Verfahren zur simulationsgestützten Regelung der Kanban-Steuerung bei dynamischen Bedarfen

Dissertation / Doktorarbeit von Andreas Moritz

Einleitung:

Industrieunternehmen sehen sich durch den Werte- und Strukturwandel der Gesellschaft, Änderungen politischer Randbedingungen sowie wissenschaftlichen Neuerungen dynamischen, bisweilen sogar turbulenten Marktbedingungen ausgesetzt. Für die Unternehmen ergibt sich die Verpflichtung, den stetig wandelnden Anforderungen gerecht zu werden. Gesättigte regionale Märkte erzwingen die weltweite Ausweitung von Vertriebsaktivitäten. Zum einen ergeben sich durch die Globalisierung die Chancen eines vergrößerten Beschaffungs- und Absatzmarktes, zum anderen werden die Unternehmen zugleich mit bis zu 50% mehr Wettbewerbern als noch vor 6 Jahren konfrontiert. Für den Kunden ist diese Konkurrenzsituation von Vorteil: Er kann leichter seine Ansprüche an Produkte und Leistungen zu günstigen Konditionen durchsetzen. Für den Lieferanten, beispielhaft der deutsche Maschinenbau, spiegelt sich dieser Sachverhalt zahlenmäßig durch bis zu 60% kürzere Lieferzeiten und bis zu 50% niedrigere Marktpreise im Vergleich zu 1990 wider.

Die Gesamtheit der Veränderungen bewirken, dass Unternehmen komplexere, individuelle Kundenlösungen unter stark erhöhtem Zeit- und Kostendruck hervorbringen müssen. Auf die Erfüllung dieser Anforderungen wirken sich jedoch die Wettbewerbsnachteile in Deutschland negativ aus. Im Merkmal „Kosten pro geleisteter Arbeitsstunde“ liegt Deutschland im internationalen Vergleich an der Spitze. In einer Befragung von 681 Unternehmen nannten 85% resp. 68% der Unternehmen gesetzliche Lohnzusatzkosten und Steuerbelastungen als die Hauptwettbewerbsnachteile bezüglich der Kostensituation.

Um den komplexen und dynamischen Marktanforderungen gewinnbringend entgegenzutreten, müssen daher innerbetrieblich viel Flexibilität und Reaktionsgeschwindigkeit aufgebracht sowie gleichzeitig die Ressourcen effizient genutzt werden. In den Jahren bis 1991 war eine verstärkte Investitionstätigkeit in neue Maschinen und Anlagen zu beobachten. Die Ertragskraft der Unternehmen wurde bei weitem jedoch nicht den Ausgaben entsprechend gestärkt. Die weltweite MIT-Studie für die Automobilindustrie merkte in diesem Zusammenhang an:

„Die Automobilfabrik mit dem geringsten Automatisierungsgrad ist das effizienteste Werk auf der Welt. Erst wenn die schlanke Organisation steht, macht es Sinn, über die Automatisierungstechnologien nachzudenken!“ Durch diese Studie wurde der Begriff „lean production“ (schlanke Produktion) geprägt, die neben der rein technischen Verbesserung vor allem auf die organisatorische Optimierung der Produktions- und Leistungsprozesse sowie auf die Fokussierung der wertschöpfenden Prozesse abzielt. Daraus resultiert die in den letzten Jahren verstärkte Konzentration auf die Logistikfunktionen innerhalb der Wertschöpfungskette. Die logistische Leistungsfähigkeit eines Unternehmens wird sogar als eine der bedeutendsten Erfolgsfaktoren auf dem globalen, vernetzten Markt angesehen.

Das bei der Produktionslogistik vorliegende traditionelle Bestreben nach höchstmöglicher Auslastung ist dabei einer verstärkten Kundenorientierung bei gleichzeitiger Bestandsminimierung gewichen. Diese Ziele müssen ergänzt werden um das Merkmal „Reaktionsfähigkeit“. Um diesen Zielsetzungen Rechnung zu tragen, wird in verstärktem Maße das Just-in-time-Konzept eingesetzt. Dabei ist das gesamte Überdenken des Leistungserstellungsprozesses mit dem Ziel notwendig, möglichst nachfragegenau zu produzieren. Eine Schlüsselrolle beim Just-in-time-Konzept nimmt dabei die integrierte Informationsverarbeitung ein, da eine kundennahe Produktion Planungs- und Steuerungskonzepte erfordert, die eine Vereinfachung der Informations- und Koordinierungsaufgaben zum Ziel haben.

Im Rahmen dieser Konzeption gewinnt die Steuerung nach dem Kanban-Prinzip an Bedeutung. Autonome Fertigungsabschnitte regeln sich dabei über die Größe „Materialbestand“ selbständig; Produktionsautorisierungen für den jeweiligen Regelkreis stellen die sog. Kanban (-Karten) dar.

Eine wesentliche Einsatzvoraussetzung ist jedoch die Verstetigung des Bedarfsverlaufs und damit die Reduzierung von Mengenschwankungen. Vielfach finden sich in der Praxis jedoch Bedarfssituationen, die weit über die engen Toleranzen hinausgehen. Als Konsequenz ergeben sich entweder Materialflussabrisse, die den Servicegrad verringern, oder aber es entstehen unnötige Fertig- und Halbfabrikatbestände, welche durch Bestandskosten die Gesamtwirtschaftlichkeit reduzieren.

Die Beherrschung dynamischer Bedarfe, die auf ein Kanban-System wirken, ist daher eine notwendige Aufgabe, um den weiteren Einsatz und die Verbreitung des Kanban-Prinzips voranzutreiben.

Gang der Untersuchung:

Nachfolgend werden im Kapitel 2 grob die Aufgaben der Produktionsplanung und -steuerung vorgestellt. Sie helfen beim Verständnis und der Einordnung des Kanban-Prinzips, das detailliert in seinen wesentlichen Ausprägungen vorgestellt wird. Das Aufzeigen der Probleme bei schwankenden Bedarfen mündet in die Analyse vorhandener Lösungsansätze. Daraus lässt sich die Zielstellung dieser Arbeit ableiten.

In Kapitel 3 wird dann das Basiskonzept einer simulationsgestützten Regelung hergeleitet. Konsequent wird dabei der Regelungsgedanke aufgegriffen und die Struktur eines überlagerten Regelkreises aufgezeigt.

Kapitel 4 hat die Erweiterung des Konzeptes vor dem Hintergrund der Dynamik des Verbrauchsverhaltens zum Schwerpunkt. Für die bei der Großserien- und Massenfertigung gerade im Automobilzulieferbereich übliche Form der Liefereinteilung wird ein geeignetes Komponentenmodell des Bedarfsprozesses hergeleitet. Neben dem Ansatz zur Regelung im Falle einer deterministischen Komponente wird ein Verfahren zur Absicherung gegen eine zufällige Komponente erarbeitet.

In Kapitel 5 wird eine Konzeption zur DV-gestützten Verfahrensumsetzung aufgezeigt. Diese soll Applikationen in der betrieblichen Praxis ermöglichen. Dabei werden auch Hinweise für den praktischen Einsatz gegeben. Die experimentelle Validierung des Gesamtverfahrens und die Diskussion der Ergebnisse erfolgt in Kapitel 6.

Inhaltsverzeichnis: