Simulationsgestützte tzte Gestaltung effizienter Lieferketten. Diplomverteidigung. Christian Klukas. Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg

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1 Simulationsgestützte tzte Gestaltung effizienter Lieferketten Diplomverteidigung

2 Überblick Motivation und Ziel der Arbeit Ausgewählte Grundlagen der Gestaltung von Lieferketten Vorstellung des Simulators für die JIS- Belieferung Simulationsstudie Vorbereitung Durchführung Auswertung Fazit 2

3 Motivation Komplexität der Beschaffungsplanung steigt: Erhöhter Anteil an Fremdbezug von Bauteilen und -gruppen Kombinierter Verkehr (Bahn/Schiff/Lkw) Liberalisierte Märkte Gemeinsames Projekt VW-Wolfsburg IFF, Magdeburg zur Simulation der JIS-Belieferung 3

4 Ziele der Arbeit Erarbeiten einer Methodik zur Arbeit mit dem Tool, im Mittelpunkt steht die Planung effizienter Lieferketten Bestimmung relevanter Kennzahlen Beschreibung der Funktionalitäten der im Simulationspaket enthaltenen Module aus Sicht eines Simulationsanwenders Ausarbeiten einer Simulationsstudie, so dass die erarbeitete Methodik und auch das Simulationstool getestet werden können 4

5 Grundlagen der Gestaltung von Lieferketten: Definitionen Das Management der Lieferketten, das so genannte Supply Chain Management, umfasst die Auswahl, die Gestaltung, die Organisation und den Betrieb optimaler Lieferketten zur Versorgung von Bedarfsstellen oder Kunden aus den Liefer- oder Versandstellen. (Gudehus, 1999) Eine Lieferkette besteht aus einer Aneinanderreihung von Transportverbindungen und Zwischenstationen, sie verbindet Lieferstellen mit Empfangsstellen. 5

6 Just-In-Time Grundlagen der Gestaltung von Lieferketten: Just-In In-Time Just-In-Time im eigentlichen Sinn des Wortes ist die Rückwärtsterminierung einer Leistungskette ohne Zeitpuffer zwischen den einzelnen Bearbeitungsstellen. (Gudehus, 1999) Varianten JIT im weitesten Sinne Kurzzyklische JIT-Belieferung Sequenzgenaue JIT-Belieferung 6

7 Vorstellung des Simulationstools Anwendung von Simulationsmodellen für Die Aufdeckung von Schwachstellen Die detaillierte Evaluierung alternativer Strukturen Für Funktions- und Effizienztests vor einer Systemrealisierung Mögliche Nachteile Experimenteller Ansatz, führt nicht direkt zu optimalen Lösungen Je nach Detaillierungsgrad sehr teuer Entwicklung kann sehr lange dauern 7

8 Vorstellung des Simulationstools: Architektur Simulationstool für JIS - Belieferung Projektverwaltung (Excel- Arbeitsblatt, VBA-Code) MS-Access- Datenbank für Projektinformationen Dateisystemstruktur mit Simulatordaten Eingabe und Simulationssteuerung (Excel-Arbeitsblätter, VBA-Code) Simulationsparameter (TXT-Dateien) Simulation (dynamisch generiertes em-plant-modell) Simulationsplots (TXT-Dateien) Auswertung (Excel-Arbeitsblätter, VBA-Code) 8

9 Vorstellung des Simulationstools: Modellelemente des Lieferantenwerks Lieferantenwerk (L) Parameter Lieferantenlinie (LL) EP KM EP KP Schichtkalender, Losgröße, mittlere Rüst- und Produktionszeiten Tagesprogramm JIS-Abrufe EP PA AP Behältertyp Kapazität des Ausgangspuffers [Behälter] M2 M1 9

10 Ziele Vorbereitung der Simulationsexperimente Entwicklung von drei Testszenarien Erarbeiten einer Methodik zur Vorbereitung der Versuche Arbeitsschritte Strukturdefinitionen Produktionsprogramm und Schichtkalender festlegen Definition der Transportwege und Transportkapazitäten 10

11 Vorbereitung der Simulationsexperimente: Transportkapazitäten ten n LKW = t t LKWbereit LKWtakt t = t + 2 max( t ) + LKWbereit bel transport t entl Formel 1: Bestimmung der Lkw-Kanal-Kapazität In Formel 1 verwendete Variablen: t Lkwbereit erwartete maximale Rundlaufzeit der Lkw t Lkwtakt Zeit für die Produktion einer Wagenladung beim Lieferanten t bel,t entl zu berücksichtigende Zeiten für die Be- und Entladung max(t transport ) maximale Transportzeit 11

12 Vorbereitung der Simulationsexperimente: Testszenario 1 L1 KP1 LL1 KM1 PA1 Lkw1 (2) t L1M1 = min M1 ML1 504 GK/d L2 KM2 LL2 KP2 LL3 PA2 WH1 PA3 Lkw4 (2) t WH1M2 = min M2 ML2 504 GK/d Lkw2 (1) B1 (5) Lkw3 (1) t L2B1 =5-10 min t Lkw2Lkw3 = min t B1WH1 =5-10 min 12

13 Qualitative Ergebnisse Bestandsentwicklung Auslastung der Pufferflächen Lieferanten- und Montageabgänge 13

14 Qualitative Ergebnisse: Bestandsentwicklung in Szenario Bahn (B1) Warenhaus (WH1) LKW 2 L1 L2 M1 M2 WH1 LKW1 LKW2 LKW3 LKW4 B : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :00 14

15 Quantitative Ergebnisse Produktionszahlen Transporttätigkeiten Rundlaufzeiten Auslastung der Transportkapazitäten Warenhaus und Pufferflächen Maximale Auslastung, durchschnittliche Auslastung 15

16 Kosten Fertigungskosten Transportkosten Kosten für Warenhaus und Pufferflächen 16

17 Fazit (1/2) Das untersuchte Simulationstool stellt eine wesentliche Hilfestellung bei der Planung und Dimensionierung einer Logistikkette dar Entscheidend ist eine gute und umfassende Beschreibung der Modellelemente Ein ablauffähiges Modell kann in wesentlich schnellerer Zeit entworfen werden, wenn Überschlagsberechnungen für kritische Parameter erfolgen 17

18 Fazit (2/2) Verwendung von detaillierten Excel- Eingabemasken bringt große Vorteile hinsichtlich des Komforts und der Funktionalität Auswertungsroutinen müssen möglichst schnell arbeiten, um den Arbeitsfluss nicht zu stören Analyse der Vorgänge im Simulationsmodell, basierend auf Text-Plots und Diagrammen ist nur indirekt, mit höherem Aufwand möglich 18

19 --- weitere nicht verwendete Folien

20 Vorbereitung der Simulationsexperimente max. Lkw-Wartezeit Montagelinie MLx Montage Entladen, Ein- und Auslagern Transport im JIS-Kanal Einladen, Kommissionierung, Komplettierung, Palettierung Lieferantenlinie LLx -( max(t transport ) t kom +t kompl +t pal +t einlbeh (Zeiten für einen Behälter) Produktion GK t entl + t einlml + t auslml t Lkwtakt t LLstart =t MLstart t Vorlauf t MLstart Zeit 20

21 Strukturbildende und eingebaute Komponenten des Simulationstools L Lkw Bahn Lkw LL LL LL KM KP Transportkanal für Tagesprogramm- Lieferungen WH KM KP PA Transportkanal für JIS-Lieferungen ML ML ML ML M KP KP KP KP PA Lkw Bahn Lkw ML KP 21

22 Modellelemente des Warenhauses Warenhaus (WH) Lagerfläche Parameter Kapazität, Anfangsbestand [h] Fördergeräte EP KM EP KP Anzahl Fördergeräte, Dauer Ein- und Auslagerung Behältertyp EP PA AP Kapazität Ausgangspuffer Lkw-Lieferung durch Lieferantenwerke JIS-Abrufe der Montagewerke Lkw-Lieferung für Montagewerk (JIS) Kapazität Eingangspuffer 22

23 Modellelemente des Montagewerkes Montagewerk (M) Produktionsprogramm Tagesprogramm für nächsten Arbeitstag Zeitpunkt Karosse auf ML JIS- Abruf Montagelinie (ML) Montageplatz Montageplatz EP KP Montagepuffer Montageplatz Eingangspuffer (EP) Parameter Taktzeit Vorlaufzeit für JIS-Abruf Pufferkapazität Anzahl Transporter, Fahrtzeiten leer und beladen, Be- und Entladezeit Nicht-JIS- Lieferanten Warenhaus/ Lieferant Lkw Anlieferung Lkw Rückfahrt mit leeren Behältern Dauer der Ein- und Auslagerung 23

24 Vorlaufzeit t LLstart = t MLstart t entl t t LKWtakt einlml t t kom auslml t kompl t max( t pal t MLtransp bel max( t ) 15min transport ) mit t t t LKWtakt bel entl = t = n = n einlbeh BehKapLKW BehKapLKW t n entlbeh GKproBeh t MLtakt In Formel 1 verwendete Variablen: Formel 1: Bestimmung der Vorlaufzeit im JIS-Kanal t LLstart t MLstart t Lkwtakt t kom t kom t bel, t entl t einlml Schichtbeginn der Lieferantenlinie Schichtbeginn der Montagelinie Zeit für die Produktion einer Wagenladung beim Lieferanten Zeit für die Kommissionierung einer Grundkomponente Zeit für die Komplettierung einer Grundkomponente zu berücksichtigende Zeiten für die Be- und Entladung Zeit für die Einlagerung eines Behälters in den Montagewerk-Puffer t einlbeh, t entlbeh Zeiten für das Beladen und Entladen eines Behälters max(t transport ) maximale Transportzeit max(t MLtransp ) maximale Transportzeit beim innerbetrieblichen Transport n BehKapLkw n GKproBeh 15min Lkw-Transportvolumen in Behältern Maximal Anzahl Grundkomponenten im Behälter Sicherheitszuschlag entsprechend der Prüfroutine im Modell 24

25 Fahrtkosten Lkw und Bahn Szenario 1 LKW1 LKW2 LKW3 LKW4 Anzahl Fahrten gesamt Fahrstrecke [km] Kosten pro km [ ] 0,50 0,50 0,50 0,50 Fahrtkosten [ ] 7.720,00 63,00 56, ,00 B1 Szenario 1 Anzahl Fahrten gesamt 8 Fahrstrecke [km] 500 Anzahl Waggons je Zug 5 Kosten pro Waggon und km [ ] 0,50 Fahrtkosten [ ] ,00 25

26 Quantitative Ergebnisse: Rundlaufzeiten LKW1 LKW2 LKW3 LKW4 Szenario 1 81,9 20,0 53,9 86,5 Szenario 2 78,8 949,3 80,4 Szenario 3 79,6 20,0 169,2 94,5 Rundlaufzeiten (in Minuten) Gemessener Zyklus Rundlauf Z 1 + Z 2 = Z nutz warten Hinfahrt warten Rückfahrt t beladen entladen 26

27 Verlauf Produktion Lieferanten und Montagewerke Schichtpause ML1 L1 L1 L2 L2 M1 M1, M2 M Vorlaufzeit: 1h bzw. 36 Takte : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : : :40 27

28 Quantitative Ergebnisse Produktionszahlen Lieferant 1 Lieferant 2 Datum Szenario 1 Szenario 2 Szenario 3 Szenario 1 Szenario 2 Szenario

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