzeug die Waren von mehreren Versendern abholt und diese zum Hub bringt, bzw. im Falle des Nachlaufs vom Hub aus zu den Empfängern liefert. Vom Sammelumschlagpunkt zum Verteilungsumschlagpunkt, was in der Regel die größte Entfernung darstellt, findet der Transport per Hauptlauf statt. Dies geschieht entweder über Sattelzüge auf der Straße oder auch per Schienen-, Wasser- und Luftverkehr. Diese Methode ist typisch, wenn viele Güter über sehr große Entfernungen transportiert werden (ebd., S. 943f). Die folgende Abbildung veranschaulicht die drei genannten Frachtketten:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3 Standardfrachtketten (In Anlehnung an Gudehus 2010)

2.2.3 Vertragsrechtliche Grundlagen des Transportrechts

Das Transportrecht ist kein eigenständiges Rechtsgebiet, für das es ein spezielles Gesetzbuch gäbe. Viel mehr sind die Normen des Handelsgesetzbuchs (HGB) und des Bürgerlichen Gesetzbuchs (BGB) anzuwenden (Müglich 2002, S. 1). Innerhalb des Transportrechts wird zwischen Frachtvertrag und Speditionsvertrag unterschieden.

Beim Speditionsvertrag übergibt der Versender einem Spediteur den Auftrag, die Versendung eines Guts zu gewährleisten. Der Spediteur muss also nicht selbst ausliefern. Er kann selbst einen Frachtführer als Dritten damit beauftragen, die Ware zu befördern. Der Spediteur schließt dann einen Frachtvertrag im eigenen Namen, aber auf fremde Rechnung ab. Der Speditionsvertrag ist jedoch für diese Arbeit nicht weiter von Belang und wird deshalb nur kurz umrissen (ebd., S. 5f).

Beim Frachtvertrag besteht zum einen ein Interessenverhältnis zwischen dem Absender und dem Frachtführer und zum anderen zwischen dem Frachtführer und dem Empfänger. Der Frachtführer übernimmt die Pflicht, ein Gut zu seinem Bestimmungsort zu befördern. Oft ist der Frachtführer eine Spedition (ebd., S. 3ff). Der Absender ist der Auftraggeber des Frachtführers und damit sein Vertragspartner. Damit ist der Frachtführer dem Absender gegenüber unmittelbar verpflichtet (ebd., S. 41). Der Empfänger wiederum ist nicht Vertragspartei des Frachtvertrags. Er stellt lediglich den Adressaten der Lieferung dar, der im Vertrag genannt wird. Er muss auch nicht gleichzeitig Käufer sein, kann jedoch der Käufer sein (ebd., S. 49).

Zu beachten ist noch, dass der Absender auch gleichzeitig Empfänger und damit auch Käufer selbst sein kann. Dann hätte der Verkäufer mit dem Frachtführer überhaupt kein Vertragsverhältnis. Dies ist zum Beispiel dann der Fall, wenn der Kunde eines Zulieferers seine eigene Spedition damit beauftragt, die benötigte Ware beim Zulieferer abzuholen, was später bei der Modellierung der Fall sein wird (ebd., S. 3).

Ein sehr wichtiger Aspekt des Frachtrechts, ist die Frage nach der Haftbarkeit. Hierzu besagt § 425 Abs. 1 HGB:

„ Der Frachtführer haftet für den Schaden, der durch Verlust oder Beschädigung des Gutes in der Zeit von derÜbernahme zur Beförderung bis zur Ablieferung oder durchÜberschreitung der Lieferfrist entsteht. “

Das heißt, der Frachtführer ist grundsätzlich für alle Schäden am Liefergut verantwortlich und haftbar zu machen, die in dem Zeitraum seiner Obhut anfallen und zwar zunächst unabhängig seines Verschuldens. Schäden können dabei sein: Verlust, Beschädigung des Lieferguts wie Bruch oder Kratzer, aber auch Ü berschreiten der Lieferfrist in Form von Vermögensschäden. Im letzteren Falle ist laut § 431 Abs. 3 HGB „ die Haftung des Frachtführers wegenÜberschreitung der Lieferfrist [ … ] auf den dreifachen Betrag der Fracht begrenzt “ (ebd., S. 54ff).

Das Gesetz sieht jedoch auch Ausnahmen vor. So besagt § 426 HGB, dass der Frachtführer von der Haftung befreit ist, „ soweit der Verlust, die Beschädigung oder die Ü berschreitung der Lieferfrist auf Umständen beruht, die der Frachtführer auch bei gr öß ter Sorgfalt nicht vermeiden und deren Folgen er nicht abwenden konnte “. Die Frage danach, ob und wieweit ein Frachtführer für die Überschreitung der Lieferfrist haftbar gemacht werden kann, wenn sein Fahrer unverschuldet und unvorhersehbar in einen Stau geraten ist, ist eine Einzelfallentscheidung. Da dieses Problem sehr komplex und in jedem einzelnen Fall unterschiedlich auszulegen ist, kann es im Rahmen dieser Arbeit nicht ausreichend erörtert werden. Es genügt bei der Lektüre zunächst, dass der Leser versteht, dass es Fälle gibt, in denen der Frachtführer ohne eigenes Verschulden haftbar gemacht werden kann und in anderen wegen der Ausnahmeregelung wieder nicht (ebd.).

2.3. Störungsbewältigung in der Logistik

In diesem Unterkapitel wird die Behandlung von Störungen in der Logistik näher betrachtet. Hierzu wird zunächst der Begriff Supply Chain Management diskutiert. Daran anknüpfend werden Störfälle definiert und anschließend das Störungsmanagement an sich erörtert. Das Verständnis für Störfälle ist in der vorliegenden Arbeit besonders relevant, was sich bereits aus dem Titel der Arbeit ableiten lässt. In Kapitel 2.3. werden zu diesem Thema zunächst die allgemeinen Grundlagen durchleuchtet. Aktuelle Forschungsansätze werden in Kapitel 4.2 aufgegriffen, weil sie an dieser Stelle nochmal besonders relevant sein werden.

2.3.1 Einführung in das Supply Chain Management

Der Begriff Supply Chain Management (SCM) wurde ursprünglich in den 80er Jahren des zwanzigsten Jahrhunderts von angloamerikanischen Unternehmensberatern geprägt (Houlihan 1985 und Jones, Riley 1985). In Deutschland hingegen setzte sich der Begriff erst in den 90er Jahren durch, wobei die Anzahl wissenschaftlicher Arbeiten hierzu in den letzten Jahren stark zunahm (Werner 2013, S. 3).

In der Literatur wird Supply Chain Management unterschiedlich verstanden. In Towill (1996, S. 15ff) wird es zum Beispiel als eine Verkettung von Systemen zur Auftragsabwicklung definiert. Für Fisher (1997, S. 105ff) wiederum steht die Supply Chain (SC) in erster Linie für einen Absatzkanal. Dieser soll die Fertigungsstätten mit den Kunden verbinden. Harrington (1995, S. 30ff) sieht im Supply Chain Management ein Gebilde, das kombinierte Material- und Informationsflüsse abwickelt. Allgemein akzeptiert ist hingegen die Auffassung von Michael E. Porter, dass innerhalb einer Wertschöpfungskette (Value Chain) Unternehmungsaktivitäten integriert sind. Dabei steht Wertschöpfung für alle selbst erstellten Leistungen einer Unternehmung, jedoch ohne Vor- und Fremdleistungen (Porter 2006, Porter 2008 und Porter 2010). Die Wertschöpfungskette besteht laut Werner (2013, S. 6) aus den Komponenten Anlieferung, Fertigung, Verkauf, Entsorgung und Recycling.

Darauf aufbauend wird nun, angelehnt an Ellram, Cooper (1993, S. 1ff), folgende Definition formuliert:

„ Ein Supply Chain Management kennzeichnet interne wie netzwerkgerichtete integrierte Unternehmensaktivitäten von Versorgung, Entsorgung und Recycling, inklusive begleitende Geld- und Informationsflüsse. “ (Werner 2013, S. 6).

Umgangssprachlich sind Supply-Chain-Aktivitäten als Lieferkettenmanagement zu verstehen (ebd., S. 7). Supply Chains sind zudem zwischen unternehmensinternen und unternehmensintegrierten zu unterschieden. Unternehmensinterne Supply Chains umfassen beispielhaft die Stufen Wareneingang, Hochregellager, Kommissionierung, Vormontage, Zwischenlager, Endmontage und Versand. Die unternehmensintegrierten Supply Chains unterscheiden sich von den unternehmensinternen insofern, als dass sie zusätzlich die „Lieferanten der Lieferanten“ und die „Kunden der Kunden“ miteinbeziehen (Gudehus 2010, S. 6f).

Die primären Ziele des Supply Chain Managements sind „die Versorgung, die Entsorgung und das Recycling integrierter Unternehmensaktivitäten“ (Werner 2013, S. 29). Dabei verfolgen alle Teilnehmer der Supply Chains Kostenreduktionen, Zeitoptimierung sowie Leistungs- und Flexibilitätssteigerungen. Die Kostenreduktionen sollen in diesem Zusammenhang durch die Faktoren Lagerbestände, Frachten, Investitionen und Abschreibungen erzielt werden. Die Zeitoptimierung wird durch ein Zusammenspiel aus Beschleunigung der Aktivitäten in der Wertschöpfungskette und eine „Entschleunigung“ von Prozessen (Postponement) erreicht. Die Erhöhung der Flexibilität ist durch durch den Einsatz moderner Informationstechnologie zu verwirklichen, da diese hilft, die Anpassungs- und Wandlungsfähigkeit von Betrieben zu verbessern. Der Faktor höhere Qualität ergibt sich implizit durch die Erzielung der zuvor genannten Aspekte. Sie ist unter anderem messbar anhand des Ausschusses, der Nacharbeit oder durch Kundenumfragen (ebd., S. 30f).

Innerhalb der Supply Chains können jedoch auch eine große Anzahl nicht voraussagbarer Störungen auftreten, weshalb es unumgänglich wird, sich mit dem Thema Störungsmanagement auseinanderzusetzen.

2.3.2 Störungs- und Risikomanagement

Störfälle werden in der Logistik auch als Events bezeichnet. Es gibt jedoch in der Literatur unterschiedliche Auffassungen über den Begriff Event.

Heusler u. a. (2006, S. 20f) sind der Ansicht, dass das Wort Event nicht für die Störung selbst, sondern für die Meldung darüber steht. Konkret geht es um Meldungen über eine kritische Abweichung zwischen geplanten und tatsächlich realisierten Prozessabfolgen.

Nach Auffassung von Zimmermann (2006, S. 15) sind Events Störungen, Fehlfunktionen und Verhaltensanomalien mit einer gewissen Eintrittswahrscheinlichkeit. Außerdem haben sie negative Auswirkungen auf den Auftragserfüllungsprozess eines Liefernetzwerks. Hierfür führt Zimmermann den Begriff Disruptive Event ein, was so viel heißt wie Stör-Event.

Bretzke, Klett (2004, S. 147f) stellen den Unterschied zwischen Event und Status heraus. Dieser liegt nach deren Auffassung in der Wesentlichkeit von Events, die zu Handlungszwängen führen.

Tröger (2014, S. 14) fasst Events zusammen als kritische Ausnahmeereignisse, die in Lieferkettenprozessen auftreten. Voraussetzung ist dafür, dass sie Planziele gefährden und einen Handlungszwang erfordern.

Tröger (2014, S. 14f) ist der Auffassung, dass es keine „ positiven “ Events gibt, sondern ausschließlich „negative“. Hierzu führt er an, dass beispielsweise verfrühte Lieferungen in der Modeindustrie kontraproduktiv wären, da viele Kollektionen nur saisonbedingt ausgeliefert werden und unnötige Lagerhaltungskosten entstünden. Ähnlich verhält es sich mit allen Just-in-Time-Konzepten, da jenen zufolge Lagerbestände weitestgehend reduziert werden sollen. Des Weiteren bezweifelt Tröger (2014, S. 15) den Nutzen von Benachrichtigungen über „positive“ Events. Er sieht darin die Gefahr einer Informationsüberflutung und merkt an, dass das System ohnehin über diese Information verfügt.

Events sind in folgende sechs Kriterien zu klassifizieren: Ursache der Störung, Grad der Beeinflussbarkeit, Zeitliche Abweichung, „Objektidentität, Zeit, Ort, Quantität und Qualität“, Kritizität und Lieferkettenabschnitt. Genauere Beschreibungen würden an dieser Stelle jedoch den Rahmen sprengen. Weiterführend ist zu diesem Thema die Untersuchung von Tröger (2014, S. 15f) von Interesse.

Um sich Events etwas besser vorstellen zu können, seien an dieser Stelle einige Beispiele aus der Modeindustrie und entsprechende Gegenmaßnahmen vorgestellt (ebd., S. XXVIIIff):

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1 Beispielhafte Events und mögliche Gegenmaßnahmen (In Anlehnung an Tröger 2014)

Des Weiteren unterscheidet Fischäder (2007, S. 30f) Störungen nach ihrer Ursache. Zunächst werden Störungen unterschieden nach intern oder extern ausgelöst. Intern induzierte Störungen können zum Beispiel Versagen betriebsinterner Mitarbeiter oder Maschinenausfall sein. Externe induzierte Störungen werden weiter unterschieden in versorgerseitig, also aus Lieferantensicht, und nachfrageseitig, sprich aus Kundensicht. Störungen aus Lieferantensicht können Lieferungen mangelhafter Qualität oder ausgefallene Lieferungen sein. Eine Störung aus Kundensicht ist beispielsweise die Annahmeverweigerung.

Die Aufgabe des Störungsmanagements ist, eine Hilfestellung für produktionswirtschaftliche und störungsbezogene Entscheidungen zu bieten. Hierfür wird eine entscheidungsbezogene Informationsversorgung benötigt, die Grundlage zur Entscheidungsfindung ist (Fischäder 2007, S. 31).

Das Entscheidungsmanagement ist nach Fischäder (2007, S. 31f) grundsätzlich in die beiden Teilbereiche Verhindern von Störungen und Bewältigen aufgetretener Störsituationen zu unterschieden. Lediglich der zweite Punkt, das Bewältigen von bereits aufgetretenen Störungen, ist für diese Arbeit wichtig, da es bei dieser nicht um das Verhindern von Störungen geht, sondern ausschließlich um das Bewältigen, da fest davon ausgegangen wird, dass eine Störsituation bereits vorliegt, woraufhin näher betrachtet wird, wie mit dieser umzugehen ist.

Der Übergang vom Störungsmanagement zur Entscheidungstheorie ist teilweise fließend, weshalb an dieser Stelle bereits ansatzweise auf den Entscheidungsprozess vorausgegriffen werden muss. Um Störungen bewältigen zu können, wird nach Fischäder (2007, S. 32) ein Entscheidungsprozess vorausgesetzt. Hierfür muss die Störung zunächst erkannt und anschließend evaluiert werden. Anschließend folgen die Suche, Auswahl und Umsetzung geeigneter Reaktionsmaßnahmen. Folgende Abbildung veranschaulicht diesen Zusammenhang.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4 Entscheidungsprozess der Störungsbewältigung (In Anlehnung an Fischäder 2007)

Der Ansatz von Wappler (2017) unterteilt das Störungsmanagement in die drei Phasen Identifikation der Störung, die Erholungsphase und die Neugestaltung einer Supply Chain. In der Identifikationsphase wird die Störung als solche erkannt, während in der Erholungsphase Gegenmaßnahmen getroffen werden. Ziel der Neugestaltungsphase wiederum ist, die Supply Chain so zu verändern, dass sie zukünftig weniger anfällig auf Störungen von außen ist (ebd., S. 58f). Des Weiteren grenzt Wappler (2017) das Störungsmanagement klar vom Risikomanagement ab. Das Risikomanagement ist laut Forschungsbericht dem Störungsmanagement vorangestellt und soll mögliche Risiken proaktiv angehen, während das Störungsmanagement auf bereits eingetretene Störungen reagiert (ebd.). Darüber hinaus betont Wappler (2017), dass bislang nur wenig empirische Forschung über das Thema Störungsmanagement in der Logistik existiert. Das folgende Schaubild demonstriert die Abgrenzung zwischen Risiko- und Störungsmanagement und die einzelnen Phasen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5 Risiko- und Störungsmanagement im Verlauf (In Anlehnung an Macdonald, Corsi 2013)

Tröger, Alt (2011) unterscheiden hingegen das Risikomanagement in reaktiv und präventiv, wodurch sich dieser Ansatz deutlich von Wappler (2017) unterscheidet. Während das Risikomanagement das Supply Chain Management auf der operativen Ebene reaktiv unterstützt, hilft es auf der taktischen und strategischen Ebene präventiv. Außerdem wird unterschieden zwischen den Risikotypen Abweichung, Störung und Katastrophe, wobei auf den Typus Katastrophe nicht mehr angemessen reagiert werden kann (Tröger, Alt 2011, S. 117f). Zur Veranschaulichung des Sachverhalts dient folgende Grafik.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 6 Einsatz des Risikomanagements (Tröger, Alt 2011)

2.4. Lagerbestandsmanagement

Da das Thema Lagerbestandsmanagement im eigenen Ansatz einen besonderen Stellenwert erhält, kommt diesem Unterkapitel eine erhöhte Aufmerksamkeit zuteil. Deshalb wird es auch in vier weitere Unterabschnitte gegliedert. Zunächst werden wesentliche Aufgaben des Lagerbestandsmanagements betrachtet. Daraufhin folgen ausgewählte Aspekte der Wirtschaftlichkeit des Lagerbestandsmanagements. Für die Modellierung in Kapitel 4 besonders wichtig ist das Verständnis für die Melde- und Sicherheitsbestände, dem die Bestellregeln vorausgehen, sowie die Typen der Lagerplatzverwaltung, die das Unterkapitel abschließen.

2.4.1 Aufgaben des Lagerbestandsmanagements

Zentrale Aufgabe des Lagerbestandsmanagements ist, Bestellmengen und Bestellzeitpunkte sinnvoll festzulegen. Dabei müssen die jeweiligen Betriebe mengenund termingerecht mit Materialien versorgt werden (Gleißner, Femerling 2008, S. 88f). Kettner (1984) definiert fünf Hauptfunktionen der Lagerhaltung, die jedoch nicht alle für jedes Unternehmen relevant sind, wie folgt:

- Sortierfunktion: Umsortieren von großen Losen zu verbrauchsgerechten Einheiten,
- Sicherheitsfunktion: Schutz vor Lieferausfällen, zum Beispiel bei Streiks oder Katastrophen,
- Spekulationsfunktion: Zeitüberbrückung, in der Hoffnung, dass das zu lagernde Objekt an Wert steigt, beispielsweise Gold,
- Veredelungsfunktion: Durch Reifeprozess soll die Qualität der Ware erhöht werden, zum Beispiel bei Whisky oder Wein,
- Ausgleichsfunktion: zeitlicher Ausgleich von Liefer- und Verbrauchsmengen, von Produktion und Nachfrage und von Losgrößen und Bearbeitungszeiten.

Die Ausgleichsfunktion begründet auch, warum das Thema Lagerbestandsmanagement für diese Arbeit so wichtig ist. Es wird davon ausgegangen, dass die Lagerhaltung bei der Modellierung im vierten Kapitel ebenfalls berücksichtigt werden muss. Denn es liegt die Vermutung nahe, dass ein potenzieller Kunde eine verspätete Lieferung gerade wegen der Ausgleichsfunktion der Lagerhaltung kompensieren kann. Solange also ein Kunde genügend Einheiten eines Guts lagert, entstehen ihm auch noch keine Nachteile für eine verzögerte Lieferung.

2.4.2 Wirtschaftlichkeit des Lagerbestandsmanagements

Ein weiterer wichtiger Gesichtspunkt des Lagerbestandsmanagements ist die Wirtschaftlichkeit der Lagerhaltung. Das heißt, sowohl Bestellmengen als auch Bestellzeitpunkte sind stets so zu wählen, dass die Kosten unter der Berücksichtigung der Rahmenbedingungen minimiert werden (Inderfurth, Jensen 2008, S. 154). Dazu sind die Kosten, die vom Lager verursacht werden, zum Beispiel Betriebs- oder Kapitalbindungskosten, den Kostenvorteilen der Lagerhaltung wie höhere Materialverfügbarkeit, gegenüberstellen.

Ein weiterer wesentlicher Punkt, um die Wirtschaftlichkeit der Lagerhaltung sicherzustellen, ist die optimale Bestellmenge. Das folgende Diagramm zeigt die grafische Ermittlung.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 7 Kostenverlauf (In Anlehnung an VDI 2691)

Dabei steht KL für die Lagerhaltungskosten und KB für die Bestellkosten. Da die Lagerhaltungskosten bei einer größer werdenden Bestellmenge linear steigen und die Bestellkosten annähernd logarithmisch fallen, resultiert die Kurve für die Gesamtkosten KG. Der globale Tiefpunkt dieser Kurve zeigt demnach die optimale Bestellmenge b an (Arnold, Furmans 2009, S. 173f).

Dieser Sachverhalt lässt sich auch rechnerisch zeigen. Wie schon bekannt, bestehen die Gesamtkosten KG aus den Bestellkosten KB und den Lagerkosten KB:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Setzt man nun Kb und KL in die erste Formel ein und sucht das Minimum, erhält man die optimale Losgröße b (ebd., S. 174).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Folgende Abbildung zeigt den Lagerbestandsverlauf im einfachsten Lagerhaltungsmodell.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 8 Lagerbestandsverlauf im einfachsten Fall (In Anlehnung an Arnold, Furmans 2009)

Die y-Achse zeigt den aktuellen Lagerbestand und die x-Achse die Zeit. Dabei symbolisiert b die zuvor berechnete optimale Bestellmenge. Erreicht die Kurve die x- Achse, sprich das Lager wird leer, so wird ein Bestellprozess ausgelöst und das Lager wieder vollständig aufgefüllt. In dem Modell geht man davon aus, dass der Lagerbestandsverlauf absolut gleichm äß ig ist und die Liefertermine stets pünktlich eingehalten werden. Auf diese Weise lässt sich der „Sägezahnverlauf“ erklären. Folgende Störungen sorgen jedoch dafür, dass dieser glatte Verlauf in der Regel nicht der Realität entspricht:

- Schwankungen im Verbrauch,
- Schwankungen bei der Liefermenge,
- Änderungen der Liefertermine,
- Variable Sicherheitsbestände, um Fehlmengen zu kompensieren (ebd.).

2.4.3 Bestellregeln, Melde- und Sicherheitsbestände

Der letzte Punkt des vorherigen Unterkapitels, Sicherheitsbestände, wird später noch besonders wichtig, weshalb er an dieser Stelle etwas näher betrachtet wird. Zunächst ist es jedoch erforderlich, ein Verständnis über die möglichen Bestellregeln zu haben. Diese legen fest, wann und in welchem Umfang Bestellvorgänge ausgelöst werden sollen. Es existieren also die beiden Kriterien Bestellzeitpunkt und Bestellmenge. Beide können sowohl fix als auch variabel sein, wodurch vier mögliche Bestellstrategien entstehen (Heiserich, Helbig, Ullmann 2011, S. 147f). In der folgenden Darstellung steht der erste Buchstabe für den Bestellzeitpunkt und der zweite für die Bestellmenge.

(T,S)-Regel: Das T bedeutet, dass stets nach einem gleichlangen Zeitzyklus der Länge T ein Bestellvorgang ausgelöst wird, ungeachtet des aktuellen Lagerbestands. Das S wiederum besagt, dass immer bis zur Bestellgrenze S aufgefüllt wird. Das heißt, es wird keine fixe Menge bestellt, sondern die Differenz zwischen Bestellgrenze und aktuellem Lagerstand. Damit ist bei dieser Regel der Bestellzeitpunkt fix und die Bestellmenge variabel.

(s,Q)-Regel: Hier ist es genau andersrum. Der Bestellzeitpunkt ist variabel und die Bestellmenge hingegen fix. Das s symbolisiert den Meldebestand. Wird dieser unterschritten, wird ein Bestellvorgang ausgelöst. Somit können die Zeitabstände zwischen den Bestellungen unterschiedliche Längen aufweisen. Das Q (Englisch: quality) besagt, dass stets die gleiche Menge bestellt wird, unabhängig davon, wie groß der Lagerbestand aktuell ist. Deshalb sind Strategien mit fixer Bestellmenge auch nur für Waren mit regelmäßigem Verbrauch sinnvoll.

(s,S)-Regel: Die (s,S)-Regel ist die flexibelste aller vier Regeln, da sowohl Bestellmenge als auch Bestellzeitpunkt variabel sind. Ist der Meldebestand s erreicht, wird so viel nachbestellt, dass bis zur Bestellgrenze S aufgefüllt wird.

(T,Q)-Regel: Diese Regel ist sehr starr, da Bestellmenge und Bestellzeitpunkt fix sind. Es kann also in keiner Weise auf Schwankungen reagiert werden. Daher kommt sie in der Praxis nicht in Betracht (ebd.). Die nachstehende Tabelle veranschaulicht diese vier Bestellregeln.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 2 Die vier Bestellregeln (In Anlehnung an Heiserich, Helbig, Ullmann 2011)

Da der Meldebestand bekannt ist, ist es nun ein Leichtes zu verstehen, was der Sicherheitsbestand bedeutet. Wie bereits erwähnt, wird eine Bestellung ausgelöst, wenn das Lager den Meldebestand unterschreitet. Bis die neue Lieferung jedoch eintritt, vergeht eine gewisse Zeit. Dies wird auch bewusst in Kauf genommen und stellt kein Problem dar. Der Sicherheitsbestand jedoch darf niemals unterschritten werden. Er liegt also immer unter dem Meldebestand. Der Sicherheitsbestand stellt somit eine Art kritische Schwelle dar, die unter allen Umständen überschritten sein muss, da sonst negative Folgen für den Betrieb entstehen können (ebd.). Da dieser Aspekt besonders wichtig ist, wird er auch in der Modellierung im späteren Verlauf der Arbeit wieder aufgegriffen.

2.4.4 Typen der Lagerplatzverwaltung

Der letzte Aspekt des Lagerbestandsmanagements, der für diese Arbeit wichtig ist, ist die Lagerplatzverwaltung. Es genügt jedoch, die beiden grundlegenden Fälle schlichtweg zu kennen.

Die erste Möglichkeit ist die feste Zuordnung von Artikeln und Lagerplätzen. Das heißt, dass gleichartige Waren und Rohstoffe nur an jenen Lagerplätzen gelagert werden dürfen, die dafür auch vorgesehen sind. Ist zum Beispiel das Lager für den Rohstoff Eisen vollständig gefüllt und eine weitere Lieferung Eisen trifft ein, so ist es nicht möglich, diesen Rohstoff im Halbfertigteillager zwischenzulagern. Das Eisen dürfte in dieser Situation also nicht eintreffen (Bichler u. a. 2010, S. 147).

Die freie Wahl der Lagerplätze stellt die zweite Lagermöglichkeit dar. Sie wird auch dynamische oder chaotische Lagerplatzverwaltung genannt. Diese lässt zu, dass sich verschiedene Läger „gegenseitig ausgleichen“. Im oberen Beispiel wäre es demnach möglich, das zu viel gelieferte Eisen vorübergehend in einem anderen Lager zwischenzulagern. Die Lieferung wäre dabei also nicht zu verweigern (ebd.). Dieser Aspekt wird in der späteren Modellierung noch wichtig.

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