Warehouse Management

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1 Warehouse Management

2 Michael ten Hompel Thorsten Schmidt Warehouse Management Organisation und Steuerung von Lager- und Kommissioniersystemen 4., neu bearbeitete Auflage 1 3

3 Professor Dr. Michael ten Hompel Fraunhofer-Institut für Materialfluss und Logistik (IML) Joseph-von-Fraunhofer-Str Dortmund Deutschland Professor Dr.-Ing. habil. Thorsten Schmidt Technische Universität Dresden Institut für Technische Logistik und Arbeitssysteme Helmholtzstraße Dresden Deutschland Ergänzendes Material zu diesem Buch finden Sie auf ISBN e-isbn DOI / Springer Heidelberg Dordrecht London New York Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2003, 2004, 2007, 2010 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung, vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig. Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Dieses Buch entstand mit freundlicher Unterstützung der Firma LinogistiX GmbH. Einbandentwurf: WMXDesign GmbH, Heidelberg Gedruckt auf säurefreiem Papier Springer ist Teil der Fachverlagsgruppe Springer Science+Business Media (

4 Vorwort Vorwort zur 4. Auflage Nach Überzeugung vieler Experten werden Service Orientierte Architekturen (SOA) zukünftig ein entscheidender Baustein zur Beherrschung der steten Komplexitätszunahme in der Logistik sein. Die nun vorliegende, vierte Auflage nimmt diesen aktuellen, nach unserer Überzeugung nachhaltigen Trend vertiefend auf und widmet sich in Kapitel 7 verstärkt diesen softwaretechnischen Aspekten. Schwerpunkt ist darin die Modellierung und Programmierung eines objektorientierten Warehouse Management System (WMS) in der Programmiersprache Java sowie die Einbettung in eine Service Orientierte Architektur. Die Vorteile der Service Orientierung werden durch die beispielhafte Erweiterung der Grundapplikation um ein Modul zur Anbindung eines Pick-By-Light Systems aufgezeigt. In der Praxis werden solche Erweiterungen zunehmend relevant, um neue Kapazitätsreserven zu erschließen. Mit dieser Aktualisierung möchten wir den dynamischen Entwicklungen im Bereich der Logistik-IT auch mit diesem Standardwerk am Ball bleiben und haben uns daher nach kurzer Zeitspanne zur einer neuen Auflage entschieden. Um diese und andere Funktionen anschaulich zu vermitteln, wird den Lesern auch mit dieser Ausgabe wieder eine Software zur Verfügung gestellt. Durch die freundliche Unterstützung der LinogistiX GmbH aus Dortmund steht den Lesern mit mywms LOS eine vollwertige SOA-Implementierung eines WMS auf Basis des Open-Source Rahmenwerks mywms zur Verfügung. Anhand dieses Schulungssystems werden die Funktionsweise eines WMS und speziell die Hauptprozesse Wareneingang, Kommissionierung und Warenausgang in manuellen Lägern veranschaulicht. Zielsetzung ist die Vermittlung der Grundfunktionen aus Anwendersicht. Neben dieser Schulungsversion ist mywms LOS unter der Open Source Lizenz GPL im Quelltext verfügbar und kostenlos nutzbar. Die Schulungsversion steht den Lesern unter zur Verfügung. Durch die Nutzung dieser Download-Plattform anstelle der bislang dem Buch beigefügten CD steht der jederzeitige Zugriff auf my- WMS LOS inklusive aller zukünftigen Aktualisierungen zur Verfügung. Dortmund, im Frühjahr 2010 Michael ten Hompel, Thorsten Schmidt

5 VI Vorwort zur 3. Auflage Heutige Lager- und Distributionssysteme stellen äußerst komplexe Knoten in den Wertschöpfungsketten dar und unterliegen einer Vielzahl von Zeit-, Kosten- und Qualitätsanforderungen. Der effiziente Betrieb eines solchen Systems ist für jeden Verantwortlichen eine stete und große Herausforderung. Durch die Fortschritte in der Rechner- und Steuerungstechnik geprägt, sind heute Steuerungs- und Verwaltungssysteme (Warehouse Managementsysteme, WMS) verfügbar, die einen effizienten Betrieb unter den zahlreichen Anforderungen überhaupt erst ermöglichen. Gleichzeitig sind diese Systeme zwangsläufig zu einem Komplexitätsgrad gereift, der die Anwender gelegentlich auch überfordert. Die Unterschiedlichkeit der angebotenen Lösungen und die Verschiedenartigkeit der Systemanforderungen fordern bei Gestaltung, Auswahl und Betrieb eines WMS umfassendes Wissen und Erfahrung. Es gilt eine verwirrende Vielfalt von Aspekten abzuwägen und umzusetzen, die bei der Auswahl eines solchen Systems entscheidend für Erfolg oder Misserfolg sein können. An dieser Stelle soll das Buch Überblick verschaffen und helfen, die richtige Entscheidung zu treffen. Es richtet sich unter anderem an Mitarbeiter, die mit der Auswahl und Spezifikation von Warehouse Managementsystemen befasst sind. Es werden Hintergründe, Potenziale, aber auch Gefahren und Lösungsstrategien aufgezeigt. Dadurch soll eine Basis für vergleichende Betrachtungen geschaffen werden. Ebenso soll das Buch Studenten der Logistik und Anfängern, die sich in diese Thematik einarbeiten, eine elementare Stütze sein. Die Ausrichtung dieses Buches ist praxisbezogen, ohne grundlegende Zusammenhänge zu vernachlässigen oder Spezialwissen vorauszusetzen. Die für das Verständnis grundlegenden Abläufe und Techniken werden daher umfassend dargestellt. Systementwicklern sollen gleichzeitig neue Anregungen geliefert werden. Dazu werden Probleme und Grenzen der derzeitigen Entwicklung aufgezeigt und neue Ansätze für Struktur und Aufbau von WMS gegeben. Dem Buch wird ein einfaches, aber lauffähiges und gut dokumentiertes WMS beigelegt, das der Open-Source Initiative mywms entstammt. Um das System auch ohne die sonst zwingend erforderlichen Eingangsdaten für einen einzelnen Anwender nutzbar zu machen, ermöglicht die dazugehörige Simulationsumgebung den autarken Betrieb auf einem handelsüblichen PC. Durch entsprechende Visualisierung werden so Betrieb, Funktion und Nutzen eines WMS erfahrbar. Diese Buch wäre sicher nicht ohne die freundliche und engagierte Unterstützung fachkundiger Helfer entstanden. Unser Dank gilt besonders und in alphabetischer Reihenfolge Hubert Büchter für seine grundlegenden Betrachtungen zu den Themen Informationstechnik und Design von Warehouse Managementsystemen.

6 VII Arnd Ciprina, der viele Gespräche mit Middleware-Anbietern geführt und die wesesentlichen Fakten zu diesem Thema zusammengetragen hat. Ulrich Franzke für seine Ausarbeitungen zu den Themen XML und Kommunikation sowie für seine Erläuterungen zum Datenmodell des im Buch vorgestellten WMS. Olaf Krause für seinen Beitrag zum Thema Software Engineering. Er ließ in seiner Rolle als Softwarearchitekt die Erfahrungen aus zahlreichen Industrie- und Forschungsprojekten einfließen. Dirk Liekenbrock, dem optimalen Fachmann für Steuerung und Optimierung. Oliver Wolf, der im Fraunhofer IML das Team warehouse logistics leitet, das jährlich die internationale Marktstudie Warehouse Management Systems ( durchführt. Sein Beitrag findet sich vor allem im Kapitel zum Thema Auswahl und Einführung von Warehouse Managementsystemen. Die konstruktive und freundliche Zusammenarbeit verschiedener Fachleute aus unterschiedlichen Fakultäten war ein entscheidender Faktor zum Gelingen diese Buches. Dafür vielen Dank. Ohne die tatkräftige Mitwirkung von Herrn Thomas Albrecht, Frau Susanne Grau, Herrn Jorgos Katsimitsoulias und Frau Sabine Priebs beim Satz und bei der Korrektur des Manuskriptes sowie der Erstellung der Abbildungen wäre die Bucherstellung ebensowenig möglich gewesen. Auch ihnen gilt unser herzlicher Dank. Die Intralogistik als identitätsstiftende und inhaltliche Klammer dieser Buchreihe spannt das Feld von der Organisation, Durchführung und Optimierung innerbetrieblicher Materialflüsse, die zwischen den unterschiedlichsten Logistikknoten stattfinden, über die dazugehörigen Informationsströme bis hin zum Warenumschlag in Industrie, Handel und öffentlichen Einrichtungen auf. Dabei steuert sie im Rahmen des Supply Chain Managements den gesamten Materialfluss entlang der Wertschöpfungskette. Innerhalb dieses Spektrums präsentieren und bearbeiten die Buchtitel der Reihe Intralogistik als eigenständige Grundlagenwerke thematisch fokussiert und eng verzahnt die zahlreichen Facetten dieser eigenständigen Disziplin und technischen Seite der Logistik. Dortmund, im Sommer 2007 Michael ten Hompel, Thorsten Schmidt

7 Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung Anforderungen Lagerhaltung Merkmale von Lagersystemen OptimierungvonLagersystemen Warehouse Management und Lagerverwaltung SystemschnittstellenundAbgrenzung AufbauundZieldesBuches Lagersysteme und Lagerverwaltung LogistischeRahmenbedingungen Logistik-Grundsätze VerpackungundLogistischeEinheiten FunktioneninLagersystemen Warenannahmeund-eingang Einlagerung Auslagerung Konsolidierungspunkt Kommissionierung Verpackung Versand WarehouseManagementsystem Lagerverwaltung Reorganisation Fördermittelverwaltung und Leitsysteme Datenerfassung, -aufbereitung und -visualisierung Inventur Basisdaten und Kennzahlen von Lagersystemen Basisdaten LogistischeKennzahlen Besondere AbläufeundVerfahrensweisen CrossDocking Outsourcing der physischen Distributions- und Lagerprozesse... 70

8 X Inhaltsverzeichnis Outsourcing der Software: Application Service Providing Grundlagen der Lager- und Fördertechnik Lagersysteme Bodenlager StatischeRegallagerung DynamischeRegallager Regalvorzone Fördersysteme Stetigförderer Unstetigförderer Sortier-undVerteilsysteme Einsatzfelder Grundsätzlicher Aufbau von Sortiersystemen Verteiltechniken Steuerung undstrategien RobotereinsatzinLagersystemen Palettierroboter Kommissionierroboter Grundlagen der betrieblichen Optimierung Optimierung in der Übersicht Hintergrund Einordnung der betrieblichen Optimierung Begriffe und Elemente der Disposition OptimierungsaufgabenimLager Transportoptimierung Bildung von Kommissionierreihenfolgen Routenplanung im Lager Übergreifende Auftragsdisposition Batchplanung Verfahren der Lösungsoptimierung Allgemeines Optimierungsverfahren im Überblick Beispiele bekannter Lösungsverfahren Informations- und Kommunikationstechnik Kommunikationstechnik Schichtenmodelle Protokolle Übertragungsmedien Netztypen und Internetworking Netzwerkadressen Beispiele Datenhaltung Prinzipien

9 Inhaltsverzeichnis XI Dateisysteme Datenbanken Datenverfügbarkeit Benutzerschnittstelle Endgeräte FunktionaleSicht Zugangskontrolle Internationalisierung HilfesystemeundHilfsdienste Betriebssysteme Aufgaben Prinzipien Programmiersprachen ÜbersetzerundInterpreter Sprachkonzepte Sprachgenerationen Sicherheitsaspekte Geheimhaltung Integritätssicherung Authentifizierung Echtheitsnachweis und elektronische Signatur Softwareengineering Softwarearchitekturen MonolithischeArchitektur Modularisierung Schichtung VerteilteSysteme KonfigurationundErweiterung Grundzüge der objektorientierten Programmierung Datenabstraktion KlassenundObjekte Vererbung EigenschaftenvonKlassen UnifiedModelingLanguage(UML) Middleware und Kommunikationsmechanismen Kommunikationspartner Kommunikationsmechanismen Application-Server(JavaEE) Service-orientierteArchitektur(SOA)

10 XII Inhaltsverzeichnis 7. Implementierung eines WMS am Beispiel mywms Datenmodell KlassischeRealisierungeinesWMS FunktionaleStruktur Tabellenstruktur Sicherung der logischen Integrität Anlegen und Abfragen von Stammdaten Implementierung mitmywms GrundsätzlicherAufbauvonmyWMS Geschäftsobjekte SOA Konzept von mywms LOS Laufzeitumgebung Beispielhaftes Distributionssystem/Referenzlager Beschreibung des manuellen Regallagers Beschreibung des automatischen Lagersystems ProzesseausAnwendersicht Erweiterungsszenarien ErgänzungeinesPick-By-LightSystems Anbindung der Fördertechnik und Steuerungstechnik Materialfluss Plug-In-Routing Kommunikation Fazit Auswahl und Einführung von WMS Kick-off:WMS-Projekt Projektmanagement/Qualitätssicherungsmaßnahmen Anforderungsdefinition Ist-Aufnahme Schwachstellen-Analyse EntwicklungSoll-Konzept Erstellung der Ausschreibungsunterlagen DefinitionLeistungsverzeichnis ErstellungLastenheft Komplettierung der Ausschreibungsunterlagen Auftragsvergabe Anbietervorauswahl Standort-/Lagerbesichtigung Angebotsvergleich Angebotspräsentation Referenzbesuche Anbieterauswahl Umsetzung Pflichtenhefterstellung

11 Inhaltsverzeichnis XIII Realisierung Inbetriebnahme Laborphase ÜbergangvomaltenzumneuenWMS Schulungsmaßnahmen Abnahme Leistungstest Simulation von Störfällen / Überprüfung von Notfallstrategien Verfügbarkeit FormaleAbnahme Anhang Überblick marktüblicher Technologien am Beispiel (Auto-ID) Middleware Microsoft SAP Oracle IBM SUN Microsystems Abkürzungsverzeichnis Literaturverzeichnis Sachverzeichnis