Konzepte der Industrie 4.0. Optimierung der Intralogistik in der Automobilindustrie

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitung
1.1 Motivation
1.2 Zielsetzung und Aufbau
1.2.1 Zielsetzung
1.2.2 Aufbau

2 Stand der Forschung und Technik
2.1 Angewandte Methoden und Verfahren
2.2 Identifikations- und Kommunikationssysteme in der Logistik
2.2.1 Barcode
2.2.2 RFID
2.2.3 WLAN
2.3 Kommissionierung
2.3.1 Kommissionierungsstrategien
2.3.2 Kommissionierungstechniken
2.4 Innerbetriebliche Transportmittel und -systeme
2.4.1 Stapler
2.4.2 Schleppzug
2.4.3 Fahrerloses Transportsystem
2.5 Wichtige Begriffe und logistische Prozesse eines Automobilherstellers
2.5.1 Transportkonzepte
2.5.1.1 Direkttransporte
2.5.1.2Milk-Run
2.5.1.3 Sammelguttransporte
2.5.2 Operative Bereiche und Prozesse
2.5.3 Prinzip einer Perlenkette
2.5.4 Behältermanagement in der Automobilbranche

3 Industrie 4.0, Logistik 4.0 und Intralogistik 4.0
3.1 Entwicklung der Industrie
3.2 Industrie 4.0
3.2.1 Voraussetzungen zur Einführung von Industrie 4.0
3.2.2 Big Data und Echtzeitdaten
3.2.3 Cyber-physische Systeme
3.2.4 Internet der Dinge
3.2.5 Augmented Reality
3.3 Logistik 4.0 und Intralogistik 4.0
3.3.1 Die Intralogistik in der Gesamtlogistik eines Automobilherstellers und deren Steuerung
3.3.2 Logistik 4.0 und Intralogistik 4.0

4 Ausgewählte Bereiche aus der Intralogistik
4.1 Ausgangszustand des Wareneingangs
4.1.1 Prozesse
4.1.2 Herausforderungen des Wareneingangs
4.2 Kommissionierung und Materialbereitstellung in der Montage
4.2.1 Prozesse
4.2.2 Herausforderungen in der Kommissionierungszone und des Transports mit Materialbereitstellung in der Montage

5 Konzepte zur Optimierung ausgewählter Bereiche mit Methoden der Industrie 4.0
5.1 Optimierung der Prozesse im Wareneingang
5.1.1 Konzept 1
5.1.2 Konzept 2
5.1.3 Vergleich und Bewertung der Konzepte
5.2 Kommissionierung und Materialbereitstellung in der Montage
5.2.1 Konzept 1
5.2.2 Konzept 2
5.2.3 Vergleich und Bewertung der Konzepte

6 Zusammenfassung und Ausblick

7 Literaturverzeichnis

Kurzfassung

Industrie 4.0 gilt als Synonym für die zukünftige technologische Entwicklung der Produktion und Logistik. Der Begriff Industrie 4.0 hat seinen Ursprung in Deutsch- land. Die Automobilindustrie besitzt einen großen Anteil am Erfolg der deutschen Wirtschaft. Die vorliegende Bachelorarbeit entwirft Konzepte, wie ausgewählte intralogistische Prozesse eines Automobilherstellers durch Anwendung von Technologien aus der Industrie 4.0 verbessert werden können. Zur Prozessaus- wahl werden Prozessbereiche innerhalb der Intralogistik definiert und hinsichtlich ihres Optimierungspotentials analysiert. Die Konzepte werden anschließend mit- einander verglichen und bewertet

Abstract

The fourth industrial revolution appears as a synonym of technological evolution in production and logistics. Industry 4.0 has its origin in Germany. The automotive industry has high impacts regarding the success of the german economy. This thesis deals with concepts, which illustrate, how selected processes of the intralo- gistics of a german automotive manufacturer can be improved by implementing technologies of the fourth industrial revolution. These processes will be selected by an analysis considering improvements in defined sectors within intralogistics. The concepts will be compared to each other and evaluated subsequently

Abbildungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1 VDA-Standard-Transportlabel

Abbildung 2 RFID-Transponder

Abbildung 3 Varianten unterschiedlicher Lesegeräte

Abbildung 4 Übersicht der WLAN-Funktion

Abbildung 5 Übersicht der Kommissionierungsstrategien

Abbildung 6 Schleppzug der Volkswagen AG

Abbildung 7 Fahrerloses Transportfahrzeug der Volkswagen AG

Abbildung 8 Übersicht gängiger Transportkonzepte in der Automobilindustrie

Abbildung 9 Darstellung der Funktionsbereiche und deren Beziehungen

Abbildung 10 Prinzip einer Perlenkette

Abbildung 11 Entwicklungsstufen der Industrie

Abbildung 12 Struktureller Vergleich der industriellen Revolutionen

Abbildung 13 Bausteine der Industrie 4.0

Abbildung 14 Übersicht der Logistik eines Automobilherstellers

Abbildung 15 Steuerungspyramide in der Intralogistik

Abbildung 16 Übersicht der intralogistischen Prozessbereiche

Abbildung 17 Entscheidungsmatrix zur Bewertung und Auswahl der zu optimierenden Prozesse

Abbildung 18 Auswertung in einem Prozessportfolios

Abbildung 19 Überblick über einen allgemeinen Wareneingangsprozess

Abbildung 20 Beispiellayout eines Wareneingangs mit Pufferlager

Abbildung 21 Bedeutung der Buchungsfehler im Wareneingang auf nächstgelegene Prozesse

Abbildung 22 Überblick des Ablaufs von der Kommissionierungszone bis zur Materialbereitstellung in der Montage

Abbildung 23 Beispiellayout der Materialbereitstellung in der Montage mit Materialien aus der Kommissionierungszone

Abbildung 24 Aufbau eines Smart Grids zur Trennung nach Lagerbereich

Abbildung 25 Layout des Wareneingangskonzepts I

Abbildung 26 Prozessablauf des Wareneingangskonzepts 1

Abbildung 27 Layout des Wareneingangskonzepts II

Abbildung 28 Prozessablauf Wareneingangskonzept 2

Abbildung 29 Aufteilung der Kriterien in der Gesamtgewichtung

Abbildung 30 Prioritätenanalyse zur Gewichtsverteilung der Herausforderungen im Wareneingang

Abbildung 31 Layout des Konzepts 1

Abbildung 32 Prozessablauf des Konzepts 1

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 33 Layout Konzept 2

Abbildung 34 Prozessablauf Konzept 2

Abbildung 35 Aufteilung der Kriterien in der Gesamtbewertung

Abbildung 36 Prioritätenanalyse zur Gewichtsverteilung der Herausforderungen in der Kommissionierungszone und der Materialbereitstellung in der Montage

Abbildung 37 Nutzwertanalyse zu Prozessbereich 3

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1 Frequenzbereiche von RFID und deren Auswirkung

Tabelle 2 Erläuterung typischer Kommissionierungstechniken in der Automobilherstellung

Tabelle 3 Übersicht der Prozessbereiche

Tabelle 4 Zusammenfassung der Herausforderungen im Wareneingang

Tabelle 5 Zusammenfassung der Herausforderungen in der Kommissionierungszone und Materialbereitstellung in der Montage

Tabelle 6 Vergleich der Szenarien im Wareneingang

Tabelle 7 Nutzwertanalyse Wareneingang

Tabelle 8 Vergleich der Szenarien

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

1.1 Motivation

Als Konsequenz der Globalisierung und dem damit verbundenen Wettbewerbs- druck drängt sich das Streben nach Prozessoptimierung und Kosteneinsparung immer weiter in den Vordergrund. Standorte wie Deutschland, die von hohen Kosten geprägt werden, sind auf technologische Entwicklungen und Anwendun- gen fokussiert. Deutsche Automobilhersteller unterliegen einem anspruchsvollen Wettbewerb auf internationaler Ebene. Der Erfolgsfaktor, durch Outsourcing Lohnkosten zu reduzieren, leistet für ein Unternehmen nur noch befriedigende Ergebnisse. Kundenwünsche werden immer anspruchsvoller hinsichtlich Modell- und Ausstattungsvarianten sowie einer zeitnahen Auslieferung der Fahrzeuge (vgl. Klug 2010). Unternehmen sind gezwungen, ständige Verbesserungen Ihrer Prozesse durch Erweiterung und Einführung neuer Technologien und Methoden zu gewährleisten.

Industrie 4.0 stellt einen Trend dar, der sowohl in der Literatur als auch auf Fach- messen mit Inhalten zu Produktion und Logistik auftaucht. Für die Automobilin- dustrie, in der transparente Prozesse und eine hohe Automatisierung bei einer enormen Anzahl an Varianten eine wichtige Rolle spielen, bringen Methoden und Technologien aus dem Bereich der Industrie 4.0 Vorteile zur Wettbewerbsfähig- keit.

Während unter dem Begriff der Industrie 4.0 im engeren Sinne eine intelligente Form einer autonomen und vernetzten Produktion assoziiert wird, können typi- sche Anwendungen auch auf andere Bereiche übertragen werden. Die Logistik bietet diesbezüglich Anwendungsmöglichkeiten. Sie muss sowohl materialfluss- technisch als auch in der ständigen Materialverfügbarkeit präsent und effizient sein, um die Herausforderungen einer Produktion zu erfüllen. Dabei stellt sich die Frage, wie muss die Logistik gestaltet werden, um eine im Rahmen der Industrie 4.0 aufgestellte Produktion zu versorgen. Diese Problematik kann aber auch aus einem anderen Blickwinkel betrachtet werden. Hierbei steht im Mittelpunkt, wie Konzepte der Industrie 4.0 in Bereiche der Logistik übertragen werden können, um diese effizienter zu gestalten. Die Intralogistik stellt ein potentielles Anwen- dungsgebiet für derartige Konzepte dar. Die Intralogistik ist erfolgreicher Bereich der Logistik, bei dem jährlich hohe Umsätze erzielt werden (vgl. Michael ten Hompel 2015). Die Intralogistik bietet Potential, durch Technologien und Methoden der Industrie 4.0 optimiert zu werden.

Die Bachelorthesis stützt sich neben Gedanken aus der Literatur auch auf Inhalte aus praktischer Erfahrung. Diese Erfahrung stammt aus Werkstudententätigkeiten bei einem deutschen Automobilhersteller.

1.2 Zielsetzung und Aufbau

1.2.1 Zielsetzung

Die Arbeit soll Industrie 4.0 auf die Intralogistik eines Automobilherstellers übertragen. Die Thesis verfolgt das Ziel, Konzepte für ausgewählte Bereiche aus der Intralogistik eines Automobilherstellers zu entwickeln, wie deren Prozesse mit Technologien aus der Industrie 4.0 optimiert werden können. Mit der Durchführung einer Analyse werden die Teilbereiche der Intralogistik identifiziert, die das höchste Optimierungspotential bieten.

1.2.2 Aufbau

Die Bachelorthesis gliedert sich in drei Abschnitte. Der erste Teil der Arbeit be- schreibt den allgemeinen Theorieteil. Hier werden zunächst von der Arbeit ver- wendete Methoden vorgestellt und wichtige Begriffe und Definitionen aus der Lo- gistik sowie aus der Automobilindustrie geklärt. In einem weiteren Abschnitt wird die Abgrenzung der Begrifflichkeiten Industrie 4.0, Logistik 4.0 und Intralogistik 4.0 betrachtet. Dabei geht die Thesis genauer auf intralogistische Abläufe eines Automobilherstellers ein. Im dritten Abschnitt werden aus der Gesamtheit der im zweiten Abschnitt beschriebenen Bereiche Prozesse selektiert, die genauer hin- sichtlich ihrer Herausforderungen analysiert werden. Aufbauend auf dieser Ana- lyse werden unterschiedliche Konzepte vorgestellt, miteinander verglichen und bewertet.

2 Stand der Forschung und Technik

In diesem Kapitel wird auf in der Arbeit angewandte Methoden und Verfahren eingegangen werden. Zudem werden wichtige Begrifflichkeiten aus der Logistik und der Automobilindustrie genauer erläutert.

2.1 Angewandte Methoden und Verfahren

Aktivitätsdiagramme

Zur Prozessdarstellung werden aus der UML Aktivitätsdiagramme verwendet. Aktivitätsdiagramme ermöglichen eine übersichtliche Darstellung von Prozessen. Dabei werden im Wesentlichen folgende Notationselemente benötigt:

- Aktivitäten
- Aktionen
- Objektknoten
- Kontrollelemente

Eine Aktivität beschreibt die Gesamtheit der Prozesse und kann als System- grenze angesehen werden. Innerhalb dieser Grenze bilden Aktionen Abläufe in- des Gesamtprozesses. Aktionen werden als abgerundete Rechtecke dargestellt. Objektknoten bilden den In- oder Output für Aktionen. Jeder Aktion kann ein Ob- jektknoten als Input vorausgesetzt sein und gleichzeitig nach Durchführung der Aktion kann der Objektknoten das Ergebnis beinhalten. Aktivitätsdiagramme kön- nen zudem durch Kontrollelemente parallele Prozesse abbilden oder nach einem Entscheidungskriterium aufteilen. Die verschiedenen Objekte werden mit gerich- teten Kanten verbunden.

Entscheidungsmatrix

Eine Entscheidungsmatrix wird angewendet, wenn unter Berücksichtigung unter- schiedlicher Kriterien bestimmte Konzepte oder Bereiche durch Bewertung der Kriterien in den Bereichen ausgewählt werden. Die Arbeit nutzt eine Entschei- dungsmatrix, um die Gesamtheit intralogistischer Prozesse eines Automobilher- stellers auf selektierte Bereiche zu reduzieren. Dabei sollen die ausgewählten Bereiche das größte Potential zur Optimierung darstellen. In einer Entschei- dungsmatrix werden unterschiedliche Kriterien in den Spalten und die zu bewer- tenden Bereiche oder Objekte in den Zeilen dargestellt. Jedes Kriterium wird zei- lenweise auf die Bereiche oder Objekte mit einer Wertung eingetragen. Die Wer- tung kann von einer Skala von eins bis zehn sein. Die Bereiche, die zeilenweise summiert die höchsten Ergebnisse erzielen, bilden die optimale Auswahl (vgl. Iltis GmbH).

Prozessportfolio

Ein Prozessportfolio wird zur übersichtlichen Darstellung eingesetzt, bei der er- sichtlich wird, welche Bereiche oder Objekte unter Berücksichtigung bestimmter Kriterien exponieren. Dabei ist es wichtig, dass das Prozessportfolio nur eine ge- wisse Anzahl an Kriterien beinhaltet. In dieser Arbeit wird das Portfolio unter Ein- fluss von zwei unterschiedlichen Kriterien verwendet. Die Darstellung erfolgt in Form eines Koordinatensystems, in dem die X- und Y-Achse jeweils ein Kriterium bilden. Je weiter die Bereiche oder Objekte vom Nullpunkt entfernt sind, desto mehr erfüllen sie das Kriterium. In diesem Fall beinhaltet der erste Quadrant des Koordinatensystems die wichtigsten Bereiche oder Objekte.

Nutzwertanalyse

Mit Hilfe einer Nutzwertanalyse können beispielsweise unterschiedliche Kon- zepte unter Berücksichtigung definierter Kriterien bewertet werden. Die Kriterien erfüllen dabei zusammen eine Gesamtgewichtung von 100 Prozent. Jedes ein- zelne Kriterium wird mit einem bestimmten Anteil an der Gesamtgewichtung mit in die Bewertung eingehen. Somit erhält jedes Kriterium seinen Wert, der die Ge- samtbewertung der Konzepte beeinflusst. Dabei wird jedes Kriterium mit einem bestimmten Wert im Konzept bewertet, der sich aus dem Maß der Erfüllung des Kriteriums im jeweiligen Konzept bildet. Die Gewichtung des Kriteriums wird mit dem Erfüllungsgrad des Kriteriums im Konzept multipliziert und über alle Kriterien hinweg aufsummiert. Eine Nutzwertanalyse kann zur Bestimmung des besten Konzeptes oder zur Bildung von Prioritäten verwendet werden (vgl. Bunderminis- terium des Innern).

Die Kriterien, die Gewichtung der Kriterien und die Bewertung der Kriterien kön- nen in einer Nutzwertanalyse subjektiv bewertet werden. Um ein geeignetes Er- gebnis zu erzielen werden die Kriterien häufig in einer Gruppe beispielsweise von Experten ausgewählt und bewertet. Eine solche konsolidierte Meinung von Ex- perten findet im Rahmen der Bachelorarbeit nicht statt. Die Faktoren wurden sub- jektiv aus Erfahrungswerten bewertet. Um die Gewichtung in der Nutzwertana- lyse zu plausibilisieren, wird eine Prioritätenanalyse herangezogen.

Prioritätenanalyse

Die Prioritätenanalyse dient zur Identifizierung einer Rangfolge unterschiedlicher Kriterien. Sie ist so aufgebaut, dass die Kriterien jeweils in der gleichen Reihen- folge in den Zeilen und Spalten gelistet sind. Die Kriterien werden bei der Gegen- überstellung zu jedem anderen Kriterium mit einem Bewertungssystem von null bis zwei bewertet. Dabei wird entschieden, ob beispielsweise Kriterium A wichti- ger als Kriterium B ist. Die Null gibt wieder, dass Kriterium A gegenüber Kriterium B weniger wichtig ist, die Eins bedeutet ein Gleichgewicht und die Zwei verdeut- licht, dass Kriterium A wichtiger als Kriterium B ist. Bei der Auswertung werden die Werte der Kriterien in der Zeile summiert. Diese Summe wird im Folgenden Ergebnis genannt. Die Gewichtung je Kriterium bildet sich dann aus dem Quoti- enten des Zeilenwertes je Kriterium und der Summe der unterschiedlichen Er- gebnisse (vgl. Bunderministerium des Innern). Die Gegenüberstellungen der Kri- terien werden aus Erfahrungswerten subjektiv bewertet. Sie bieten aber durch die Gegenüberstellung jedes Kriteriums mit jedem anderen Kriterium eine gute Vergleichsbasis zu den Gewichtungswerten der Nutzwertanalyse.

2.2 Identifikations- und Kommunikationssysteme in der Logistik

In der Logistik sind unterschiedliche Identifikations- und Kommunikationssysteme von Bedeutung. Dabei spielen vor allem AutoID-Systeme eine Rolle. Das Kapitel beinhaltet aktuelle Methoden und Technologien.

2.2.1 Barcode

Der Barcode entwickelte sich zu einem ausgeprägten Standard mit weltweitem Bekanntheitsgrad. Eindimensionale Barcodes bestehen aus der Abwechslung von weißen und schwarzen Balken, die je nach Abfolge und Stärke der Balken unterschiedliche Informationen beinhalten können. Die bekannteste Form des Barcodes bildet die European Article Number. Die EAN kann Informationen wie Artikelnummer, Bezeichnung, Mengen, etc. abbilden. Es können keine Informa- tionen überschrieben oder aufgenommen werden. Neben den eindimensionalen Barcodes existieren auch mehrdimensionale Formen. Beispielsweise weisen 2D- Barcodes eine höhere Informationskapazität als der Strichbarcode auf. Sie sind auch vorteilhafter einsetzbar, da sie weniger Fläche als Informationsträger auf dem angebrachten Gegenstand benötigen. Für die Lesbarkeit mehrdimensiona- ler Barcodes werden kostenintensivere Barcodescanner notwendig (vgl. Klug 2010).

Ein Beispiel für die Verwendung von Barcodes stellen die GTL dar. Die Global Transport Label sind nach VDA als Standardlabels deklariert und enthalten Infor- mationen zur Warensendung wie Ladungsträger, Ladeeinheit, Lieferant, Spedi- teur und bei Vollgutlieferungen die Teilenummern mit beinhalteter Menge. Abbil- dung 1 zeigt dazu eine mögliche Darstellung des genannten Labels (vgl. Klug 2010).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1 VDA-Standard-Transportlabel (Klug 2010, S. 236)

2.2.2 RFID

Die RFID-Technologie ermöglicht Transparenz im Materialfluss und Effizienz in der Warenidentifikation oder der Ortung. Die Anwendung von RFID bietet Poten- tial, Prozesszeiten zu verkürzen und die gleichzeitige Erfassung eines großen Informationspools effektiv zu bewältigen. Die Radio-Frequency-Identification- Technologie arbeitet mitTranspondern, auf denen Informationen und Daten ge- speichert, überschrieben oder ausgelesen werden können. Als Kommunikations- mittel dient eine Funkübertragung (vgl. Schenk 2015). Neben reinen Identifikati- onsanwendungen gestaltet sich RFID auch in Zusammenarbeit mit Sensorik als Mittel zur Überwachung von Zuständen. Hier können echtzeitähnliche Übertra- gungen stattfinden (vgl. Matthias Lampe, Christian Flörkemeier 2005).

Im Folgenden wird auf die Komponenten von RFID und auf die Funktionsweise eingegangen. Für oben genannten Anwendungen sind drei wichtige Bestandteile zu nennen:

- Rechner
- Lese-/Schreibgerät mit Kopplungseinheit
- RFID-Transponder

Der Rechner dient als Modul zur Erfassung der Lesedaten und als Auftraggeber zum Überschreiben der Daten auf dem Transponder. Bei Transpondern wird zwischen verschiedenen Aktivitäten unterschieden:

- Aktive Transponder: Nutzung einer internen Batterie zur Betreibung des Mikrochips sowie zum Senden der Daten
- Semi-aktive Transponder: Nutzung einer internen Batterie zur Versorgung des Mikrochips. Daten werden mit Hilfe der Energie des Feldes des Lese- gerätes gesendet.
- Passive Transponder: Nutzung der Energie des Feldes des Lesegeräts zum Betrieb des Mikrochips sowie zum Senden der Daten.

Jeder Transponder ist mit einem zur Speicherung von Daten nötigen Mikrochip ausgestattet und verfügt als Kopplungseinheit eine Antenne oder Spule. Bei sogenannten Smart-Labels sind die Komponenten eines Transponders auf einer Klebefolie angebracht. Andere Formen eines integrierten Transponders findet man als Chipkarte oder bei in Kunststoffen integrierte Varianten. Diese besitzen vor allem den Vorteil der Resistenz gegenüber Umwelteinflüssen wie Verschmutzungen (vgl. Matthias Lampe, Christian Flörkemeier 2005).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2 RFID-Transponder (Matthias Lampe, Christian Flörkemeier 2005, S. 71)

Über das Lesegerät findet die Informationsübertragung von Transpondern an den Rechner oder bei Datenüberschreibungen vom Rechner an den Transponder statt. Als Lesegeräte kommen je nach Anwendungsziel unterschiedliche Varian- ten in Frage:

- Mobiles Lesegerät  Gates
- Tunnelleser

Die genannten Formen befinden sich zur Veranschaulichung in folgender Abbil- dung:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3 Varianten unterschiedlicher Lesegeräte (Matthias Lampe, Christian Flörkemeier 2005, S.72)

Die RFID-Technologie unterscheidet zwischen verschiedenen Sendefrequenzen und Entkopplungsarten, die von der nötigen Lesereichweite abhängig sind. Folgende Tabelle bringt die genannten Kriterien in Einklang:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1 Frequenzbereiche von RFID und deren Auswirkung (in Anlehnung an Matthias Lampe, Christian Flörkemeier 2005, S.78)

2.2.3 WLAN

Wireless Local Area Network beschreibt eine lokale drahtlose Verbindung eines Objektes mit dem Internet oder eines internen Systems. Im Bereich der Intralo- gistik wird WLAN beispielsweise als Verbindung von Gabelstaplern oder mobile Datenerfassungsgeräte mit dem Warenwirtschaftssystem verwendet. Um eine WLAN-Verbindung zu erzeugen werden WLAN-fähige Geräte sowie ein WLAN- Router als Access-Point benötigt (vgl. TUP-Redaktion 2013). Neben Übertra- gungs- und Datentransferfunktionen kann das WLAN-Signal zu Ortungszwecken beitragen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4 Übersicht der WLAN-Funktion (TUP-Redaktion 2013)

2.3 Kommissionierung

Unter Kommissionierung versteht man das Zusammenstellen von bestimmten Materialien und Teilen beispielsweise bezogen auf Bedarfe in der Produktion. In der Automobillogistik ordnet sich die Kommissionierung aufgrund der hohen Va- riantenvielfalt existierenden Teilen als sehr komplexes Glied in die Intralogistik ein. Dabei müssen unterschiedliche Kommissionierungsstrategien und -techni- ken richtig gewählt werden, damit eine Materialunterversorgung in der Montage vorgebeugt werden kann und sich dort keine Übermengen an Materialien befin- den. Unter einer Kommissionierungsstrategie versteht man die Auswahl des Kommissionierungsprinzips. Kommissionierungstechniken verfolgen die Art- und Weise und somit das Mittel zur Kommissionierung. Die Leistung einer Kommis- sionierung hängt von folgenden Parametern ab (vgl. Klug 2010):

- Kommissionierungsstrategie

- Kommissionierungstechnik

- Einsatz von Transportmitteln

- Artikelgrößen und deren Gewicht  Artikelvielfalt

- IT-technischer Support

2.3.1 Kommissionierungsstrategien

Welche Kommissionierungsstrategien am effektivsten ist, zeigt sich in der direkten Abhängigkeit von der Menge der Auftragspositionen sowie der Anzahl am Artikelsortiment. Nachfolgende Abbildung zeigt die möglichen Kommissionierungsstrategien abhängig von den genannten Parametern:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5 Übersicht der Kommissionierungsstrategien (in Anlehnung an Klug 2010, S.193) Unter einer statischen Kommissionierung versteht man den Vorgang, dass ein Mitarbeiter Artikel direkt aus dem Lager entnimmt. Der Mitarbeiter begibt sich zur Ware, daher spricht man von einer Mann-zur-Ware-Kommissionierung (MzW). Die dynamische Kommissionierung beschreibt, dass die Materialien in einem La- dungsträger automatisch ausgelagert und von einem Mitarbeiter an einem festen Platz kommissioniert werden. Dieser Vorgang wird als Ware-zum-Mann-Prinzip (WzM) bezeichnet. Zusätzlich wird in der Reihenfolge der Abarbeitung verschie- dener Kommissionieraufträgen unterschieden. Eine sequenzielle Auftragsbear- beitung setzt den Abschluss des Auftrages durch einen einzigen Mitarbeiter vo- raus, bevor der nächste Auftrag begonnen werden kann. Bei der parallelen Auf- tragsbearbeitung wird ein Auftrag von mehreren Mitarbeitern parallel kommissio- niert und konsolidiert (vgl. Klug 2010).

2.3.2 Kommissionierungstechniken

Kommissionierungstechniken beschreiben wie kommissioniert wird. Sie sind abhängig von unterschiedlichen Faktoren (vgl. Klug 2010):

- Menge und Varianz der Materialien
- Materialbereitstellungskonzept
- Verbindung des Materialflusses und des Warenwirtschaftssystems
- Kommissionierungsstrategie
- Sicherheit auf Fehlervermeidung bei der Kommissionierung
- Automatisierungsgrad

Nach Klug befinden sich vorwiegend drei unterschiedliche Kommissionierungstechniken im Vordergrund. Diese werden im Folgenden beschrieben.

Kommissionierungs-

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 2 Erläuterung typischer Kommissionierungstechniken in der Automobil- herstellung (Klug 2010, S.195f)

2.4 Innerbetriebliche Transportmittel und -systeme

Innerbetriebliche Transportmittel und -systeme sind wichtige Bestandteile des internen Transports. Durch sie werden Materialien bewegt und sie tragen signifikant zum Erfolg eines effizienten Materialflusses bei. Es wird zwischen verschiedenen Methoden unterschieden, die unter anderem von folgenden Faktoren abhängen (vgl. Klug 2010):

- Transportgut
- Menge
- Frequenz
- Strecke
- Logistiksysteme

Bei innerbetrieblichen Transportmitteln wird zwischen Stetig- (kontinuierliche Förderung des Guts) und Unstetigförderern (unterbrechende Förderung des Guts) unterschieden. Es existieren freie und flurgebundene Mittel. Im Weiteren werden wichtige Fördermittel und -systeme genauer erläutert.

2.4.1 Stapler

Stapler stellen eine der mobilsten und universal eingesetzten Mittel für innerbe- triebliche Transporte dar. Sie bewältigen Aufgaben der Aufnahme, des Hebens, des Transportierens, des Senkens und Abstellens unterschiedlicher Ladungsträ- ger im intralogistischen Umfeld. Hauptsächlich finden sie Anwendung beim Sta- peln und Entstapeln von Ladungsträgern sowie bei Be- und Entladevorgängen von LKWs im Wareneingang oder -ausgang. Stapler unterscheiden sich in der Antriebstechnik (Elektroantrieb, Verbrennungsmotor oder hybride Lösungen). Dabei können unter anderem in folgende Staplervarianten unterschieden wer- den:

- Handgabelhubwagen
- Elektrohubwagen (Ameise)
- Gegengewichtsstapler
- Schubmaststapler
- Seitenstapler

2.4.2 Schleppzug

Für sequenzielle Materialbereitstelltransporte auf größere Distanzen werden häufig Schleppzüge eingesetzt, die in bestimmten Intervallen Ladungsträger mit materiellem Inhalt an die Verbrauchsorte transportieren. Diese Transporte finden oftmals in Routenzügen statt. Bei einem Schleppzug handelt es sich um ein Transportmittel, bei dem zugleich mehrere Anhänger miteinander gekoppelt von einem Schlepper gezogen. Hier unterscheiden sich wie beim Stapler die Antriebe zwischen Elektromotoren, Verbrennungsmotoren und Hybridmotoren. Aufgabe des Schleppzuges ist die Materialversorgung und effektive Materialbereitstellung beispielsweise in der Montage eines Automobilherstellers. Der Schleppzugführer transportiert die Materialien im Sinne des Busprinzips. Hierbei werden die Mate- rialien nach festen Routen verteilt und gleichzeitig Leergut aus der Montage ent- fernt. Die Versorgung funktioniert somit in einem Behälteraustausch, bei dem der

Mitarbeiter das Leergut gegen einen vollen Ladungsträger austauscht. Durch getaktete Routentransporte entsteht ein Materialfluss, der zur kontinuierlichen Versorgung der Montage beiträgt. Die zu beladenen Materialien sind abhängig von der Auftragssteuerung in der Montage. Diese können somit bei jedem neuen Transport abweichen. Universal einsetzbare und flexible Anhänger sind eine wichtige Konsequenz einer Variantenreichen Fertigung. Folgende Abbildung zeigt einen Schleppzug der Volkswagen AG:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 6 Schleppzug der Volkswagen AG (Routenzug 2012)

Schleppzugkonzepte existieren auch als Lösung mittels eines fahrerlosen Trans- portfahrzeugs (FTF). Hier wird der manuell geführte Schlepper durch ein fahrer- loses Transportsystem (FTS) ausgetauscht. Das FTS wird im folgenden Kapitel genauer erläutert.

2.4.3 Fahrerloses Transportsystem

Bestandteile eines fahrerlosen Transportsystems sind ein FTF, ein Leit- und Na- vigationssystem zur zentralen Steuerung, die Installation von Warn- und Sicher- heitseinrichtungen und eine Energieversorgung. Es kann Transportaufträge selbstständig und ohne weitere manuelle Eingriffe ausführen. Häufig wird als Na- vigationstechnologie die Orientierung anhand von Linien auf dem Boden ange- wandt. Das FTF besitzt die Fähigkeit seiner Route durch Erkennung der Markie- rungen am Boden zu folgen (vgl. Michael ten Hompel, Volker Heidenblut 2011). FTS verfügen über periphere Einrichtungen zur Standortbestimmung, Lageer- mittlung und Datentransfers. Als flurgebundene Transportmittel besitzen FTF ei- nen automatisch gesteuerten Antrieb. Es besitzt Sensoren, die zur Umgebungs- wahrnehmung benötigt werden (vgl. Klug 2010). In der Logistik eines Automobil- herstellers werden FTS vor allem als Routenzüge zur Materialversorgung in der Montage und zu allgemeinen internen Materialtransporten verwendet. Es existie- ren neben klassischen FTF zum Transport von Ladungsträgern in Form von Rou- tenzügen auch Varianten eines FTF mit der Funktion eines Staplers (z.B. einer Ameise).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 7 Fahrerloses Transportfahrzeug der Volkswagen AG (autogramm 2012)

2.5 Wichtige Begriffe und logistische Prozesse eines Automobilherstellers

Dieses Kapitel beschreibt wichtige Begriffe und logistische Prozesse eines Automobilherstellers. Dabei werden unterschiedliche Transportkonzepte und die wesentlichen Bereiche in der Logistik eines OEM erläutert.

2.5.1 Transportkonzepte

Im Folgenden wird kurz auf typische Transportkonzepte aus der Automobilindustrie eingegangen. Abbildung 8 gibt einen Überblick über unterschiedliche Transportkonzepte, die in den nächsten Unterkapiteln erläutert werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 8 Übersicht gängiger Transportkonzepte in der Automobilindustrie (Klug 2010, S. 224)

2.5.1.1 Direkttransporte

Bei Direkttransporten wird das Material ohne weitere Umschläge direkt vom Lieferanten beim Hersteller angeliefert. Dieses Transportkonzept wird hauptsächlich bei einem hohen Liefervolumen verwendet. Die Anlieferungen erfolgen demnach auch in konstanten Abständen. Direkttransporte erfolgen typischerweise bei JIToder JIS-Konzepten. Hierbei werden die Lieferungen direkt vom Lieferanten in bedarfssynchronen Frequenzen angeliefert. Bei der Entladung erfolgt auch gleichzeitig die Beladung mit Leergut (vgl. Klug 2010).

2.5.1.2 Milk-Run

Der Begriff Milk-Run beschreibt ein Konzept der Transportlogistik, bei dem Wa- ren der Lieferanten gesammelt werden. Bei einem Milk-Run bestehen fixe Rou- ten zur Versorgung der Lieferanten mit Leergut und gleichzeitiger Abholung des Vollguts. Hierbei werden mehrere Lieferanten in einer Route zusammengefasst. Die Frequenzen und eingesetzten Fahrzeuge ergeben sich aus dem jeweiligen Transportvolumen und der Häufigkeit des Materialabrufs. Das Konzept eines Milk-Runs spielt auch in der internen Materialbereitstellung beispielsweise in der Montage eine wichtige Rolle.

Bei der Planung eines Milk-Runs müssen folgende Faktoren berücksichtigt wer- den:

- Transportvolumen und Konstanz der Lieferabrufe
- Geografische Lage der Lieferanten
- Frühester Abholzeitpunkt
- Spätester Anlieferzeitpunkt im Werk des Herstellers

Milk-Runs können nach Ende einer Tour direkt beim Hersteller enden oder über die Option eines Vor- und Hauptlaufs ausgeführt werden. Bei dem Vorlauf werden die Waren der unterschiedlichen Lieferanten im Direkttausch mit Leergut konsolidiert und über einen Umschlagspunkt im Hauptlauf koordiniert beim OEM angeliefert (vgl. Klug 2010).

2.5.1.3 Sammelguttransporte

Bei Sammelguttransporten erfolgt die Ausführung durch einen festen Ge- bietsspediteur. Das Konzept beruht auf einer gebrochenen Transportkette. Es können eine oder mehrere Stationen als Umschlagspunkte auftreten. Die Sen- dungen werden ähnlich wie bei einem Milk-Run bei den Lieferanten im Direkt- tausch mit Leergut gesammelt. Die Anlieferung beim OEM erfolgt durch einen Vorlauf und einem nachfolgenden Hauptlauf. Der Gebietsspediteur trägt hierbei die Verantwortung der Routenbildung und Konsolidierung (vgl. Klug 2010).

2.5.2 Operative Bereiche und Prozesse

Die logistische und fertigungstechnische Struktur eines Automobilherstellers hat sich im Laufe der Zeit so festgesetzt, dass die Bereiche einzelne Module der Ge- samtherstellung eines Fahrzeuges ergeben. Hintergrund hierfür bildet die kom- ponentenweise Splittung der einzelnen Bauteile. So werden beispielsweise im Normalfall - sofern nicht durch einen Lieferanten abgedeckt - Motoren, Karosse- rien mit anschließender Lackierung, Bug- und Heckverkleidungen, Türen, Ach- sen, Cockpitkomponenten sowie Sitze und Bezüge jeweils separat als Modulele- ment gefertigt und montiert. In der Endmontage werden diese Elemente zusam- mengeführt und mit der lackierten Karosse montiert. Dabei spielt es eine wichtige Rolle, dass diese Bereiche nicht zentralisiert sind sondern dezentral fungieren (vgl. Klug 2010).

Prinzipiell hat jeder dieser Bereiche eigene Wareneingänge, in denen die Mate- rialien beziehungsweise vorgefertigten Baugruppen in Just-in-time oder Just-in- sequence-Lieferungen angeliefert werden. Dabei kann es aber auch neben den dezentralen Wareneingängen einen zentralen Wareneingang geben, bei dem nur sortenreine Umfänge in Universalladungsträgern angeliefert werden. Diese Umfänge werden dann in Kleinteilelagern oder Palettenhochregallagern zwischengepuffert. Abbildung 9 zeigt die genannten Funktionsbereiche sowie deren Beziehungen untereinander.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 9 Darstellung der Funktionsbereiche und deren Beziehungen

2.5.3 Prinzip einer Perlenkette

Bei der Abstimmung zwischen Kundenaufträgen sowie der dazugehörigen Be- reitstellung der lackierten Karossen und den jeweiligen Materialien oder Baugrup- pen in der Montage hat sich das Prinzip einer sogenannten Perlenkette in der Automobilherstellung entwickelt. Diese legt die Kundenaufträge, im engeren Sinne die zu produzierenden Fahrzeuge, in einer vorläufigen starren Reihenfolge fest, in der sie in die Montage eingeschleust werden sollen. Es entsteht eine feste Produktionsreihenfolge. Hierbei gilt zu beachten, dass die sogenannte Taufe, die Zuordnung der Karosse zu einem festen Kundenauftrag, zum spätmöglichsten Zeitpunkt eintritt. Früher wurde die Karosserie bereits im Karosseriebau dem Kunden zugeordnet, was heutzutage allerdings erst kurz vor dem beziehungs- weise beim Einlauf in die Montage geschieht. Nach genau dieser Produktreihen- folge wird auch der interne Lieferprozess abgeleitet. Die in 2.5.2 dargestellten Bereiche bilden hierbei prinzipiell eigene interne Lieferanten für die Endmontage. Somit werden auch in den einzelnen vorgelagerten Bereichen wie zum Beispiel bei der Montage der Motoren feste Auftragsreihenfolgen festgelegt (vgl. Klug 2010). Nach Festlegung der Auftragsreihenfolge wird diese als Frozen Zone deklariert. Diese Einhaltung ist zwingend erforderlich, da nach Eingang des Fahrzeuges in die Montage aufgrund der getakteten Montageschritte keine Änderungen mehr möglich sind. Wenn hier Fehlmengen in Material und Baugruppen auftreten, muss das Fahrzeug dennoch komplett durch die Montage geschleust und die erforderlichen Korrekturen im Nachgang vorgenommen werden. Durch die Aus- arbeitung der Fertigungsreihenfolge können dem Kunden auch ein geplanter Fer- tigungstermin genannt sowie eine hohe Zuverlässigkeit der Liefertermintreue ge- wonnen werden (vgl. Klug 2010). Folgende Abbildung zeigt das Prinzip einer Per- lenkette in der Fahrzeugproduktion:

Abbildung 10 Prinzip einer Perlenkette (Klug 2010, S. 390)

2.5.4 Behältermanagement in der Automobilbranche

Dieses Kapitel umfasst eine kurze Darstellung des allgemeinen Behältermana- gements (BHM) in der Automobilindustrie. Das BHM befasst sich mit den Aufga- ben rund um unterschiedliche Leergutthemen zwischen Tier-One-Lieferanten und dem Hersteller. Prinzipiell befinden sich zwei Kategorien von Ladungsträgern im Umlauf. Zum einen werden Universalladungsträger nach VDA-Normen ver- wendet. Diese sind einheitlich standardisiert und stellen die unterschiedlichsten Formen von Paletten, Deckel und Kleinladungsträgern (KLT) dar. Im Vergleich zu Universalladungsträgern besitzen Sonderladungsträger keine standardisier- ten Merkmale, sondern sind je nach Beschaffenheit des Materials oder Bauteils angefertigt. Beispielsweise können Räder aufgrund unterschiedlicher Zollgrößen nicht mit einem standardisierten Ladungsträger befördert werden.

Typische Aufgaben aus dem BHM sind:

- Rechtzeitige Leergutversorgung der Lieferanten
- Information der Lieferanten bezüglich Leergutlieferungen
- Bearbeitung von Leergutreklamationen von Lieferanten
- Durchführung von Behälterinventuren
- Koordination von defektem Leergut

Leergutversorgung der Lieferanten

Die Leergutversorgung wird typischerweise vom System und den Leergutbestän- den auf den Lieferantenkonten koordiniert. Hierbei befindet sich je Lieferant und Standort ein unter einer bestimmten Lieferantennummer hinterlegtes Konto im System. Auf diesem Konto werden rein nur die Ladungsträger nach Ein- und Aus- gang beim OEM gebucht. Dieses Konto umfasst somit Informationen zu:

- Lieferant
- Ladungsträgertyp
- Aktueller Bestand
- Leergut auf Transit zum Lieferanten
- Vorschauzahlen der nächsten Wochen

Nach diesen Kriterien generiert das System Leergutbedarfe bei den Lieferanten. Die Versorgung der Lieferanten erfolgt nach dem Prinzip der Unterdeckung, das heißt, wenn der Bestand unter einen bestimmten Wert ausgehend vom Bedarf schreitet, wird eine Leergutbedarf vom System ausgelöst. Daraus generiert der Mitarbeiter im Leergutversand eine Liste, die abgearbeitet wird.

Bearbeitung von Leergutreklamationen

Reklamationen bezüglich Leergut stellen einen hohen Aufwand dar. Die Liefe- ranten erhalten einen monatlichen Leergutkontoauszug. Auf diesem Kontoaus- zug befinden sich Informationen zum Lieferanten, seiner Ladungsträgertypen, der Ladungsträger Anfangs- und Endbestände sowie die unterschiedlichen Be- wegungen für Ein- und Ausgänge. Sollten hier Differenzen zwischen Kontoaus- zug (Buchungen durch den OEM) oder den Buchungen des Lieferanten entstan- den sein, meldet dies der Lieferant in Form einer Reklamation. Reklamationen umfassen somit Informationen zum Lieferanten, der betroffenen Ladungsträger- typen sowie die zu korrigierenden Differenzen. Belegt werden Reklamationen un- ter anderem mit Warenbegleitscheinen oder Speditionsaufträgen.

Die beschriebenen Aufgaben des BHM bilden ein Dilemma. Die Leergutversor- gung ist abhängig von einem korrekten Bestand im System. Dieser wiederum ist abhängig von der Leistung der bearbeiteten Reklamationen und Korrekturbu- chungen. Die Anzahl der Reklamationen wiederum findet ihre Ursache in der Ge- nauigkeit der elektronischen Buchungen, beispielsweise im Wareneingang.

3 Industrie 4.0, Logistik 4.0 und Intralogistik 4.0

In diesem Kapitel werden die Begrifflichkeiten Industrie 4.0, Logistik 4.0 und Intralogistik 4.0 vorgestellt. Im Abschnitt Intralogistik 4.0 wird speziell auf intralogistische Prozesse eines Automobilherstellers eingegangen.

3.1 Entwicklung der Industrie

Von der Entwicklung des technologischen Fortschritts beeinflusst hat sich die In- dustrie, vor allem die industriellen Methoden in der Produktion, stetig weiterent- wickelt. Wenn bereits von einer vierten industriellen Revolution gesprochen wird, stellt sich die Frage nach den vorherigen Stufen. Daher sollen in diesem Kapitel knapp die Entstehungsstufen bis zur Industrie 4.0 dargestellt werden.

Der erste Meilenstein in der Geschichte der industriellen Revolution zeichnet die Produktion im Stile einer Massenfertigung aus. Die Mechanisierung gab dieser Epoche ihren Charakter. Das wohl bekannteste Element eines mechanischen Antriebs ist die im 18. Jahrhundert erfundene Dampfmaschine.

Die zweite industrielle Revolution löste Wasser- und Dampfkraft durch die Elektrifizierung und erste elektronische Antriebstechniken ab. Zu dieser Zeit erlangte vor allem Henry Ford mit der Produktionstechnik einer Fließbandfertigung im Automobilbau enorme Bedeutung.

Anschließend entwickelte sich die Technologie vor allem in Richtung IT und Elektronik. Im späten 20. Jahrhundert setzten sich Computer und die informati- onstechnologische Entwicklung als Begriff von Effizienz und Automatisierung durch. Diese Stufe wird als die dritte industrielle Revolution bezeichnet.

Heutzutage befindet sich die Industrie mitten in einer voranschreitenden Entwicklung des Automatisierungsgrades und der Vernetzung. Produktionssysteme werden von intelligenten Netzwerken optimiert und abgelöst (vgl. Thomas W. Frick). Dabei wird die Automatisierung der dritten industriellen Revolution durch zusätzliche Autonomisierung ergänzt. Abbildung 11 zeigt die beschriebenen Entwicklungsstufen der industriellen Revolution und Abbildung 12 gibt einen kurzen Vergleich der industriellen Entwicklungsstufen.

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