M.Sc. Andreas Martini ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachgebiet Logistik für Produktionsunternehmen an der Universität Siegen

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1 Martini, A.; Stache, U.; Trenker, F. Automatisierung von en Stand der Technik, Wirtschaftlichkeit und Zukunftsfähigkeit Dieser Beitrag beschreibt alternative Automatisierungskonzepte für Routenzugprozesse und kategorisiert diese hinsichtlich ihres Automatisierungsgrades. In zwei Fallbeispielen werden manuelle und automatisierte e dimensioniert und hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit miteinander verglichen. Im Anschluss wird verdeutlicht, wie mithilfe der Sensitivitätsanalyse eine Aussage über die Robustheit der Systeme gegenüber Transportbedarfsschwankungen möglich ist und wie diese Methode den Planungs- und Entscheidungsprozess unterstützen kann. Automation of internal milkrun systems State of the art, cost effectiveness and sustainability This paper describes alternative automation concepts for internal milkrun systems and provides a categorisation with regard to the level of automation. In two case studies manual and automated milkrun systems are dimensioned and compared concerning their cost effectiveness. Subsequently, a sensitivity analysis illustrates the systems' sensitivity related to the variation of the transportation demand and it is shown how the planning and decision-making process can be supported by this method. Autorenbiographie M.Sc. Andreas Martini ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachgebiet Logistik für Produktionsunternehmen an der Universität Siegen Univ.-Prof. Dr. Ulrich Stache ist Leiter des Fachgebietes Logistik für Produktionsunternehmen an der Universität Siegen Dipl.-Wirt.-Ing. Florian Trenker ist wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachgebiet Logistik für Produktionsunternehmen an der Universität Siegen Seite 1 von 13

2 1. Relevanz des Themas Die innerbetriebliche Materialver- und -entsorgung von Fertigungs- und Montagesystemen wird in zunehmendem Maße durch Routenzüge realisiert [1]. Diese ermöglichen einen hochfrequenten sowie wirtschaftlichen Materialtransport mit kleinen Losgrößen und können dadurch die Bestände in der Fertigung und Montage reduzieren. Die Senkung des Unfallrisikos im Vergleich zum klassischen Gabelstapler, die Umsetzung von Lean-Prinzipien im Rahmen ganzheitlicher Produktionssysteme und die Vision der staplerlosen Fabrik sind zudem Gründe für die Einführung von en auf Basis strategischer Entscheidungen. Aus der Fachliteratur sowie auch aus der betrieblichen Praxis geht hervor, dass die Transport- und Handhabungsprozesse in en überwiegend manuell durchgeführt werden. Führt man für diese Systeme eine Investitionsrechnung durch, zeigt sich oftmals, dass ein Großteil der über den Nutzungszeitraum anfallenden Kosten auf das erforderliche Personal zurückzuführen ist. Es stellt sich somit die Frage, ob und in welchem Umfang Effizienzsteigerungen durch die Automatisierung von Routenzugprozessen generiert werden können. 2. Grundlagen der Automatisierung Unter Automatisierung wird "das Ausrüsten einer Einrichtung, so dass sie ganz oder teilweise ohne Mitwirkung des Menschen bestimmungsgemäß arbeitet" verstanden [2]. Dabei kann je nach Umfang der Übernahme von Steuerungs- und Regelungsaufgaben durch die Maschine von Teil- oder Vollautomatisierung gesprochen werden [3]. Diese Unterscheidung ist maßgeblich für den erforderlichen Personaleinsatz im Rahmen eines Routenzugprozesses, weshalb auch bei der Beschreibung und Kategorisierung der technischen Realisierungsmöglichkeiten auf diesen Aspekt eingegangen wird. Mögliche Gründe für eine Automatisierung bzw. die damit zu erreichenden Ziele können sein: - Kostenreduktion - Standardisierung von Prozessen und Abläufen - Erhöhung der Systemleistung (Durchsatz) - Einsparung von Personal - Verringerung der körperlichen Belastung der Mitarbeiter Als allgemeine Vorteile der Automatisierung lassen sich die im Vergleich zu manuellen Tätigkeiten häufig geringen Betriebskosten, die hohen Bearbeitungs- und Handhabungsgeschwindigkeiten sowie die hohe Verfügbarkeit der Maschinen aufführen. Demgegenüber sind als wesentliche Nachteile die in der Regel hohen Investitionskosten, die hohen Ausfallkosten sowie die geringe Flexibilität zu nennen. Inwieweit diese Vor- und Nachteile auch für Routenzugprozesse zutreffend sind, wird im weiteren Verlauf diskutiert. 3. Automatisierungskonzepte für Routenzugprozesse Innerhalb eines s lassen sich grundsätzlich die Prozesse Kommissionierung, Be- und Entladung, Fahrt und Steuerung unterscheiden [4], wobei diese weitestgehend unabhängig voneinander und in unterschiedlichen Stufen automatisierbar sind. Seite 2 von 13

3 Kommissionierung Die Automatisierung des Kommissionierprozesses erfolgt in automatischen Lagern durch Realisierung des Ware-zum-Mann Prinzips (dynamische Kommissionierung) [5]. Eine technische Umsetzung ist zum Beispiel durch automatische Kleinteilelager (AKL) oder automatisierte Lager für Großladungsträger (GLT) möglich [6]. Die automatisierte Kommissionierung soll im Folgenden nicht näher betrachtet werden, da im Zusammenhang mit en die Beladung als Schnittstelle zwischen Kommissionierung und Fahrt maßgeblich ist. Be- und Entladung Auch bei der Beladung lassen sich die Prozesse für Kleinladungsträger (KLT) und Großladungsträger (GLT) unterscheiden. Für die KLT-Beladung können Durchlaufregale eingesetzt werden, bei denen die Ladungsträger auf geneigten Rollenbahnen stehen (shooter rack). Der Anhängeraufbau wird in gleicher Weise realisiert. Mit Hilfe von Sensoren wird die korrekte Positionierung des Anhängers festgestellt, anschließend die Arretierungen der Ladungsträger gelöst und somit die Übergabe mittels Schwerkraft ausgeführt. Eine weitere Möglichkeit der Übergabe besteht durch den Antrieb der Rollenbahnen oder durch unterschiedliche, mechanisierte Lösungsalternativen (z.b. Teleskopbandförderer). Die automatisierte Beladung des Routenzuges mit GLT kann sowohl teilautomatisiert als auch vollautomatisiert erfolgen. Die teilautomatisierten Konzepte lassen sich wiederum in zwei Kategorien unterteilen. Die Konzepte der ersten Kategorie umfassen die automatische Beladung von fahrbaren Gestellen mit GLT durch Umsetzstationen. Diese werden technisch z.b. durch horizontal dreh- oder verfahrbare Lastaufnahmemittel realisiert. Die Bereitstellung sowie die Entnahme der Gestelle erfolgt hingegen manuell. Die zweite Kategorie umfasst die teilautomatisierte Beladung von Routenzügen mit Gestellen durch in den Anhängern integrierte teleskopierbare Lastaufnahmemittel. Die vorhergehende Beladung der Gestelle kann wiederum manuell oder automatisiert erfolgen. Die Abbildung 1 zeigt beispielhaft das von LR Intralogistik entwickelte System zur automatischen Beund Entladung von E-Rahmen der Firma STILL. Dabei können bis zu vier automatisierte E-Rahmen (auch C-Rahmen möglich) an einem aufgerüsteten Schlepper des Typs CX-T betrieben werden. Nach der Positionierung des Routenzuges mittels Laserpointer und Haltestellenmarkierung kann der Fahrer vom Schlepper aus die Beladung der Anhänger steuern. Je nach Ausführung lassen sich unterschiedliche Ladungsträger und Trolleydimensionen mit Ladungen bis zu kg (C-Rahmen: kg) aufnehmen. Die Beladung der auf definierten Positionen abzustellenden Ladungsträger/Trolleys dauert ca. 25 Sekunden. [7] Bei vollautomatisierten Beladungskonzepten erfolgt die Direktbeladung von Anhängern mit GLT. Dies kann durch die bereits erwähnten Lösungsmöglichkeiten für Umsetzstationen oder Lastaufnahmemittel mit vorgelagerten Pufferstrecken (z.b. Rollenbahnen) erreicht werden. Die Übergabe wird jeweils ausgelöst, sobald die Sensoren die korrekte Position des Anhängers festgestellt haben. Eine weitere Möglichkeit bietet die Integration teleskopierbarer Lastaufnahmemittel in die Anhänger und das Aufnehmen der GLT beispielsweise von Rollenbahnen. Seite 3 von 13

4 Abbildung 1: Automatisierung von E-Rahmen der Firma STILL (Quelle: LR Intralogistik GmbH) In Abbildung 2 ist ein Konzept zur vollautomatischen Be- und Entladung von Routenzügen der Firma M.W.B. GmbH dargestellt. Auf vier Rollenbahnen werden GLT bereitgestellt und von vier verfahrbaren Teleskop-Hubtischen auf den positionierten Routenzug geladen. Der Abtransport von Leergut wird durch eine separate Rollenbahn gewährleistet. [8] Abbildung 2: Vollautomatisches System zur Be- und Entladung von Routenzügen (Quelle: M.W.B. GmbH) Die oben beschriebenen technischen Realisierungsmöglichkeiten für automatisierte Beladungsvorgänge können generell auch für die Entladung verwendet werden. Zu beachten ist allerdings, dass die Be- und Entladungskonzepte unabhängig voneinander realisiert werden können. Es ist beispielsweise möglich, dass eine automatisierte Beladung des Routenzuges erfolgt, die Entladung hingegen manuell vom Routenzugfahrer durchgeführt wird. Der umgekehrte Fall ist ebenfalls denkbar, in der Praxis allerdings kaum anzutreffen. Seite 4 von 13

5 Fahrt Die technischen Lösungen für die Automatisierung der Fahrt des Routenzuges werden grundsätzlich von den bekannten Realisierungen aus dem Bereich fahrerloser Transportsysteme (FTS) adaptiert. Maßgeblich ist in diesem Zusammenhang die Spurführung des Routenzuges. Praktisch relevant für den innerbetrieblichen Transport sind die Konzepte der Koppelnavigation, die optische Spurführung mittels aufgeklebter Fahrspur, die induktive Spurführung mittels Leitdraht, die Transpondernavigation, die Lasernavigation sowie die Umgebungsabtastung [6]. Der Transport außerhalb geschlossener Räume wird häufig mittels GPS-Technik realisiert. Der wesentliche Unterschied der automatisierten Fahrt von Routenzügen im Vergleich zu fahrerlosen Transportfahrzeugen (FTF) liegt in der eindeutig definierten Fahrtrichtung von Routenzügen. Mit diesen ist eine Rückwärtsfahrt derzeit noch nicht möglich. Steuerung Die Steuerung innerhalb von en lässt sich zum einen in die Fahrzeugsteuerung und zum anderen in die Nachschubsteuerung untergliedern. Die automatische Fahrzeugsteuerung übernimmt dabei die Aufgaben der Verkehrsregelung und Einsatzsteuerung der Routenzüge zur Abwicklung von Transportaufträgen (beinhaltet die Steuerung der Abfahrtszeiten) sowie auch die Übermittlung von Informationen zu Fahrt, Be- und Entladung [6]. Die Nachschubsteuerung kann in die bedarfsgesteuerte und die verbrauchsgesteuerte Bedarfsauslösung unterteilt werden. Bei der bedarfsgesteuerten Bedarfsauslösung werden die Informationen zum Produktionsprogramm automatisch an den Materialflussrechner übermittelt, der diese bei der Fahrzeugsteuerung berücksichtigt. Die Verbrauchssteuerung ermöglicht im teilautomatisierten Konzept die elektronische Übermittlung und automatische Weiterverarbeitung der Bedarfsinformationen, wobei diese durch einen Mitarbeiter z.b. durch Barcode-Scanner manuell erfasst werden (E-Kanban). Der vollautomatisierte Prozess ist hingegen gekennzeichnet durch eine zusätzlich automatisierte Erfassung der Entnahme von Ladungsträgern aus dem Regal am Bedarfsort durch Sensoren. Die Abbildung 3 fasst noch einmal die beschriebenen Automatisierungsmöglichkeiten für die Prozesse Kommissionierung, Be- und Entladung, Fahrt sowie Steuerung übersichtlich zusammen. 4. Beispielhafte Dimensionierung und Wirtschaftlichkeitsbetrachtung Um die Wirtschaftlichkeit von automatisierten en beurteilen zu können, sind individuelle Investitionsrechnungen erforderlich. Eine pauschale Aussage über den sinnvollen Einsatz von automatisierten oder teilautomatisierten Systemen ist aufgrund einer Vielzahl von spezifischen Randbedingungen nicht möglich. Im Folgenden soll jeweils anhand von zwei Fallbeispielen mit unterschiedlichen Eingangsparametern die Wirtschaftlichkeit eines vollautomatisierten Routenzuges im Vergleich zu einem manuellen beurteilt werden. Fallbeispiel 1: Materialversorgung von Montagelinien mit KLT Es sind drei parallel angeordnete Montagelinien im Dreischichtbetrieb mit KLT aus einem AKL zu versorgen. Die Nachschubsteuerung wird durch ein Mehr-Behälter-System realisiert, wobei die Anzahl der Pufferplätze der maximalen Behälteranzahl je Station entspricht. Der Gesamtbedarf beträgt 65 KLT/Stunde. Die Route ist festgelegt und umfasst alle zu beliefernden Stationen der Montagelinien. Seite 5 von 13

6 Abbildung 3: Kategorisierung der Automatisierungsmöglichkeiten von Routenzugprozessen Die Technikauswahl führt zu einem Schlepper mit einer durchschnittlichen Fahrgeschwindigkeit von 2 m/s bei der manuellen Bedienung durch einen Fahrer. Automatisierte Schlepper können mit einer maximalen Geschwindigkeit von ca. 1 m/s betrieben werden. Durch die notwendige Reduzierung der Geschwindigkeit bei Kurvenfahrten sowie Brems- und Beschleunigungsvorgängen ergibt sich in der Praxis allerdings nur eine erreichbare durchschnittliche Geschwindigkeit von ca. 0,7 m/s. Im manuellen kommen KLT-Etagenwagen zum Einsatz, die standardmäßig im Handel erhältlich sind. Bei der automatisierten Lösung ist ein Sonderbau erforderlich, da die Anhänger mit geneigten Rollenbahnen sowie Sensortechnik ausgestattet werden müssen. Dadurch reduziert sich die Kapazität des Anhängers von neun auf sechs KLT. Die Anzahl der Anhänger je Routenzug wird aus Sicherheitsgründen auf vier begrenzt. Die resultierenden Prozesszeiten für die Beladung, den Behälterwechsel sowie die Leergutabgabe können der Abbildung 4 entnommen werden. Es ist zu beachten, dass beim automatisierten die Beladung sowie die Leergutabgabe pro Halt jeweils pauschal 20 s in Anspruch nehmen. Dies ist dem Umstand geschuldet, dass alle Anhänger und alle Ebenen der Etagenwagen zeitgleich be- und entladen werden können. Fallbeispiel 2: Materialversorgung von Fertigungsinseln mit GLT Es sind insgesamt neun Fertigungsinseln im Dreischichtbetrieb mit GLT (Paletten bzw. Gitterboxen auf fahrbaren Gestellen) aus dem Wareneingang zu versorgen. Der Bedarf beträgt 15 GLT/Stunde. Die Route ist festgelegt und umfasst alle neun Fertigungsinseln. Bei jeder Anfahrt einer Fertigungsinsel zur Versorgung mit einem GLT wird jeweils ein Gestell mit Fertigmaterial aufgenommen und zum Warenausgang transportiert. Die Gestelle mit Fertigwaren werden jeweils in FIFO-Regalen an den Fertigungsinseln gepuffert. Seite 6 von 13

7 Systembeschreibung Fallbeispiel 1 Versorgung Montagelinien mit KLT Fallbeispiel 2 Versorgung Fertigungsinseln mit GLT Merkmal Manuelles Automatisiertes Manuelles Automatisiertes Streckenlänge Bedarf pro Stunde Durchschnittliche Fahrgeschwindigkeit 2 m/s 500 m 65 KLT/Stunde 0,7 m/s 2 m/s 500 m 15 GLT/Stunde 0,8 m/s Anhängertyp Etagenwagen E-Rahmen für verfahrbare Gestelle (inkl. Etagenwagen (mit E-Rahmen für geneigter Rollenbahn) verfahrbare Gestelle Lastaufnahmemittel) Anhängerkapazität 9 KLT 6 KLT 1 GLT Anzahl Anhänger 4 Anhänger/Routenzug 4 Anhänger/Routenzug Beladezeit 10 s/klt 20 s/routenzug 30 s/glt 60 s/routenzug Zeit für Behälterwechsel je Station 10 s/klt 45 s/glt 90 s/glt Zeit für Leergut-/Fertigwarenabgabe 5 s/klt 20 s/routenzug 30 s/glt 60 s/routenzug Merkmal Produktion Anzahl Schichten Lohnkosten Verteilzeitfaktor Manuelles Prämissen Automatisiertes Manuelles /Jahr /Jahr 12% 12% Automatisiertes Schlepper Anhänger Wechselbatterie Ladestation Infrastruktur & Umbau Anlagensteuerung Projektkosten & Inbetriebnahme Betriebskosten 2) kalkulatorische Zinsen Wartung/Instandhaltung Energie Nutzungsdauer Schlepper, Batterie, Anhänger Nutzungsdauer Ladestation Nutzungsdauer Infrastruktur, Umbau, Anlagensteuerung 1) Quelle: Herstellerbefragung 2) Quelle: Fachliteratur und AfA-Tabelle des Bundesfinanzminsteriums 6% 10% 0,2 /kwh 8 Jahre 15 Jahre Abbildung 4: Systembeschreibung und Prämissen der Fallbeispiele 6% 10% 0,2 /kwh 8 Jahre 15 Jahre - 8 Jahre - 8 Jahre Im Gegensatz zur KLT-Versorgung beträgt die durchschnittliche Fahrgeschwindigkeit bei der automatisierten GLT-Versorgung 0,8 m/s. Das lässt sich durch die geringere Anzahl der Behälterwechsel je Tour begründen. Als Anhängertyp werden E-Rahmen für verfahrbare Gestelle verwendet. Diese werden von Herstellern mit integrierten Lastaufnahmemitteln für die automatisierte Be- und Entladung angeboten. Seite 7 von 13

8 Die Prozesszeiten für die Be- und Entladung der Anhänger sind im Vergleich zu Fallbeispiel 1 durchgängig höher, da die Handhabung der Gestelle aufwändiger ist. Die Behälterwechselzeit des automatisierten Systems ist zudem größer, da die zu liefernden und abzuholenden Behälter nicht an der gleichen Station bereitgestellt werden können. Somit ist ein zusätzlicher Zeitbedarf für das Anfahren einer weiteren Station erforderlich. In Abbildung 5 sind die Ergebnisse der Dimensionierung sowie der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung dargestellt. Im Fallbeispiel 1 (KLT-Versorgung) weist die automatisierte Routenzuglösung eine Amortisationszeit von 2,7 Jahren auf (Anmerkung: Jeweils Vergleich des automatisierten und manuellen s durch Berechnung des abgezinsten Kapitalwertes). Die jährlichen Gesamtkosten betragen mit nur ca. 54% der jährlichen Gesamtkosten der manuellen Lösung. Dieses Potenzial beruht vor allem auf der Einsparung von Personalkosten im dreischichtigen Betrieb der Anlage. Die Ergebnisse für das Fallbeispiel 2 (GLT-Versorgung) lassen ebenfalls geringere jährliche Gesamtkosten in Höhe von beim automatisierten erkennen. Das Einsparungspotenzial im Vergleich zum manuellen beträgt hier ca. 40%. Im Resultat ergeben sich eine sehr hohe Kapitalbindung durch die Investitionen sowie eine Amortisationsdauer von 3,2 Jahren, was ein leicht erhöhtes Risiko hinsichtlich der Kapitalrückgewinnung bedeutet (abnehmende Prognosegenauigkeit mit steigendem Betrachtungshorizont). Berechnungsergebnisse Fallbeispiel 1 Versorgung Montagelinien mit KLT Manuelles Automatisiertes Abbildung 5: Berechnungsergebnisse der Fallbeispiele Fallbeispiel 2 Versorgung Fertigungsinseln mit GLT Manuelles Automatisiertes Dimensionierung Anzahl Fahrzeuge Anzahl Touren pro Stunde Zeitliche Auslastung 1) 66% 91% 94% 67% Kapazitive Auslastung 2) 90% 90% 94% 94% Wirtschaftlichkeit Investitionskosten Betriebskosten 3) Amortisationsdauer - 2,7 Jahre - 3,2 Jahre Jährliche Gesamtkosten (inkl. Abschreibung) Hinweis: Markiert ist das jeweils kostengünstigere System der Fallbeispiele in Bezug auf das entsprechende Merkmal! 1) Anteil der Zykluszeit an der zur Verfügung stehenden Gesamtzeit der Routenzüge 2) Anteil der durch Ladeeinheiten belegten Kapaztität an der Gesamtkapazität der Routenzüge 3) Annahme: Die Hälfte der nicht genutzten Zeit (100% - zeitliche Auslastung) kann der Routenzugfahrer für andere Tätigkeiten eingesetzt werden. Diese Kosten werden nicht dem Routenzugprozess zugeordnet! In der betrieblichen Praxis werden Investitionsentscheidungen häufig auf der Basis von Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen in der hier dargestellten Art und Weise getroffen [9]. Demnach ist für das Fallbeispiel 1 ein automatisierter Routenzug die wirtschaftlich günstigere Lösung, während im zweiten Fall voraussichtlich der manuelle Routenzug aufgrund deutlich geringerer Investitionskosten und eines geringeren Seite 8 von 13

9 Risikos bevorzugt würde. Das Treffen einer Investitionsentscheidung alleine auf der Grundlage von Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen ist allerdings nicht empfehlenswert, da technische Kennzahlen der Systeme (z.b. zeitliche und kapazitive Auslastungen) und somit auch die Robustheit der getroffenen Entscheidung außer Acht gelassen werden. Der dritte Teil dieses Artikels verdeutlicht, wie mithilfe von Sensitivitätsanalysen der Entscheidungsprozess maßgeblich unterstützt werden kann. 5. Beispiel einer Sensitivitätsanalyse Mithilfe der Sensitivitätsanalyse lassen sich die Auswirkungen der Änderung eines Eingangsparameters auf die Zielgrößen eines Systems ermitteln. Dadurch sind Aussagen über das Systemverhalten bei Schwankungen der Eingangsgrößen der Planung möglich [10]. In den Abbildungen 6 a) und b) sind beispielhaft die Ergebnisse der Sensitivitätsanalyse für die Variation des Transportbedarfs pro Stunde bei einem KLT- beziehungsweise einem GLT- dargestellt. Es sind jeweils die Zielgrößen der Dimensionierung und der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung in separaten Diagrammen über dem durchschnittlichen Bedarf pro Stunde aufgetragen. Dieser wurde in beiden Fällen auf 200% erhöht, um die Robustheit der e hinsichtlich eines zukünftigen Absatzwachstums beurteilen zu können. Ergebnisse Fallbeispiel 1 Vergleicht man die Ergebnisse der Wirtschaftlichkeitsbetrachtung, ist zunächst ersichtlich, dass die Investitionskosten bei der automatisierten Lösung im gesamten Betrachtungsbereich erwartungsgemäß weitaus größer sind als bei der manuellen Lösung. Die Investitionskosten steigen ab einem Bedarf von 73 KLT/Stunde auf an, da ein zusätzlicher Routenzug bei der automatisierten Lösung erforderlich ist. Die Amortisationsdauer steigt hierdurch auf 3,2 Jahre. Ab einem durchschnittlichen Bedarf von 90 KLT/Stunde ist jedoch auch bei der manuellen Versorgung ein zusätzlicher Routenzug (inklusive Fahrer) erforderlich, was zu einem sprunghaften Anstieg der Betriebs- und jährlichen Gesamtkosten auf bzw. knapp führt. Damit einhergehend sinkt die Amortisationszeit auf 1,5 Jahre. Bis zu einem Bedarf von 130 KLT/Stunde betragen die jährlichen Gesamtkosten des automatisierten s konstant , wohingegen die jährlichen Gesamtkosten bei der manuellen Versorgung bis auf nahezu steigen. Dieser Anstieg ist darauf zurückzuführen, dass die Betriebskosten bei der manuellen Versorgung von der zeitlichen Auslastung des Routenzugfahrers abhängig sind, während sie bei der automatisierten Versorgung lediglich von der Anzahl der Fahrzeuge abhängen. Die Ergebnisse der Dimensionierung machen deutlich, dass die Anzahl der erforderlichen Fahrzeuge maßgeblich von der zeitlichen Auslastung abhängig ist. Übersteigt die Routendauer bei der Dimensionierung die erforderliche Zykluszeit, ist ein zusätzlicher Routenzug notwendig, wodurch die zeitliche Auslastung sprunghaft sinkt. Des Weiteren ist erkennbar, dass die Anzahl der erforderlichen Touren von der kapazitiven Auslastung abhängig ist. Es muss jeweils eine weitere Tour gefahren werden, sobald die kapazitive Auslastungsgrenze erreicht wird. Bemerkenswert ist dabei, dass häufigere Fahrten nicht zwangsläufig mit einer Zunahme der Anzahl der erforderlichen Routenzüge einhergehen. In der Praxis ist dies insofern relevant, als dass unter Umständen die Systemleistung bereits durch eine Erhöhung der Anzahl der Touren bei gleichzeitiger Reduzierung der Transportkapazität je Tour gesteigert werden kann. Zu beachten ist in diesem Fallbeispiel, dass die Anzahl der erforderlichen Touren bei der Automatisierungslösung schneller steigt, was auf die geringere Transportkapazität zurückzuführen ist. Seite 9 von 13

10 Abbildung 6 a): Ergebnisse der Sensitivitätsanalyse für die Variation des Transportbedarfs pro Stunde bei der KLT-Versorgung (schrittweise Erhöhung um 5 KLT/Stunde) Abbildung 6 b): Ergebnisse der Sensitivitätsanalyse für die Variation des Transportbedarfs pro Stunde bei der GLT-Versorgung (schrittweise Erhöhung um 1 GLT/Stunde) Seite 10 von 13

11 Das erste Fallbeispiel zeigt, dass die automatisierte Lösung in Bezug auf die Anzahl der Fahrzeuge weniger robust ist, da bereits bei einer Erhöhung der Transportkapazität um 12% die Anzahl der erforderlichen Fahrzeuge um 100% und die Amortisationszeit um 19% steigen. Hinsichtlich der jährlichen Gesamtkosten liegt eine sprunghafte Steigerung um 24% vor, wohingegen das manuelle System eine Gesamtkostensteigerung von 108% bei Verdopplung der Transportbedarfe aufweist. Trotz der unter Umständen längeren Amortisationsdauer von 3,2 Jahren ist die Automatisierung somit als wirtschaftlichere Lösung zu beurteilen, wenn man eine fortschreitende Erhöhung der Transportbedarfe berücksichtigt. Ergebnisse Fallbeispiel 2 Die Investitionskosten des automatisierten s betragen für den gesamten Betrachtungsbereich (15-30 GLT/Stunde) ein Vielfaches der Investitionskosten der manuellen Lösung. Bereits ab einem durchschnittlichen Bedarf von 17 GLT/Stunde ist im manuellen System ein zusätzlicher Routenzug (inklusive Fahrer) erforderlich, wodurch die Investitionskosten auf , die Betriebskosten auf ca und die jährlichen Gesamtkosten auf knapp steigen. Mit diesem Transportbedarf reduziert sich die Amortisationsdauer des automatisierten Systems auf 1,5 Jahre. Trotz eines zusätzlich benötigten Fahrzeugs ab einem Transportbedarf von 22 GLT/Stunde, amortisiert sich die automatisierte Lösung innerhalb von 1,7 Jahren bzw. sogar innerhalb von 1,1 Jahren ab einem Bedarf von 26 GLT/Stunde. Die jährlichen Gesamtkosten belaufen sich auf knapp im Vergleich zu für die manuelle Versorgung. Die Ergebnisse der Dimensionierung zeigen für beide e hinsichtlich der kapazitiven Auslastung und der Anzahl der Touren die gleichen Ergebnisse. Das ist nicht weiter verwunderlich, da die Transportkapazitäten der Routenzüge identisch sind. Die Anzahl der erforderlichen Fahrzeuge ist beim automatisierten hingegen gleich oder höher als beim manuellen System. Das liegt an der niedrigeren Fahrgeschwindigkeit in Verbindung mit dem höheren Fahrtzeitanteil (Anteil der Fahrtzeit an der Zykluszeit) beim GLT-Transport, wodurch sich wiederum die Zykluszeit verlängert. Beim KLT- Transport wird die niedrigere Fahrgeschwindigkeit zum Teil durch die zeitsparende simultane Be- und Entladung sowie den niedrigeren Fahrtzeitanteil ausgeglichen. Das zweite Fallbeispiel verdeutlicht, dass eine statische Betrachtung der Investitions- und Amortisationsrechnung zu suboptimalen strategischen Entscheidungen führen kann. Erhöht sich der Transportbedarf um 13%, sind im manuellen ein zusätzliches Fahrzeug sowie ein Fahrer notwendig, wodurch sich wiederum die Amortisationsdauer der automatisierten Lösung auf 1,5 Jahre reduziert. Bei einer Verdopplung des Transportbedarfs beträgt die Amortisationsdauer sogar nur noch ein Jahr. Die jährlichen Gesamtkosten des automatisierten Systems erhöhen sich insgesamt um lediglich 21% im Vergleich zu einer Erhöhung um 173% bei der manuellen Versorgung. Damit ist der Einsatz von automatisierten Routenzügen als robuster hinsichtlich eines steigenden Transportbedarfs und entgegen der statischen Berechnung auch als wirtschaftlicheres Transportmittel im Vergleich zu manuellen Routenzügen zu beurteilen. 6. Fazit und Ausblick Die vergleichende Betrachtung der zwei Fallbeispiele hinsichtlich der Dimensionierung und Wirtschaftlichkeit verdeutlicht, dass automatisierte e trotz hoher Investitionskosten gerade im Hinblick auf strategische Entscheidungen eine wirtschaftliche Alternative zu manuellen en darstellen. Zusammenfassend lassen sich folgende übergeordnete Erkenntnisse festhalten: Seite 11 von 13

12 - Eine ausschließlich statische Wirtschaftlichkeitsbetrachtung auf der Basis des Status quo ist für die strategische Entscheidungsfindung hinsichtlich eines Transportsystems unzureichend. - Mithilfe von Sensitivitätsanalysen können die Auswirkungen von Parametervariationen auf die Zielgrößen übersichtlich dargestellt und die Robustheit der Ergebnisse beurteilt werden. - Planungsvarianten auf Basis von automatisierten en sind hinsichtlich der Erhöhung des Transportbedarfs und in Bezug auf die jährlichen Gesamtkosten oftmals robuster und besser skalierbar als Varianten mit manuell bedienten Routenzügen. Hinzu kommt, dass die ergonomische Gestaltung bei der Planung der Materialbereitstellung ein wesentliches Kriterium ist [11], wodurch die Automatisierung im Zuge der demographischen Entwicklung zunehmend an Bedeutung gewinnen könnte [12]. Vor dem Hintergrund einer steigenden Leistungsfähigkeit der Sensortechnik, sinkender Hardwarekosten und neuen Anwendungen ist auch bei den Anbietern von Routenzugkomponenten ein Trend zur Automatisierung erkennbar. Die Bestrebungen zur Automatisierung sind ferner auch im Zuge von Zukunftsprojekten wie Industrie 4.0 [13] und marion (mobile autonome, kooperative Roboter in komplexen Wertschöpfungsketten) [14] feststellbar. Die wesentlichen Herausforderungen in der Zukunft dürften vor allem die Sicherstellung der Verfügbarkeit sowie die Integration der Systeme in bestehende Strukturen sein. Dabei sollte vor allem der Flexibilitätserhöhung eine besondere Bedeutung zukommen, um auch auf sich rasch ändernde Randbedingungen schnell reagieren zu können. Bei der in diesem Artikel durchgeführten Sensitivitätsanalyse ist zu beachten, dass es sich um eine Reihe von Momentaufnahmen mit jeweils variierten, durchschnittlichen Transportbedarfen pro Jahr handelt. Die prognostizierten Änderungen der Bedarfe im zeitlichen Verlauf werden hingegen nicht betrachtet. Weiterführende Untersuchungen in diesem Bereich sollten deshalb zusätzlich die zeitliche Entwicklung des Transportbedarfs berücksichtigen. Die dargestellte Methode zur Beurteilung der Robustheit eines s gegenüber Schwankungen mithilfe der Sensitivitätsanalyse wird derzeit am Fachgebiet Logistik für Produktionsunternehmen der Universität Siegen zur umfassenden Untersuchung von en genutzt und weiterentwickelt. Dabei werden jeweils unterschiedliche Parameter variiert und die Ergebnisse der Sensitivitätsanalysen miteinander verglichen, wodurch Aussagen über die spezifischen Einflussfaktoren bei der Planung eines s möglich sein werden. Seite 12 von 13

13 Literatur [1] Günthner, W.A.; Galka, S.; Klenk, E.; Knössl, T.; Dewitz, M.: Stand und Entwicklung von en für den innerbetrieblichen Materialtransport. Garching bei München, Lehrstuhl fml 2012, S. 8 [2] Deutsches Institut für Normung e. V.: DIN V 19233: Leittechnik - Prozeßautomatisierung - Automatisierung mit Prozeßrechensystemen, Begriffe. Beuth, Berlin, 1998 [3] Gabler Wirtschaftslexikon: Automatisierung. Online erhältlich unter automatisierung (abgerufen am ) [4] Martini, A.; Stache, U.; Trenker, F.: Planung von en. In: ZWF Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb, 109 (2014), Nr. 1-2, S [5] Klug, F.: Logistikmanagement in der Automobilindustrie. Springer, Berlin, Heidelberg, 2010, S. 194 [6] Martin, H.: Transport- und Lagerlogistik. Planung, Struktur, Steuerung und Kosten von Systemen der Intralogistik. 8. Aufl. Vieweg + Teubner, Wiesbaden 2011, S. 100 [7] Homepage der LR Intralogistik GmbH. Online erhältlich unter: (abgerufen am ) [8] Vorstellung Trolley Hub der M.W.B. GmbH. Online erhältlich unter: (abgerufen am ) [9] Wöhe, Günter; Kaiser, Hans; Döring, Ulrich: Übungsbuch zur Einführung in die allgemeine Betriebswirtschaftslehre. 11. Aufl. Vahlen, München 2005, S. 268 ff. [10] Schraft, R.D.; Eversheim, W.; Tönshoff, H.K.; Milberg, J.; Reinhart, G.: Planung von Produktionssystemen. In: Eversheim, W.; Schuh, G. (Hrsg): Produktion und Management. 7. völlig neu bearbeitete Auflage, Springer, Berlin 1996, S [11] Vojdani, N.; Lootz, F.; Kirwitzke, D.: Lean Logistics - Innovative Bewertungsmethodik zur Auswahl schlanker Materialbereitstellungsstrategien. In: ITA Leibniz Universität (Hrsg): Tagungsband. Garbsen 2010, S [12] Abele, E.; Reinhart, G.: Zukunft der Produktion - Herausforderungen, Forschungsfelder, Chancen. Hanser, München 2011, S. 20 [13] Bundesministerium für Bildung und Forschung: Zukunftsprojekt Industrie 4.0. Online erhältlich unter: (abgerufen am ) [14] CLAAS Selbstfahrende Erntemaschinen GmbH: Das Projekt marion. Online erhältlich unter: (abgerufen am ) Seite 13 von 13