Entwurf eines Referenzmodells für Supply Netzwerke unter Verwendung des Holonen Ansatzes

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1 Entwurf eines Referenzmodells für Supply Netzwerke unter Verwendung des Holonen Ansatzes RICHARD PETERS MITTENWALDER STR BERLIN Technische Universität Berlin Fakultät IV Elektrotechnik und Informatik Institut für Quantitative Methoden Fachgebiet Systemanalyse und EDV Themen in diesem Artikel: Supply Chain Management Hierarchien, Holone und Holarchien Referenzmodell Evaluierung Wettbewerbskriterien I. Einleitung: Supply Netzwerke stellen dynamische, sehr komplexe Systeme mit multiplen Ein- und Ausgangsgrößen dar. Sie bergen in sich das Potential für die Minimierung aller erdenklichen Arten von Kosten, die bei der arbeitsteiligen Produktion von Gütern anfallen. Bei dem Versuch, diese Potentiale zu erschließen, tritt ein grundlegendes Problem zu Tage: die Beherrschung der Dynamik und der Komplexität solcher Systeme. Ausgehend von dem Gedanken, das alle lebenden Systeme hierarchisch geordnet sind und ebenfalls das Prinzip der dynamischen Rekonfiguration innerhalb dieser Hierarchien anwenden, wird in der Diplomarbeit auf die sich dieser Artikel bezieht ein System vorgestellt, dass nicht auf einer starren Hierarchie basiert, sondern dessen strukturelles Grundprinzip in der Veränderbarkeit und Anpassungsfähigkeit seiner Hierarchie beruht. Verschiedene Formen von Koordinations- und Weisungsstrukturen sollen nebeneinander, über- oder untergeordnet kombinierbar sein. In Arthur Koestler s Theorie über Systeme, in der ein System zugleich ein geschlossenes Ganzes als auch ein abhängiges Teilchen ist, stellen solche veränderbaren Hierarchien die Grundstruktur für den Zusammenhang von Systemen dar. Die Theorie dient der Diplomarbeit als philosophische und strukturelle Grundlage für die Formulierung eines Netzwerkmodells, das in der wirtschaftlichen Domäne des Supply Chain Management angesiedelt ist. Abb.1: Darstellung einer hierarichischen Anordnung von Holonen, genannt Holarchie. II. Supply Chain Management: Die Supply Chain Definition, die in dieser Arbeit gewählt wurde, schließt sich der Integration/Process School an und geht von einer aus einzelnen Prozessen aufgebauten Supply Chain aus. Diese Sichtweise entspricht dem integrierenden Charakter einer holonischen Strukturierung. Eine Supply Chain bzw. Versorgungskette beschreibt aus der Makroperspektive die schrittweise Transformation von Rohstoffen in Endprodukte und deren Abb.2: Prozesskette des SCOR- Modells

2 SEITE 2 Verkauf an die Konsumenten. Aus der Sicht des einzelnen Unternehmens (Mikroperspektive) beschreibt sie das Zusammenspiel mit vor- und nachgelagerten Unternehmen bei der Wertschöpfung [Delfmann/Albers 2000, S. 42]. Unterstützend wird bei der Ausarbeitung auf etablierte Modelle der Domäne zurückgegriffen, wie auf das SCOR-Modell (Supply-Chain Operations Reference Modell), ein Prozessreferenzmodell für das Supply Chain Management, und das Aufgabenmodell des scm-ctc (Supply Chain Management Competence & Transfer Center) des Fraunhofer Instituts, ein Modell, das auf dem SCOR-Modell basiert, aber seinen Fokus auf der softwaretechnischen Umsetzung von Supply Chain Prozessen hat. Ziel der Diplomarbeit ist die Erstellung eines Referenzmodells, das sowohl eine Planungs-, Gestaltungs- als auch Ausführungsunterstützung für die Domäne des Supply Chain Netwerk Management darstellt. Wichtig für dieses Ziel ist das Wissen um die Ziele des Supply Chain Managements und die damit verbundenen Probleme. Stein[2001] hat folgende Ziele des SCM aufgelistet: Orientierung am Nutzen des Endverbrauchers Schnellere Adaption von Marktveränderungen Schützen vor out-of-stock -Situationen Senken der Lagerkosten Standardisierung von logistischen Prozessen Höhere Planungseffizienz und kapazität Erschaffen einer win-win -Situation für alle Mitglieder der Supply Chain Reduktion von Transaktionskosten Andersson[2001] erwähnt noch zusätzlich folgende zwei Punkte: Erschaffen einer kollaborativen Kultur Einheitliche Leistungsmessung und vergleiche Deloitte [2003] hat einen Trend zur Komplexität festgestellt. Daraus ergibt sich als Ziel, die ansteigende Komplexität zu meistern. III. Der Holonen Ansatz: Koestler hat ein systemtheoretisches Modell einer Selbstregulierenden Offenen Hierarchischen Ordnung (SOHO) entworfen, aber nicht mit Hilfe einer mathematischen Symbolik, sondern in Form von Gleichnissen. Nach der Meinung Koestlers gab es zu der damaligen Zeit noch keine mathematische Symbolik für die von ihm formulierten Gedankengänge [Koestler 1970, S.221]. Koestler hat erkannt, dass alle komplexen Strukturen und einigermaßen stabilen Vorgänge eine hierarchische Struktur aufweisen, seien es lebende Organismen, soziale Gesamtheiten, unbelebte Systeme oder Verhaltensweisen [Koestler 1970, S.193]. Ein Hauptgrund dafür ist, dass komplexe Systeme sich in ungleich kürzerer Zeit aus einfachen Systemen entwickeln, wenn es stabile Zwischenformen gibt. Einfache Systeme, die erst stabile Zwischenformen durchlaufen und dann komplex werden, sind zwangsläufig hierarchische Systeme [Koestler 1970, S.195f.]. Hierarchien Hierarchien kann man als sich vertikal verzweigende Strukturen ansehen, deren Zweige sich mit denen anderer Hierarchien auf mannigfachen Niveaus verflechten und horizontale Netzgeflechte bilden: Verzweigungen und Verflechtungen sind komplementäre Prinzipien in der Architektur von Organismen und Sozialverbänden. [Koestler 1970, S.213] Das Etablieren einer Hierarchie bildet sowohl die Basis der Strukturierung, als auch der Kontrolle eines Systems. Typischerweise bieten Hierarchien einen Top-Down- Fluss von Befehlen (Output- Hierarchien) und einen Bottom- Up-Fluss von Informationen (Input-Hierarchien) an. In beiden Hierarchiearten ist das Prinzip des Feedbacks immanent vorhanden, ständig wird - wie im Regelkreis - das Ergebnis von Änderungen mit dem Ziel verglichen. Dieses hierarchisch organisierte Lebewesen, das ich bin, operiert in einer Hierarchie von Umwelten, gelenkt durch eine Hierarchie von Rückkopplungsmechanismen. [Koestler 1970, S. 204] Hierarchien werden zu meist als starre und unflexible Gebilde angesehen. Es gibt jedoch Ansätze, die dies nicht tun, z.b. dynamische Hierarchien oder der Holonen Ansatz. Das Holon vom hierarchischen Prinzip zum Holonen Ansatz An der evolutionären Stabilität der Untereinheiten komplexer Systeme in der Natur spiegelt sich ihre bemerkenswerte Autonomie oder Selbstständigkeit wieder. Jede Untereinheit ist in der Lage, als ein quasi unabhängiges Ganzes zu funktionieren. Sie sind Sub-Ganzes, die sich ihren untergeordneten Teilen gegenüber als abgeschlossenes Ganzes zeigen, in Bezug auf die übergeordneten Kontrollsysteme aber abhängige Teilchen darstellen [Koestler 1970, S.196]. Gerade dieser Teilchen-Ganzes Dualismus ist für Koestler überaus wichtig. Von der Bedeutung der Worte

3 SEITE 3 her stellt ein Teil etwas Fragmentarisches und Unvollständiges dar, dass für sich allein keine Existenzberechtigung aufweist. Das Teil von etwas zu sein, entspricht einer Tendenz zur Integration. Der Ausdruck Ganzes steht für etwas in sich Vollständiges, das keiner weiteren Erklärungen mehr bedarf. Für dieses Teil-Ganzes hat Koestler den Begriff Holon geprägt, abgeleitet vom griechischen holos = ganz, mit dem Suffix on (Neutron, Proton), das ein Teil andeutet [Koestler 1970, S.196f.]. Das Prinzip der Selbstregulation ist fundamental für das Konzept der Autonomie. Wenn ein Holon ein semiautonomes Teil-Ganzes darstellt, muss es mit Selbstregulierungsplänen ausgestattet sein. Mit anderen Worten, eine Handlung muss auf der einen Seite den eigenen internen Regeln entsprechen und auf der anderen Seite von beobachteten Variablen der Umwelt abhängen. Es muss ein konstanter Fluss an Informationen von dem Prozess der Handlungserfüllung zu dem Teil, der dies kontrolliert, geben. Eine Handlung muss permanent nachgeregelt werden, was dem Prinzip des Feedback Controls entspricht [Koestler 1976, S.97]. Autonomie- und Integrationstendenz Eine Grundlage für den Zusammenhalt, die Stabilität und die spezifischen Funktions- und Strukturmuster eines Holons, also seine Tendenz zur Autonomie, bilden Regeln oder besser gesagt ein Kanon aus diesen. Die Regeln beschreiben den Inhalt, die strukturelle Konfiguration und die Funktionsmuster eines Holons. Während Regeln die möglichen Handlungen eines Holons definieren, sucht die Strategie die jeweilige Handlung in Hinblick auf die Umweltvoraussetzungen aus. Ein Holon kann aus seinen Regeln eine Strategie zusammenstellen, die seinen eigenen Wünschen, Zielen, Interpretation der Umwelt etc. entspricht. Die zweite Haupttendenz eines Holons ist die Tendenz zur Integration in ein größeres Ganzes. Diese Tendenz ergibt sich aus dem Teilchen-Charakter eines Holons. Aus der Integrationstendenz leiten sich die Kooperations- und Kommunikationsfähigkeiten eines Holons ab. Abgrenzend ist noch zu erwähnen, dass nicht alles Komplexe ein Holon ist. Es muss schon eine hierarchische Ordnung besitzen und EINE HANDLUNG sowohl Regeln als auch Strategien MUSS sein eigen nennen. Ohne eine, wie PERMANENT auch immer geartete, Kommunikations- und Reaktionsfähigkeit ist NACHGEREGELT WERDEN. ebenfalls nicht von Holonen zu sprechen. Anhäufungen von Artefakten sind als solche keine Holone, aber sie können durchaus Bestandteil eines Holons sein (z.b. der Friedhof einer Ameisenkolonie oder der Kieshaufen einer Kiesgrube sind essentielle Bestandteile des jeweiligen Überholons). Selbstregulation Abb.3: Darstellung eines Unternehmenholons Holarchie Hierarchien von komplexen Systemen, in denen nicht nur einfache Verbindungsstrukturen, sonder auch heterarchische Subsysteme zu finden sind, werden von Koestler als Holarchien bezeichnet. Holarchien stellen eine Anordnung von Holonen dar, die hierarchisch miteinander verbunden sind, wobei jedes Holon an sich eine andere interne Struktur aufweisen kann. (siehe Abb.1auf Seite 1, o- ben). Die höheren Schichten einer Holarchie sind normalerweise nicht im direkten Kontakt mit den niedrigeren und umgekehrt. Signale werden über etablierte Kanäle übertragen von einer Schicht zur nächsten, ein Schritt zur Zeit, ob hoch oder runter. Ein Kurzschluss des Informationsflusses über mehrere Schichten hinweg kann zu verschiedensten Störungen des Systems führen [Koestler 1976, S.112]. Mit jedem Schritt aufwärts in der Holarchie zeigen Holone in zunehmenden Maß komplexere, flexiblere und weniger voraussagbare Verhaltensstrukturen, mit jedem Schritt abwärts trifft man zunehmend auf mechanisierte, stereotype und voraussagbare Verhaltensstrukturen. Das Holon und Supply Chain Management miteinander vereinbar? Die holonische Sichtweise dient dem Umgang mit komplexen Systemen. Supply Netze sind komplexe Systeme,

4 deren Komplexität nach der Deloitter Studie (2003) sogar noch weiter ansteigen wird. Abb.4: kurzfristige Verhandlungen IV. Das Modell: Das Modell gliedert sich in eine statische Sicht und eine dynamische, wobei der dynamischen das Hauptaugenmerk geschenkt wird. In der oberen Grafik eines Unternehmenholons sind fast alle Holone die für das Referenzmodell entworfen wurden dargestellt. Die genaue Beschreibung ist der Diplomarbeit Seite zu entnehmen. Im Gegensatz zu einer normalen statischen Sicht können sich Holone mit der Zeit verändern, z.b. könnte die Distribution ausgegliedert werden. System, genaueres ist auf den Seiten der Diplomarbeit zu finden. Evaluierung des Holonen Ansatzes anhand des Bullwhip-Effektes Abb.5: Darstellung des Materialflusses inklusive des begleitenden Informationsflusses Systemdynamik Erst das dynamische Verhalten des Supply Chain Netzwerkes lässt die wahre Komplexität des Systems erahnen. Dementsprechend wurde das dynamische Verhalten für kurzfristige Verhandlungen, den Materialfluss und seinem begleitenden Informationsfluss, das Auftragsmanagement, die Überwachungs- und Monitorfunktionalitäten und kooperative Planungsverflechtungen betrachtet. Die drei unteren Abbildungen (Abb.4-6) geben einen kleinen Einblick in das entworfene Als Bullwhip-Effekt werden Schwankungen innerhalb einer Lieferkette genannt, die trotz relativ konstanter Endkundennachfrage auftreten. Dem Effekt werden die folgenden Verursacher zugeschrieben: Aktualisierung der Absatzprognose, Bündelung von Aufträgen, Preisschwankungen und Rationing-and-Shortage Gaming [Delfman/ Albers 2000, S.30ff.]. Das hier gewählte Beispiel von Störk (2003) konzentriert sich auf die Konsequenzen, die durch die Bündelung von Aufträgen innerhalb der Kette entstehen. Die anderen Verursacher werden außen vorgelassen. In der Abb.7 das Aufschaukeln der Lagerbestände der einzelnen Stufen zu beobachten ausgehend bei einer Störung der Nachfrage von 3%. In der Abb.8 wird die veränderte Nachfrage kollaborativ an die Supply Chain Partner weitergegeben und der Bullwhip-Effekt tritt nicht auf. Das Beispiel ist stark Abb.6: kooperative Planungsaufgaben

5 SEITE 5 oben - Abb.7: Lagerbestand mit Bullwhipeffekt unten - Abb.8: Lagerbestand mit kollaborativer Planung. Es tritt kein Bullwhipeffekt auf. vereinfacht, verdeutlicht aber den Unterschied zwischen kollaborativer Planung und nicht abgestimmten Lagerhaltungspolitiken der einzelnen Supply Chain Mitglieder. V. Reflexion Das in der Diplomarbeit beschriebene Modell für Supply Netzwerke ist unter Verwendung des von Arthur Koestler entwickelten Holonen Ansatzes entworfen worden. Dieser Ansatz wurde bisher noch nicht so konsequent auf die Domäne des Supply Chain Management angewendet und bedarf deshalb weiterer, genauerer wissenschaftlicher Untersuchungen, insbesondere dann, wenn das reale System eine große Komplexität aufweist. Gerade die Entschärfung des Problems ansteigender Komplexität beim Management von Supply Netzen durch Strukturgebrauch stellt eine der großen Stärken dieses Ansatzes dar. Beurteilungskriterien des Wettbewerbes Innovationspotential: Malik (2003, S.5) kritisiert, dass die Literatur der Systemtheorie meist sehr oberflächlich bleibt, die praktischen Konsequenzen und Anwendungsmöglichkeiten werden kaum sichtbar gemacht. Diese Arbeit stellt eine konsequente Konkretisierung einer systemtheoretischen Idee in ein praxisnahes Modell dar. Das Modell birgt in sich sogar die Möglichkeit zur Erforschung emergenten Verhaltens und dynamischer Hierarchien. Insgesamt stellt die Arbeit einen neuen Strukturierungsansatz vor. Es fehlen nur noch die mit diesem Modell entwickelten Systeme ;-). Theorie: Der Theorieteil wurde ausführlich auf den Seiten 2 und 3 erläutert. Realitätsnähe: In letzter Zeit wird immer mehr Literatur zu dem Thema Supply Chain Management veröffentlicht. Es herrscht ein reges Interesse der Wirtschaft an diesem Thema. Durch die Wahl des SCOR-Modells und des scm-ctc des Fraunhoferinstituts wurden Quasistandards der Industrie berücksichtigt. Zu dem Thema holonic supply chain management sollte es schon auf den Net Objectdays 2002 einen Workshop geben, der aber mangels Veröffentlichungen nicht stattfand. Nutzen für Umwelt und Gesellschaft: 1. Eine besser koordinierte Lieferkette spart volkswirtschaftliche Kosten ein. Als größter Traum schwebt mir eine Open Source Umsetzung vor, die dann von jeden Unternehmen genutzt werden kann und einen Standard erschafft, in dem sich dann Firmen wie SAP, IBM und Microsoft eingliedern müssen. In Hinsicht auf Emergenz könnte man solch ein System vielleicht mit der Entwicklung der Schrift vergleichen, die auch erst aus wirtschaftlichen Gründen entstanden ist. 2. Die Gesellschaft wird für den Umgang mit komplexen Systemen geschult. Wirtschaftlichkeit: Neben dem eben erwähnten volkswirtschaftlichen Einsparungspotential werden die Lieferketten flexibler handhabbar. Insgesamt lebt ein Open Source Gedanke von den Kosteneinsparungen. [Andersson 2001] Andersson, J.: Tools for Improved Performance in the Supply Chain Experiences from a Software Development Project, Lund 2001 Am : [Delfmann/Albers 2000] W. Delfmann, S. Albers: Supply Chain Management in the Global Contex, Köln 2000 Am : [Deloitte 2003] Deloitte Toache Tohmatsu: The challenge of complexity in global manufacturing critical trends in supply chain management, Internet 2003 Am : 29.pdf [Koestler 1970] Koestler, A.: Jenseits von Atomismus und Holismus der Begriff des Holons, in: (Hrgs.) Koestler, A., (Hrgs.) Smythies, J.R.: Das neue Menschenbild Die Revolutionierung der Wissenschaft vom Leben, 1.Auflage, S , Wien 1970 [Koestler 1976] Koestler, A.: The Ghost in the machine, 1. amerikanische Auflage, New York 1976 [Stein 2001] Stein, H.: Collaborative Planning in Supply Chains: Empirical Evidence, Vienna 2001 [Störk 2003] Störk, J.: 10. Planungssysteme, Folienvortrag, Oldenburg 2003 Am : www-is.informatik.uni-oldenburg.de/~stoerk/lehre/planen03/ Planungssysteme_10.pdf [Malik 2003] Malik, F.: Strategie des Management komplexer Systeme - Ein Beitrag zur Management-Kybernetik evolutionärer Systeme, 8.Auflage, Bern 2003