Entwicklung eines Modells zur Dimensionierung eines Packbereiches in Distributionszentren

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung
1.1 Problemstellung
1.2 Ziele und Gliederung der Arbeit
1.3 Die Bedeutung einer globalen Betrachtung

2 Grundlagen der Modellbildung
2.1 Elementare Systembegriffe
2.1.1 “Durchsatz“
2.1.2 “Servicegrad“
2.1.3 “Cross Docking“
2.2 Einführung in die linearen Optimierung
2.3 Mathematische Grundlagen der Warteschlangentheorie
2.3.1 Grundbegriffe der Warteschlangentheorie
2.3.2 Das M |M |1 - Wartesystem
2.3.3 Das M |M |m - Wartesystem
2.4 Die Modellbildung
2.4.1 Begriffe
2.4.2 Die Vorgehensweise

3 Das Distributionszentrum
3.1 Begriffsbeschreibung: “Distributionszentrum“
3.2 Anforderungen und Planung eines Distributionszentrums
3.2.1 Relevante Strukturen der Planung
3.3 Ziele eines Distributionszentrums
3.4 Die Vor- und Nachteile eines Distributionszentrums
3.5 Der Aufbau eines Distributionszentrums
3.6 Interne Bereiche eines Distributionszentrums und deren Prozesse
3.6.1 Wareneingang
3.6.2 Lagerung
3.6.3 Kommissionierung
3.6.4 Packbereich
3.6.5 Warenausgang
3.6.6 Versand

4 Der Packbereich
4.1 Begriffsbeschreibung “Packbereich“
4.2 Die Arbeitsinhalte eines Packbereiches
4.3 Die Anforderungen an einen Packbereich
4.4 Die Planung eines Packbereiches
4.4.1 Planungsansätze für einen Packbereich
4.5 Die Einflussfaktoren eines Packbereiches
4.5.1 Die vorgelagerten Bereiche des Packbereiches
4.5.2 Die nachgelagerten Bereiche des Packbereiches
4.6 Der Aufbau eines Packbereiches
4.6.1 Der Packbereich der Bosch GmbH in Karlsruhe - Hagsfeld
4.6.2 Der Packbereich der John Deere Ltd.in Bruchsal
4.6.3 Der Packbereich der Schwabe GmbH in Karlsruhe - Durlach

5 Die quantitative Darstellung der Systemparameter
5.1 Der standardisierte Packbereich
5.1.1 Packbereich “A“
5.1.2 Packbereich “B“
5.2 Die quantitative Darstellung des Systems “Packbereich“
5.2.1 Messgrößen zur Quantifizierung
5.2.2 Packbereich “A“
5.2.3 Packbereich “B“
5.3 Die Bedeutung der standardisierten Packbereiche für die Modellierung

6 Die Modellierung des Packbereiches
6.1 Die Infinitesimalrechnung
6.1.1 Das System
6.1.2 Das Modell
6.1.3 Modellannahmen
6.1.4 Die Eingabedaten des Modelles
6.2 Die Lineare Optimierung
6.2.1 Das System
6.2.2 Das Modell
6.2.3 Modellannahmen
6.2.4 Die Eingabedaten des Modelles
6.3 Die Warteschlangentheorie
6.3.1 Das System
6.3.2 Das Modell
6.3.3 Modellannahmen
6.3.4 Eingabedaten des Modelles
6.4 Das intuitive Modell
6.4.1 Das System
6.4.2 Das Modell
6.4.3 Die Modellannahmen
6.4.4 Eingabedaten des Modelles

7 Test der Modelle
7.1 Test des Modells: “Infinitesimalrechnung“
7.2 Test des Modells: “Lineare Optimierung“
7.2.1 Test 1: Kostenrestriktion
7.2.2 Test 2: Durchsatzrestriktion
7.2.3 Test 3: Raumrestriktion
7.2.4 Test 4: Mengenenrestriktion
7.3 Test des Modells: “Warteschlangentheorie“
7.4 Test des Modells: “Intuitives Modell“

8 Validierung
8.1 Zusammenfassung der wesentlichen Arbeitsergebnisse .
8.2 Der Modellvergleich - Einsatzmöglichkeiten in der Praxis .
8.3 Schlusswort

Literaturverzeichnis

Danksagung

Diese Diplomarbeit entstand als Abschlussarbeit meines Studiums des Wirtschaftsinge- nieurwesens an der Universität Karlsruhe (TH), am Institut für Fördertechnik und Lo- gistiksysteme. Somit gilt mein Dank vor allem Herrn Dr.-Ing. Christian Lippolt, für die Überlassung des interessanten Themas, das entgegengebrachte Vertrauen bei der Bearbei- tung und die jederzeitige fachliche Diskussionsbereitschaft. Vielmehr bin ich Herrn Dr.-Ing. Christian Lippolt aber noch für das stetige Fördern einer eigenverantwortlichen Arbeitsweise zu Dank verpflichtet.

Besonderen Dank verdienen Herr Boris Baumann (John Deere Ltd.), Frau Simone Zoddel (Robert Bosch GmbH) und Herr Claus Müller (Schwabe Logistik), für ein kooperatives, aber auch durch kontroverse Diskussionen geprägtes Gesprächsklima, während der Besich- tigung der Packbereiche in den Distributionszentren und in den Gesprächen danach.

Karlsruhe, im Juli 2005

Philipp Bittner

“Es ist nicht genug, zu Wissen, man muss auch anwenden; es ist nicht genug, zu Wollen, man muss auch tun.“

Johann Wolfgang von Goethe

Abbildungsverzeichnis

1.1 Allgemeiner Ablauf von Modelluntersuchungen

1.2 Die Gliederung der Supply Chain

2.1 Das Wartesystem

2.2 Das Systemschema

2.3 Beziehungen zwischen Original, Mensch und Modell

3.1 Bestimmung der optimalen Anzahl von Distributionszentren

3.2 Das Distributionszentrum

3.3 Blockschema der Prozesse eines Distributionszentrums

3.4 Eine Kommissionierzone mit “Pick by light“ Kommissionierstrategie

3.5 Die Mengenangabe bei “Pick by light“

4.1 Kostensteigerung im Vergleich zur Servicegraderhöhung

4.2 Das Durchlaufregallager

4.3 Packbereich “Vorzone“ der Robert Bosch GmbH

4.4 Packbereich “Kleinzone“ der Robert Bosch GmbH

4.5 John Deere - Verteilungsloop des Packbereiches

4.6 John Deere - Die “Ein - Teile - Linie“ des Packbereiches

4.7 John Deere - Der Individualpackplatz

4.8 John Deere - Die Versandtaschenpackbahn I

4.9 John Deere - Die Versandtaschenpackbahn II

4.10 Schwabe - Hochregallager

4.11 Schwabe - Durchlaufregallager der Kommissionierzone

4.12 Schwabe - Schema des Packbereiches

4.13 Schwabe - Der Packbereich I

4.14 Schwabe - Der Packbereich II

5.1 Die Einflussfaktoren auf den Packbereich

6.1 Die grafische Lösung der Infinitesimalrechnung

6.2 Das “Arbeitstage - Positionen - Diagramm“

6.3 Die grafische Darstellung des intuitiven Modelles

7.1 Der optimale Lösungsbereich der linearen Optimierung

7.2 Die Zeit ts|G|m im Verhältnis zum Auslastungsgrad

Tabellenverzeichnis

2.1 Begriffe der Warteschlangentheorie

2.2 ÜberblickderFormelndesM|M|1-unddesM|M|m-Wartesystems

3.1 Begriffe der Kommissionierung

4.1 Die vor- und nachgelagerten Bereiche des Packbereiches

5.1 Die Begriffe zur Quantifizierung

5.2 Die Messgrößen zur Quantifizierung

5.3 Einflussfaktoren und Messgrößen des Packbereiches “A“

5.4 Einflussfaktoren und Messgrößen des Packbereiches “B“

6.1 Benötigte Daten der Infinitesimalrechnung

6.2 Benötigte Daten der linearen Optimierung

6.3 Eingabedaten für das Excel - Sheet und deren Zweck

6.4 Notwendige Datengrundlage des intuitiven Modelles

6.5 Werte der Eingabefelder des intuitiven Modelles

7.1 Eingabewerte - Ergebnisse des Infinitesimalmodelles

7.2 Packbahntypen beim Test der linearen Optimierung

7.3 Test der linearen Optimierung - Kostenrestriktion

7.4 Test der linearen Optimierung - Durchsatzrestriktion

7.5 Test der linearen Optimierung - Raumrestriktion

7.6 Test der linearen Optimierung - Mengenrestriktion

7.7 Eingabewerte - Ergebnisse des Modelles der Warteschlangentheorie

7.8 Eingabewerte - Ergebnisse des intuitiven Modelles - Teil I

7.9 Eingabewerte - Ergebnisse des intuitiven Modelles - Teil II

7.10 Eingabewerte - Ergebnisse des intuitiven Modelles - Teil III

1 Einleitung

1.1 Problemstellung

Im Zuge der Globalisierung verzeichnet die Logistikbranche jedes Jahr enorme Zuwachs- raten. Waren und Güter werden verladen und zu ihrem Bestimmungsort befördert. Die Logistik steht im Spannungsfeld zwischen hoher Auslastung von Kapazitäten und niedri- gen Beständen, zwischen kurzen Durchlaufzeiten und hoher Termintreue. Um die Kosten niedrig zu halten und die Anforderungen des Kunden zu befriedigen, werden Waren in Distributionszentren gelagert, kommissioniert, umgepackt und wieder verpackt, bevor sie zu ihrem Ziel transportiert werden. Einen Packbereich gibt es dabei in den meisten Dis- tributionszentren. Eine Methode oder ein Modell, mit dem man den Packbereich dimen- sionieren kann, existiert allerdings nicht. Das Verpackungssystem - also der Packbereich - soll dabei möglichst effektiv betrieben werden, da der Packbereich beträchtliche Kosten verursacht und Investitionen bindet(Härte F. 1997). Daher werden Ingenieure und Planer von Distributionszentren zunehmend mit Effizienzbetrachtungen, Benchmarking und ähn- lichen neuen Herausforderungen konfrontiert (Bitran G. 1994). Oft stellt sich dabei der Verpackungsprozess als die am schwierigsten kontrollierbare Einflussgröße dar. Hierbei wird der Packbereich nicht nur von stochastischen Ankunftsprozessen beeinflusst, sondern der Packbereich muss den Wünschen des Kunden, wie zum Beispiel einem größtmöglichen Servicegrad, gerecht werden. Jedes Verpackungssystem muss sich letztendlich im Sinne der spezifischen Anforderungen leistungs- und kostenorientiert darstellen lassen. Dabei muss der Packbereich seinen Anforderungen und Aufgaben gerecht werden¹, aber zugleich auch der wirtschaftlichen und umsetzungsbezogenen Effizienz des Gesamtsystems dienen. Da- bei ist darauf zu achten, funktionstypische Einzelergebnisse nicht nur für sich alleine zu betrachten, sondern diese in den systemintegrativen Zusammenhang zu bringen². Jeder Eingriff in ein logistisches System verändert Strukturen und Abläufe, die in entsprechen- der Weise leistungs- und kostenmässig reagieren. Dabei ist aus ganzheitlicher Sicht nicht der einzelne Prozess entscheidend, sondern die Summe der Prozesse. Daß dies teilweise ungleichgewichtig zu Verbesserungen und Verschlechterungen führt, lässt sich nicht im- mer vermeiden, ist aber im Sinne des Gesamtoptimums zwingend erforderlich. Folgende Gründe sprechen dafür, bei der Dimensionierung eines Packbereichs ein ganzheitliches Konzept anzuwenden:

- Stochastische Ankunftsprozesse des Packbereiches und damit unterschiedliche Zwischenankunftszeiten der zu verpackenden Aufträge.
- Kundenanforderungen an den Packbereich. Insbesondere die Einhaltung des Liefer- termines.
- Wirtschaftliche und kostenspezifische Beschränkungen.
- Der Packbereich ist Teil des Systems “Distributionszentrum“, und damit den Anforderungen, Einflüssen und Zielen dieses Systems unterworfen.

Um die komplexen Zusammenhänge der Strukturen eines Distributionszentrums und damit auch des Packbereiches zu analysieren, wird eine Vorgehensweise gewählt, wie sie in Abbildung 1.1 dargestellt ist. Mit einer solchen Vorgehensweise lässt sich im Besonderen bei folgenden Fragestellungen eine Klärung erwarten:

- Welche Prozesse sind für die Dimensionierung entscheidend?
- Welche Rolle spielen die Auftrags-, Produkt- und Kundenstruktur bei der Planung eines Packbereiches?
- Welche Arbeitsinhalte sind in einem Packbereich vorzufinden?
- Wie soll ein Packbereich dimensioniert werden, um einen bestimmten Servicegrad zu erreichen?

Derzeit werden viele Entscheidungen und Dimensionierungen bezüglich des Packbereiches einzelfunktionsbezogen oder gar “aus dem Bauch heraus“ getroffen. Das liegt einerseits an der fehlenden Systemorientierung, aber andererseits auch an mangelnden Instrumentarien zur Dimensionierung des Packbereich. Wie könnte nun die Dimensionierung eines Packbe- reichs vor sich gehen und welche Modellierungsansätze stehen zur Verfügung? Hilfreich ist

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1.1: Allgemeiner Ablauf von Modelluntersuchungen

dabei, auf die Methodik von Modelluntersuchungen gemäss Abbildung 1.1 zurückzugreifen (Arbeitsgemeinschaft Simulation 1987).

Bezüglich verwendbarer Modellierungsansätze werden vier verschiedene Lösungswege zur Dimensionierung eines Packbereiches in Distributionszentren skizziert:

- die Inifitesimalrechnung,
- die lineare Programmierung,
- die Warteschlangentheorie,
- sowie ein selbst entwickeltes intuitives Modell.

Bevor die Modellierung des Packbereiches durchgeführt werden kann, müssen die Grundlagen der genannten Modelle geklärt werden. Welche Daten sind für die Dimensionierung entscheidend und wie können diese dargestellt werden? Darüber hinaus ist der Themenschwerpunkt dieser Arbeit, der Packbereich, im Hinblick auf seine Eigneschaften, Aufgaben, Ziele und Merkmale zu analysieren.

Der nächste logische Schritt besteht darin, die entwickelten theoretischen Modelle zu te- sten und anschließend zu validieren. Der Zweck des Testens besteht darin, nachzuweisen, daß die beschriebenen Modelle unter den getroffenen Annahmen konsistente Ergebnisse liefern. Zusätzlich werden die theoretischen Modelle untereinander verglichen, um mögliche Vorteile der einzelnen Modelle hervorzuheben. Zwei Fragen stehen dabei im Vordergrund:

- Können die theoretischen Modelle Ergebnisse liefern, die unter den getroffenen Annahmen, auch in der Praxis Verwendung finden?
- Sind die theoretischen Modelle, für das Abbilden des realen Systems “Packbereich“, geeignet?

1.2 Ziele und Gliederung der Arbeit

Das Problem der optimalen Dimensionierung eines Packbereichs in Distributionszentren ist bis heute noch nicht mit den bereits kurz angedeuteten Methoden der Modellierung untersucht worden. Die derzeitige Situation der Dimensionierung eines Packbereichs weist in Bezug auf seinen Stellenwert in vielen Unternehmen ein teilweise erhebliches Defizit auf. Dieses Defizit soll mit den Ergebnissen dieser Diplomarbeit behoben werden können. Ausserdem wird auf die Wichtigkeit einer ganzheitlichen Betrachtung hingewiesen. Auf dieser Grundlage wird eine Parallele zur Dimensionierung eines Packbereiches in Distri- butionszentren gezogen, um auf die Besonderheiten einer globalen Betrachtung bei der Dimensionierung hinzuweisen.

Im Kapitel 2 werden zunächst einige theoretische Grundlagen und Begrifflichkeiten erläutert, die in den späteren Kapiteln Verwendung finden.

Im Kapitel 3 wird zunächst das Distributionszentrum, in dem der Packbereich eingeglie- dert ist, definiert. Anschließend werden die Anforderungen an die Planung und die Ziele eines Distributionszentrums diskutiert. Als wichtiger Bestandteil dieses Kapitels wird die Darstellung der internen Prozesse eines Distributionszentrums angesehen, um später bei der Modellierung des Packbereiches möglichst genau die Realität abbilden zu können.

Das vierte Kapitel beschäftigt sich mit dem Packbereich selbst. Welche Anforderungen wer- den an den Packbereich gestellt? Wie geht man bei der Planung eines Packbereiches vor? Welche Arbeitsinhalte zeichnen den Packbereich aus? Diese Fragen sollen im Rahmen des vierten Kapitels geklärt werden. Zusätzlich werden die Einflussfaktoren auf den Packbe- reich analysiert. Um sich über den Aufbau eines Packbereiches und dessen Einflussfaktoren zu verdeutlichen, werden die Kommissionier- und Packbereiche der Distributionszentren der Robert Bosch GmbH, der John Deere Ltd. und der Schwabe GmbH vorgestellt und erläutert.

Das Ziel des fünften Kapitels ist es, das System “Packbereich“ quantitativ darzustellen. Im ersten Schritt wird der Aufbau eines Packbereiches beispielhaft dargestellt, um dessen Einflussfaktoren zu skizzieren. Anschließend sollen die Anforderungen und die Systemgrößen, die auf einen Packbereich einwirken, quantifiziert und beschrieben werden.

Im Kapitel sechs steht die Modellierung eines Packbereiches im Vordergrund. Wie bereits beschrieben, werden an dieser Stelle die Werkzeuge der Infinitesimalrechnung, der linearen Programmierung, sowie der Warteschlangentheorie zur Anwendung kommen. In den dar- auffolgenden Abschnitten werden die Möglichkeiten des gewählten Modells skizziert und vorgestellt. Wie bereits erwähnt müssen bei mathematisch Modellen oft Vereinfachungen, beziehungsweise Annahmen, getroffen werden. Allerdings muss beachtet werden, daß die gewählten Vereinfachungen nicht zu einem stark eingeschränkten Verhalten innerhalb der Modelle führen. Ansonsten bestünde die Gefahr, daß sich die Voraussagen erheblich vom tatsächlichen Systemverhalten unterscheiden.

Kapitel sieben beschäftigt sich mit dem Test der entwickelten Modelle. Hierbei werden die Daten und Kennzahlen verwendet, die in Kapitel 5 definiert wurden. Das Ziel dieses Kapitels ist es, die Konsistenz der Modelle unter den getroffenen Annhamen zu beweisen.

Im Kapitel acht werden die entwickelten Modelle validiert. Vor allem die Vor- und Nachteile der dargestellten Modelle sollen aufgezeigt werden. Zusätzlich werden die wesentlichen Arbeitsergebnisse dargestellt und auf die Fragen, auf Seite 6, eingegangen. Ein abschließender Vergleich der entwickelten Modelle wird genauso diskutiert, wie ein möglicher Einsatz der theoretischen Modelle in der Praxis. Ein Schlusswort, in der die nächsten möglichen Schritte angedeutet werden, rundet das achte Kapitel ab.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1.2: Die Gliederung der Supply Chain

1.3 Die Bedeutung einer globalen Betrachtung

Der Ansatz einer globalen Betrachtung zur Planung und Steuerung der Wertschöpfungs- kette³ geht davon aus, daß die Gestaltung und Steuerung der Logistik nicht nur auf Trans- ferprozesse und nicht nur auf institutionell bestimmte Ausschnitte aus der Wertschöpfungs- kette beschränkt sein kann. Eine derartige Beschränkung würde die kosten- und leistungs- mässigen Interpendenzen, die zwischen den einzelnen Stufen und Prozessen der Wertschöpf- ungskette aufgrund ihrer Güteraustauschbeziehungen bestehen, missachten und nur stu- fenbezogen optimale Lösungen erlauben. Dies hätte zur Folge, daß die Wettbewerbsfähig- keit der Wertschöpfungsketten insgesamt in Frage gestellt wäre, ließen sich durch aus- schnittsweise Optimierung allein doch immer weniger preislich und leistungsmässig wett- bewerbsfähige Produkte erstellen. Die Idee des Supply Chain Management stellt auf die Be- achtung der Wechselwirkungen zwischen Transfer- und Transformationsaktivitäten ab und zielt auf die integrative Gestaltung und Steuerung aller prozessgekoppelten Wertschöpfungs- aktivitäten. Die Verknüpfung erfolgt gemäss dem Lieferanten - Kunden - Prinzip. Es ist offensichtlich, daß dieses strategische Logistikmanagement vor allem eine Frage der Koordination und Kooperation aller Mitglieder der Versorgungskette ist und damit die organisatorisch-institutionelle und vertragliche Gestaltung der Beziehungen zwischen al- len Beteiligten betrifft. Mit herkömmlichen klassischen Standardmarktkontrakten über Preis und Menge allein lassen sich zum Beispiel “Just-in-time-Konzepte“ nicht gestalten, vielmehr sind innovative Formen der Zusammenarbeit erforderlich (Beck C. H. 1997).

In Abbildung 1.2 ist eine solche Supply Chain dargestellt (Gösta B. 2001). Gerade im Hinblick auf die Dimensionierung von Teilbereichen eines Distributionszentrums, wie zum Beispiel eines Packbereiches, sind lokale Optimierungen kaum möglich. Vielmehr muss ein Ziel definiert werden, auf das bei der Dimensionierung aller Bereiche hingearbeitet wird. Solch ein Ziel könnte das Erreichen eines gewissen Niveaus bezüglich des Servicegrades für den Kunden eines Distributionszentrums sein, was hauptsächlich die termingenaue Liefe- rung der Waren an den Kunden beinhaltet. Aus diesem Grund kann der Fall eintreten, daß lokale Optima nicht berücksichtigt werden, um das angestrebte Ziel zu erreichen. Gerade beim Packbereich ist solch ein lokales Optimum kritisch zu Beurteilen, da der Packbereich von den Zwischenankunftszeiten der kommissionierten Teile aus der Kommissionierzone abhängig ist. Zu Spitzenzeiten muss der Packbereich in der Lage sein, die benötigten Tagesdurchsätze zu befriedigen, auch wenn diese Durchsätze nicht den optimalen Tages- durchsätzen des Packbereiches entsprechen.

2 Grundlagen der Modellbildung

An dieser Stelle werden kurz einige Begriffe erläutert, die in der späteren Betrachtung immer wieder verwendet werden. Zusätzlich werden die Werkzeuge vorgestellt, die bei der späteren Modellbildung eine tragende Rolle spielen.

2.1 Elementare Systembegriffe

2.1.1 “Durchsatz“

Man unterscheidet zwischen

- dem Grenzdurchsatz γ und
- dem betrieblichem Durchsatz λ.

Der Grenzdurchsatz γ ist der aus technischen, beziehungsweise organisatorischen Gründen maximal erreichbare Durchsatz der Förderstrecke oder hier, des Packbereiches. Er kann kleiner sein als der maximale Durchsatz λmax, da der Grenzdurchsatz beispielsweise steue- rungstechnische Restriktionen und stochastische Schwankungen berücksichtigt.

Der betriebliche Durchsatz λ ist der Durchsatz, der im Betriebsablauf zu erwarten ist. Er ist meistens viel geringer als der Grenzdurchsatz, dies kann durch betriebsbedingte Pausenzeiten, Störungen oder Wartezeiten der Fall sein (Arnold D. 2002). Es gilt:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

2.1.2 “Servicegrad“

Der Begriff “Servicegrad“ stammt aus der Marketinglogistik. Er bezeichnet einen Maßstab mit dem gemessen wird, inwieweit die Nachfrage nach einem Erzeugnis aus dem bestehenden Vorrat gedeckt werden kann (Beck C. H. 1997). In dieser Diplomarbeit wird der Begriff des Servicegrades erweitert. Er gilt als Maß für die termingerechte Belieferung des Kunden mit der von ihm bestellten Ware und der Qualität der Verpackung.

2.1.3 “Cross Docking“

Ankommende Waren und Sendungen im Wareneingang eines Distributionszentrums die aufgrund eines Kundenauftrages dringend im Versand benötigte werden können direkt in den Packbereich weitergeleitet werden. Dies geschieht mittels eines “Bypasses“, dem sogenannten “Cross Docking“. Die benötigten Waren werden im Wareneingang abgefangen und unter Umgehung des eigentlichen Lagers direkt zum Packbereich weitergeleitet.

Im einfachsten Fall handelt es sich bei der linearen Optimierung um ein Modell, daß eine einzige zu maximierende, oder minimierende, Zielfunktion aufweist. Die Daten und Wir- kungszusammenhänge sind bekannt, so daß die Lösungsmenge eindeutig definiert ist. Die gesuchte optimale Lösung, oder eine von mehreren, lässt sich auf Grund der Zielfunktion zweifelsfrei identifizieren. Eine allgemeine Formulierung eines solchen Modells lautet:

Man bestimme den Extremwert einer Zielfunktion:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

unter Beachtung der Nebenbedingungen:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

mit nichtnegativen Variablen xj sowie Konstanten aij , bi und cj .

In Abhängigkeit von der Art der angegebenen Größen lässt sich eine weitere Einteilung vornehmen:

- Ein lineares Optimierungsmodell liegt vor, wenn die Zielfunktion und sämtliche Nebenbedingungen lineare Funktionen sind und die Variablen xj nur nichtnegative reelle Zahlenwerte annehmen dürfen.
- Ein ganzzahliges lineares Optimierungsproblem liegt vor, falls nur lineare Funktionen betrachtet werden und die Variablen nur auf ganzzahlige Werte be- schränkt sind. Falls nur für einige Variablen Ganzzahligkeit gefordert wird, spricht man von einem gemischt-ganzzahligen Modell. Besteht die Ganzzahligkeitsfor- derung darin, daß alle, oder nur einige Variablen den binären Werte “0“ oder “1“ annehmen dürfen, so handelt es sich um ein binäres beziehungsweise gemischt- binäres Modell.
- Ist die Zielfunktion und/oder mindestens eine der Restriktionsfunktionen nichtline- ar, so spricht man von einem nichtlinearen Optimierungsmodell. Ebenso wie bei linearen Modellen kann es sich um reellwertige, ganzzahlige und/oder binäre Variablen handeln, so daß wiederum verschiedene Modelltypen unterscheidbar sind.

2.3 Mathematische Grundlagen der Warteschlangentheorie

Die Warteschlangen- oder Bedientheorie beschäftigt sich mit den Auswirkungen von stochastischen Anforderungen auf den Warte-, Abfertigungs- und Abgangsprozess an einer Ressource. Infolge der auftretenden Wartezeiten entstehen Warteschlangen. Diese Warteschlangen sind Gegenstand der Warteschlangentheorie. Die Grundelemente eines Wartesystems sind in Abbildung 2.1 miteinander verknüpft (Arnold D. 2002).

Nachstehend werden zunächst die Grundbegriffe der Warteschlangentheorie erklärt sowie modellrelevanten Begriffe erläutert. Zu diesem Zweck eignet sich, die Annahme zu treffen, ein M/M/1 − System zu betrachten. Das Problem dabei ist, daß in der Realität oft nicht

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2.1: Das Wartesystem

auf ein M/M/1 - System zurückgegriffen werden kann. Die Problematik der Dimensionierung eines Packbereiches soll unter der Annahme, einer Approximation, des M |G|m - Systems behandelt werden.

2.3.1 Grundbegriffe der Warteschlangentheorie

Grundelemente der Warteschlangentheorie sind die Bediensysteme, die aus einer oder mehreren Bedienstationen und einem Warteraum besteht.

Ressourcenanforderungen, wie zum Beispiel ein zu verpackender und bereits kommissio- nierter Auftrag, werden in der Warteschlangentheorie als Kunden bezeichnet. Die Ankünfte der Kunden erfolgen nach einem Zufallsprozess, der durch die statistische Verteilung der Zeit zwischen zwei aufeinander folgenden Ankünften - der sogenannten Zwischenankunfts- zeit tan - charakterisiert ist. Mit Hilfe des Erwartungswertes der Zwischenankunftszeit E(tan) kann auch die Ankunftsrate, also die mittlere Zahl der Ankünfte pro Zeiteinheit, als

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

ausgedrückt werden.

Ist mindestens eine Bedienstation frei, so wird der ankommende Kunde sofort bedient.

Die Dauer der Bedienung sei ebenfalls zufällig und durch tab beschrieben. Beträgt der Erwartungswert der Bedienzeit E(tab), so können im Mittel pro Zeiteinheit

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Kunden bedient werden. Die sogenannte Bedienrate gibt an, wieviele Kunden bei gegebener statistischer Verteilung der Bedienzeiten und voller Auslastung des Bediensystems an einer Bedienstation maximal pro Zeiteinheit bedient werden können.

Tritt der Fall ein, daß keine Bedienstation frei ist, so bleibt der Kunde zunächst im Warte- raum, sofern ein solcher vorhanden ist und noch über freie Kapazitäten verfügt. Aus dem Warteraum werden die Kunden in der sogenannten Bedienstrategie abgerufen. Diese be- schreibt die Auswahlkriterien, nach denen die Kunden aus der Warteschlange ausgewählt werden.

Der Quotient aus Ankunfts- und Bedienrate wird als Auslastungsgrad ρ des Wartesystems bezeichnet.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Es bildet sich keine Warteschlange, falls für den Ankunftsprozess A(t) und den Bedienprozess B(t) gilt:

t_b < t_a ⇔ µ > λ ⇔ ρ < 1 (2.9)

Ist jedoch mindestens einer der beiden Prozesse ein stochastischer Prozess, so können sich auch für Auslastungsgrade ρ < 1 Warteschlangen bilden, deren Längen Nw beziehungsweise Ns umso größer sein werden, je näher der Auslastungsgrad des Wartesystems bei dem Wert ρ = 1 liegt.

Zur Klassifizierung verschiedener Bediensystemmodelle wurde von Kendall eine Notation eingeführt, die im Kern den Ankunftsprozess, den Bedienprozess, die Zahl paralleler Be- dienstationen sowie die Bediendisziplin beinhaltet. Mit Hilfe dieser Klassifikation können die Modelle in einem Schema der Form A|B|m|XXXX beschrieben werden (Arnold D. 2002):

A Ankunftsprozess

B Bedienprozess

m Anzahl paralleler Bedienstationen

XXXX Bedienstrategie FCFS = First Come First Serve oder FIFO = First In First Out

Für A und B werden die nachstehenden aufgeführten statistischen Verteilungen häufig verwendet:

- M - Exponentialverteilung
- D - Diracverteilung (für Taktprozesse mit konstantem Zwischenankunftszeiten tan oder konstanten Bedienzeiten tab).
- G - Allgemeine, beziehungsweise generelle, Verteilung, deren mathematische Verteilungsform nicht bekannt ist, deren Parameter E(t), V ar(t) man aber kennt.

Die wichtigsten Leistungskennwerte eines Bediensystems im Zusammenhang mit Modellen logistischer Systeme sind:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 2.1: Begriffe der Warteschlangentheorie

2.3.2 Das M |M |1 - Wartesystem

Das M |M |1-Modell ist in der Warteschlangentheorie gleichsam das Basismodell, an dem die Ermittlung und die Bedeutung der in Tabelle 2.1 genannten wichtigen Kenngrößen am einfachsten gezeigt werden kann.

Zur Beschreibung des Ankunftsprozesses A(t) wird angenommen, die Zwischenankunftszeit ta der Kunden sei exponentialverteilt mit dem Parameter λ. Analog soll der Bedienprozess B(t) durch die mit dem Parameter µ exponentialverteilte Bedienzeit tb beschrieben werden. Die Annahme der Exponentialverteilung besagt gleichzeitig, daß die Anzahl der Ankünfte und ebenso die Anzahl der Bedienungen pro Zeiteinheit, als Poissonverteilungen darstell- bar sind. Der Buchstabe M zur Bezeichnung von A(t) und B(t) wird benutzt, weil der Ankunfts-, beziehungsweise Bedienprozess, dadurch die sogenannte Markov - Eigenschaft besitzt. Diese Eigenschaft, die man gelegentlich auch “fehlendes Erinnerungsvermögen“ nennt, bedeutet, daß alle Einflüsse der Vergangenheit im gegenwärtigen Zustand eines Prozesses abgebildet sind und nur noch durch diesen Zustand den weiteren Prozessver- lauf beeinflussen. Diese Annahme vereinfacht das betrachtete Wartessystem derart, daß es relativ einfach gelöst werden kann. Für komplexere Wartesysteme, wie zum Beispiel das G|G|m - System, gibt es nur approximative Lösungsverfahren. Aus diesem Grund wird zur Lösung des Dimensionierungsproblematik die Annahme getroffen, daß ein M |G|m - System vorliegen wird.

Die genaue mathematische Begründung beziehungsweise deren Herleitung würde den Rahmen dieser Diplomarbeit sprengen. Aus diesem Grund werden die Formeln für die wichtigen logisitschen Kenngrößen aus der Fachliteratur entnommen (Arnold D. 2002).

Als Anzahl der sich im gesamten System befindlichen Kunden wird als Ns bezeichnet. Die mathematische Formel, unter den Annahmen des M |M |1 - Systems lautet:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Damit ist die wichtigste Kenngröße des Wartesystem - Modells M |M |1 gefunden. Allerdings wird durch die vielen Vereinfachungen des realen Materialflusssystems deutlich, daß das Ergebnis sich nicht problemlos auf die Realität übertragen lässt. Dennoch ist das Ergebnis für die Planungspraxis nützlich, weil es wegen seiner Einfachheit sehr schnelle und in der Tendenz richtige Abschätzungen zulässt.

Nachdem die Anzahl der Kunden im System bereits mit Gleichung (2.10) berechnet werden kann, stellt sich nun die Frage nach der Anzahl der Kunden im Warteraum. Für Nw ist aus der Fachliteratur zu entnehmen:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Für den speziellen Fall des M |M |¹ - Systems gilt ferner:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Betrachtet man die Gleichungen (2.10) und (2.11) genauer, so wird deutlich, daß mit zu- nehmendem Auslastungsgrad ρ die Länge einer Warteschlange größer wird. Gleichzeitig erkennt man, daß die Gefahr einer Warteschlangenbildung mit geringer werdender Ausla- stung ρ abnimmt.

Die Durchlaufzeit, beziehungsweise die mittlere Verweilzeit ts der Kunden, durch das betrachtete System kann aus Ns und λ bestimmt werden:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Gleichung (2.13) wird in der Literatur “Little‘s Gesetz“ genannt (Little J. D. C. 1961). Sie gilt allgemein für alle Wartesystemmodelle.

Die Wartezeit tw im eigentlichen Warteraum lässt sich aus der Formel von Little mit nur wenigen Umformungen ableiten:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Für den speziellen Fall des M |M |1 - Systems können die Gleichungen (2.13) und (2.15) noch vereinfacht werden:

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und

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Das M |M |m - Wartesystem beruht auf den gleichen Gegebenheiten wie das M |M |1 - Wartesystem. Der gravierende Unterschied liegt dabei in der Anzahl der Bedienstationen. Während beim M |M |1 - Wartesystem die Anzahl der Bedinstationen auf 1 beschränkt ist, können beim M |M |m - Wartesystem m ≥ 1 Bedienstationen angenommen werden.

Die m Bedienstationen besitzen die jeweils gleiche Bedienrate µ, können allerdings unabhängig voneinander arbeiten. Sobald eine Bedienstation frei geworden ist, wird ihr die nächste Fördereinheit aus dem gemeinsamen Warteraum zugeführt. Die effektive Bedienrate des gesamten Wartesystems ist jetzt von seinem Zustand k abhängig. Befindet sich nur eine Fördereinheit im System (k=1), so ist seine Bedienrate µ. Für Systemzustände k ≥ m ist die Bedienrate m µ und der Auslastungsgrad des Systems:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Wahrscheinlichkeit, das System leer zu finden (k = 0), ist (Hillier F., Liebermann G. 1996):

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Die Wahrscheinlichkeit der Systemzustände k > 0 sind, für k ≤ m:

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Die Wahrscheinlichkeit, daß eine Fördereinheit nicht sofort bedient werden kann, ist

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Mit Gleichung (2.22) kann jetzt die mittlere Länge der Warteschlange im Warteraum berechnet werden zu:

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und damit die Zahl der insgesamt im Wartesystem befindlichen Fördereinheiten:

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Die Verweilzeit ts lässt sich wiederum nach Little‘s Gesetz¹ berechnen:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

mit

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 2.2: Überblick der Formeln des M |M |1- und des M |M |m- Wartesystems

2.4 Die Modellbildung

2.4.1 Begriffe

Um ein Modell konstruieren zu können, muss man sich über einige Begriffe genauere Gedanken machen. Was also ist

- ein System?
- ein Modell?

In den nächsten Abschnitten werden diese Begriffe im Zusammenhang mit der Modellbildung näher erklärt.

Das System

Ein System besteht aus einer Menge von Elementen, die durch eine Menge von Relationen miteinander verbunden sind. Es wird durch die Systemgrenze von seiner Umwelt unter- schieden. Der Einfluss eines Systems auf seine Umwelt stellt den Output, der Einfluss der Umwelt auf ein System stellt den Input des Systems dar. Jedes Objekt der Realität, das mit dieser allgemeinen Definition beschrieben werden kann, ist ein System (Krallmann H., Gronau N. 1999).

Der auf der Systemstheorie basierende Systembegriff ist jedoch für den praktischen Um- gang mit Systemen zu allgemein. Es hat sich als notwendig erwiesen, den Systembegriff für eine sinnvolle Auseinandersetzung mit Systemen zu präzisieren, ohne dabei seinen all- gemeingültigen Charakter unnötig einzuschränken. Die Erweiterung des Systembegriffes wird in der zielorientierten Beschreibung von Systemen deutlich. Sie erfolgt durch die Einführung von spezifischen Attributen, die dem Zweck der Systembeschreibung dienlich sind.

Der Modellbegriff

Ein Modell ist ein “vereinfachtes“ Abbild eines realen Systems oder Problems, das soge- nannte Urbild. Erfolgt die Abbildung derart, daß jedem Element, beziehungsweise jeder Beziehung, zwischen Elementen des Urbilds ein Element beziehungsweise eine Beziehung

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2.2: Das Systemschema

im Modell gegenübersteht und umgekehrt, so spricht man von einem struktugleichen Mo- dell.

Bei der Planung verwendet man im Allgemeinen jedoch strukturähnliche Modelle, die Vereinfachungen gegenüber dem realen System beinhalten. Diese Vereinfachungen, oder auch Annahmen, ergeben sich im Wege der Abstraktion durch Zusammenfassen oder Ver- nachlässigen von Elementen. In der Vereinfachung besteht gleichsam der Vorteil und der Nachteil der Modellbildung. Gelingt es, die für die Planung entscheidenden Merkmale in das Modell zu übertragen und die irrelevanten zu vernachlässigen, so ist es sehr viel leich- ter, die planungsrelevanten Aspekte und Zusammenhänge zu durchschauen, als dies in einem realen Modell der Fall wäre. Vernachlässigt man jedoch wesentliche Systemkom- ponenten, so kann dies zu ungünstigen Planungsergebnissen führen. Daher ist es stets erforderlich, die mit Hilfe eines entwickelten Modelles gewonnene Ergebnisse anhand des realen Systems oder eines abstrahierenden Modells zu evaluieren (Arnold D. et al. 2004).

2.4.2 Die Vorgehensweise

Das methodische Vorgehen bei der Modellierung entspricht einem iterativen, heuristischen und rückgekoppelten Prozess. Die allgemeine Vorgehensweise läßt sich teilweise in der

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2.3: Beziehungen zwischen Original, Mensch und Modell

Abbildung 2.3 dargestellten Beziehung zwischen Original, Mensch und Modell ableiten. Es ergibt sich dann die im Folgenden beschriebene Gliederung.

Modellbildung

Der Mensch bildet die im konkreten Fall relevanten Aspekte des Systems am Modell nach. Dies geschieht durch die Abstraktion von irrelevanten Merkmalen und die Abbildung der relevanten im Modell. Dabei hat sich der Modellierer an folgenden, aus den pragmatischen Merkmalen des Modellbegriffs herleitbaren Zielkriterien zu orientieren (Krallmann H., Gronau N. 1999):

- Relevanz der abgebildeten Originaleigenschaften (Problemkonformität)
- Korrektheit der Abbildung
- Modelltransparenz (Nachvollziehbarkeit)

Modellexperiment

Nach der Modellerstellung manipuliert der Mensch das Modell, um zusätzliche Informatio- nen darüber zu erlangen. Während des Experiments das Original wird mittels des Modells simuliert. Auf diese Weise lassen sich Informationen sowohl zur Erklärung des Verhaltens des Originals, als auch zur Prognose zukünftigen Verhaltens des veränderten Originals, gewinnen.

Analogieschluss

Auf der Basis der Ergebnisse des Modellexperiments und den im Rahmen dieses Prozesses gewonnenen Erfahrungen erfolgen Analogieschlüsse, aus denen Erkenntnisse über weitere Eigenschaften des Originals oder Maßnahmen zur zielgerichteten Veränderung abgeleitet werden.

Applikation

In der letzten Phase werden die durch die Analogieschlüsse abgeleiteten Erkenntnisse oder Maßnahmen auf das Original übertragen.

3 Das Distributionszentrum

3.1 Begriffsbeschreibung: “Distributionszentrum“

Das Distributionszentrum hat im Rahmen der Supply Chain die Aufgabe, Warenströme

- zu koordinieren,
- zu bündeln und
- zu verteilen.

Ausserdem werden in einem Distributionszentrum Waren gelagert und umgeschlagen, so- wie in der Regel kunden-, beziehungsweise auftragsspezifisch, zusammengestellt. Zusätzlich dient das Distributionszentrum als Puffer zwischen der nachfragenden Seite des Unterneh- mens - der Absatzseite - und der möglicherweise schwankenden Produktion des Unter- nehmens. Dieser Puffer wird vor allem durch die Lagerfunktion des Distributionszentrums unterstrichen. Um die Auslastung eines Distributionszentrums zu erhöhen werden ver- mehrt auch Retouren, zum Beispiel Abfall oder Leergut, der zuvor belieferten Kunden gesammelt.

3.2 Anforderungen und Planung eines Distributionszentrums

Die Anforderungen an ein Distributionszentrum sind vielschichtig. Auf der einen Seite sollen Prozesse effizienter gestaltet werden, um Waren schneller zum Kunden transpor- tieren zu können. Auf der anderen Seite sollen die eingesetzten Investitionen auf einem möglichst geringen Niveau gehalten werden und trotzdem einen hohen Servicegrad für den Kunden bieten. Dabei ist es schwierig, die optimale Anzahl von Distributionszentren in einem Distributionssystem zu bestimmen. Abbildung 3.1 zeigt eine Lösungsansatz zur

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3.1: Bestimmung der optimalen Anzahl von Distributionszentren

Bestimmung der optimalen Anzahl in einem Distributionssystem auf. Während bei einer geringen Anzahl von Distributionszentren in einem Distributionssystem die Kosten für den Transport steigen, sind die Kosten für die Kapitalbindung durch die Bestände und der Kommissionierung eher gering. Dagegen sind bei einer großen Zahl von Distributionszentren die Transportkosten im Vergleich zu den Kosten der Kapitalbindung und der Kommissionierung vergleichsweise gering.

Ein weiterer wichtiger Punkt bei der Planung eines Distributionszentrums ist die Bestimmung des Standortes. Neben den Standortfaktoren Grund und Boden spielt hier die vorhandene Infrastruktur eine wesentliche Rolle. In der Fachliteratur des Operations Research werden eine Reihe von Verfahren¹ genannt, die auf die Wahl des optimalen Standortes angewandt werden kann, auf die hier aber nicht näher eingegangen wird.

Bei der Planung eines Distributionszentrums müssen eine Reihe von Daten verfügbar sein, um die Rentabilität und Effizienz eines Distributionszentrums zu gewährleisten. Diese “Planungsgrundlagen“ stellen in der späteren Modellbildung eine wichtige Datengrundlage für die Entwicklung des Modells dar und müssen bei der Dimensionierung berücksichtigt werden. Insbesondere das Kapitel 5.2 widmet sich dem Aspekt der Datengewinnung und Quantifizierung von Systemparametern.

3.2.1 Relevante Strukturen der Planung

Die nun folgenden Strukturen müssen bei der Planung eines Distributionszentrums besonders berücksichtigt werden. Ihre Relevanz ist überaus wichtig, da diese Strukturen die Dimensionierung des Distributionszentrums mitbestimmen, sowie Einfluss auf die Zielsetzung und die Strategie des Distributionszentrums nehmen.

Kundenstruktur Hier stellt sich die Frage, wo sich die Kunden befinden und wie die Ver- bindung des Distributionszentrums mit den Kunden realisiert werden kann. Zusätz- lich sind für die effiziente Reaktion auf Kundenanforderungen die Bestellverfahren der Kunden relevant. Diese Fragen sind vor allem für die Wahl des Standortes des Distributionszentrums interessant.

Auftragsstruktur Hier wird der Focus auf die Zusammensetzung der Kundenaufträge ge- legt. Was wird überhaupt bestellt? Wann wird es bestellt? Und: Kommt es vor, daß bestimmte Waren immer zusammen bestellt werden?

Diese Fragen sollen die Produkte des Distributionszentrums abgrenzen, sowie das Bestellverhalten der Kunden beschreiben. Werden Waren zu gewissen Zeiten häufi- ger bestellt? Wie muss das Distributionszentrum mit seinen verschiedenen Bereichen dimensioniert werden, damit auch zu Spitzenzeiten der angestrebte Servicegrad ein- gehalten werden kann? Zusätzlich sind in diesem Zusammenhang eventuelle saisonale Schwankungen der Nachfrageseite zu berücksichtigen. Die Frage, ob bestimmte Ar- tikel häufig oder oft gemeinsam bestellt werden, gibt Auskunft darüber, wie die Artikel im Hochregallager eines Distributionszentrums angeordnet werden sollen. Ausserdem unterstützt diese Information den Entscheidungprozess über die Wahl des Kommissioniersystems.

Produktstruktur In diesem Zusammenhang müssen Fragen über die Bestands- und Nach- fragestruktur sowie die geometrischen Daten der Produktpalette geklärt werden. Vor allem die Gewichte und Abmessungen der Produkte müssen bei der Lagerung berücksichtigt werden. Erschwerend kommt hinzu, daß einige Produkte besonders gehandhabt werden müssen, wie zum Beispiel Tiefkühlkost oder zerbrechliche Ware. Durch diese spezielle Handhabung, kann sich das Anforderungsprofil an ein Distributionszentrum verändern.

3.3 Ziele eines Distributionszentrums

Das Ziel eines Distributionszentrums ist es dabei in erster Linie, die Wege zwischen den Produzenten und den Kunden effizienter und kostengünstiger zu gestalten. Durch die Bündelung teurer Sortier-, Sammel- und Verteilprozesse können die geforderten Kosten- degressionseffekte hervorgerufen werden. Die Einsparungen, die durch Bündelungen von Transporten hervorgerufen werden, müssen dabei die Aufwendungen eines Distributions- zentrums kompensieren.

3.4 Die Vor- und Nachteile eines Distributionszentrums

Natürlich bringt ein Distributionszentrum eine Reihe von Vorteilen, die die Existenz eines solchen rechtfertigen. Allerdings stehen dem auch eine Reihe von Nachteilen gegenüber. Diese Gegenüberstellung soll die Problematik bei der Erstellung eines Distributionszentrums abbilden (Arnold D. et al. 2004).

Ein Distributionszentrum bietet mehrere wichtige Vorteile:

- Die Waren für einen speziellen Kunden können im Distributionszentrum gesammelt und in einer Sendung ausgeliefert werden. Dies hat den Vorteil, daß die Transportko- sten der Warenverteilung gesenkt werden können. Vor allem das Bilden von Misch- paletten steigert die Effizienz eines Transportes und erhöht die Volumennutzung auf den LKW‘s.
- Durch die Einbindung eines Distributionszentrums in die Supply Chain wird die Anzahl der Transportwege geringer. Dadurch können Transportkosten eingespart werden.
- Desweiteren dient das Distributionszentrum als Puffer. Bestimmte Waren sind in der Beschaffung spürbar günstiger, wenn große Lose bestellt werden.
- Ein weiterer Vorteil der Puffer- beziehungsweise der Lagerfunktion liegt im Auffangen von Variabilitäten der Nachfrageseite, also der Kunden, und der Angebotsseite, der Zulieferer beziehungsweise der Produktionsstätten.
- Durch die meistens schnelle Umschlaghäufigkeit der eingelagerten Ware werden Kapitalbindungskosten gesenkt.
- Teure Prozesse, wie das Umverpacken, Sortieren, Umladen, Verpacken und Kom- missionieren, können an einem Ort realisiert werden. Große Investitionskosten fallen nur an einem Ort an. Durch diese Bündelung von Prozessen werden die benötigten Anlagen und Maschinen besser ausgelastet und dadurch der gesamte Prozessablauf effizienter gestaltet.
- Das Distributionszentrum eignet sich für “Cross Docking² “.
- Durch das Vernetzen mehreren Distributionszentren, im Sinne von “Hub-and-Spoke“³, kann ein leistungsfähiges und schnelles Distributionssystem gebildet werden.

Nachteilig ist allerdings Folgendes:

- Die Anlage selbst, sowie der Betrieb mit allen notwendigen technischen Hilfsmitteln und der Personaleinsatz, verursachen enorme Kosten.
- Betriebswirtschaftlich sinnvoll ist ein Distributionszentrum dann, wenn die erreichte Aufwandsersparnis bei der Belieferung der Kunden größer ist als die Gesamtkosten, die mit einer solchen Anlage verbunden sind.
- Die Planung, Realisierung und Optimierung eines Distributionszentrums ist langwierig und sehr kostenintensiv.

3.5 Der Aufbau eines Distributionszentrums

ÄusserlichisteinDistributionszentrumdaranzuerkennen,daßeseingroßes,imAllgemei- nen flaches Gebäude ist, mit zahlreichen Ladetoren und auch freien Flächen für die Bewe- gung und das Abstellen von LKW und/oder Wechselbrücken, Anhängern, Sattelaufliegern und Paletten oder anderen Ladehilfsmitteln. Üblicherweise ist ein Distributionszentrum so organisiert, daß in einem bestimmten Gebäudeteil die Warenannahme erfolgt und in einem anderen Teil die Fahrzeuge für die Distribution (Warenausgang/Versand) beladen werden.

Im Inneren des Distributionszentrums fallen markierte Flächen, viele Wege für Gabel- stapler und andere mobile Umschlageinrichtungen auf, häufig auch eine Sortieranlage. Tatsächlich werden über den Sorter “sortierfähige“ Waren an die Verladeorte und Kom- missionierflächen geschickt. Dabei handelt es sich in der Regel um Pakete oder Behälter mit Kleinartikeln. Zerbrechliche Waren wie Glas oder nicht ausreichend oder stabil verpackte Waren, sind kaum “sorterfähig“ und begrenzen damit die Möglichkeiten einer Nutzung der automatischen Kommissionierung oder einer automatischen Verpackung der Artikel. Alle anderen Waren, ob einzeln, palettiert oder in Gebinden, müssen mit Stapler, Hubwa- gen oder anderen Hilfsmitteln auf ihre richtigen Plätze gebracht werden. Bevor die Waren dann über das Distributionsnetz verteilt werden, müssen die Waren noch im Packbereich verpackt werden und die Warenausgangskontrolle überstehen. Immer mehr treten auch zusätzliche Serviceleistungen für den Kunden in den Vordergrund. “Tracking & Tracing“ ist eine davon und stellt die Sendungsverfolgung der Ware für den Kunden dar. Diese Leistung für den Kunden befindet sich auf einer informatorischen Ebene und wird in die- sem Zusammenhang nicht näher betrachtet. Alleine das Aufkleben oder Anbringen eines Barcodes⁴ betrifft in diesem Fall den Packbereich.

Im Einzelnen lassen sich in einem Distributionszentrum folgende Bereiche voneinander abgrenzen:

1. Wareneingang (1 + 2)

2. Lagerung (3 + 4 + 5)

3. Kommissionierung (6)

4. Packbereich (7)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3.2: Das Distributionszentrum

5. Warenausgang (8)

6. Versand (8)

Die verschiedenen Bereiche lassen sich auch in Abbildung 3.2 wieder finden (Martin H. 1979).

3.6 Interne Bereiche eines Distributionszentrums und deren Prozesse

Um ein Modell für die Dimensionierung des Packbereichs zu entwickeln, müssen zunächst die internen Prozesse eines Distributionszentrums und deren Einfluss auf den Packbereich erläutert werden. Zunächst werden alle internen Prozesse eines Distributionszentrums dar- gestellt, sowie die Eigenschaft und der grobe Ablauf dieser analysierten Prozesse skizziert. Im Anschluss daran werden die Wirkung und die Einflüsse auf den Packbereich diskutiert.

Folgende interne Prozesse, mit den jeweiligen Bereichen eines Distributionszentrums, konnten identifiziert werden:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

In Abbildung 3.3 werden die Prozesse und Bereiche eines Distributionszentrums grafisch, mittels eines Blockschemas, dargestellt (⇒ IFL - Universität Karlruhe 2005a).

3.6.1 Wareneingang

Das Ziel eines Distributionszentrums ist es, Warenströme zu bündeln, und zu koordinieren. Aus diesem Grund übt der Wareneingang eine Zusammenführungsfunktion aus. Um diese Zusammenführung zu koordinieren, müssen ankommende LKW‘s (oder andere Transportmittel) entladen werden. Zusätzlich wird die entladene Ware abgezählt und einer Wareneingangskontrolle unterzogen, um die Qualität der Waren zu prüfen und gegebenenfalls Reklamationen an den Zulieferer zu senden.

Bevor die angenommenen Waren eingelagert werden können, müssen sie unter Umständen noch umgepackt werden, falls das Lager des Distributionszentrums nur gewisse Standardgrößen an Ladungsträgern akzeptiert oder dafür ausgelegt ist und der Zulieferer dieser Anforderung an die Ladungsträger nicht gerecht werden kann.

Waren, die dringend im Versand, also im Warenausgang, benötigt werden, können per Cross Docking direkt vom Wareneingang in den Versand, oder Packbereich, befördert werden, ohne dabei die Möglichkeiten eines Lagers zu nutzen.

3.6.2 Lagerung

Neben der Fortbewegung der Güter, daß heißt derÜberbrückung von Raum, besteht die zweite orginäre Aufgabe von Materialflusssystemen in derÜberbrückung von Zeit. Der Begriff “Lagern“ wird folgendermaßen definiert (VDI 2411 1970): “Lagern bedeutet jedes

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3.3: Blockschema der Prozesse eines Distributionszentrums

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¹ Siehe Kapitel 4

² Siehe Abschnitt 1.3

³ Eine Wertschöpfungskette umfasst sämtliche Fertigungs- und Absatzstufen von der Rohstoffgewinnung über die Produktion bis zum Kundenservice und schließt die Funktionsbereiche Forschung und Ent-wicklung, Beschaffung, Fertigung und Absatz mit ein.

¹ Siehe Seite 19

¹ Zum Beispiel das Steiner-Weber-Modell, das Warehouse- und Hub-Location Problem

² “Cross Docking“, siehe Seite 13

³ Jedes Depot, beziehungsweise Distributionszentrum, wird speichenförmig mit einem Hub verbunden. Dies ist ein zentraler Umladepunkt, in dem die Ferntransporte synchronisiert ankommen, die Sendun- gen nach Zielregionen sortiert und umgeladen werden, so daß die Fahrzeuge zu ihren Ausgangsdepots zurückfahren können.

⁴ Barcodes sind pracktisch in allen offenen und geschlossenen Systemen in Erwägung zu ziehen, wenn manuell unterstützte oder vollautomatische Informationssysteme eingesetzt werden sollen. Die an die Umgebungsbedingungen einfach anpassbare Redundanz in Form der Strichlänge, die Vielzahl an lei- stungsfähigen und zugleich preisgünstigen Standardlesegeräten und die große Zahl realisierter Anwendungen machen den Barcode zum bevorzugten Datenträger (Naudascher U. 1993).