Parameterbasierte Modellierung innerbetrieblicher Milkrun-Systeme zur Planung der Materialbereitstellung in der Montage

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1 Parameterbasierte Modellierung innerbetrieblicher Milkrun-Systeme zur Planung der Materialbereitstellung in der Montage Von der Fakultät Maschinenbau der Technischen Universität Dortmund zur Erlangung des akademischen Grades eines DOKTORS DER INGENIEURWISSENSCHAFTEN genehmigte DISSERTATION von Dipl.-Logist. Markus Droste aus Werne 2013

2 Prüfungskommission Berichter: Mitberichter: Prüfungsvorsitzender: Mitprüfer: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jochen Deuse Univ.-Prof. Dr.-Ing. Uwe Dombrowski Univ.-Prof. Dr.-Ing. Bernd Künne PD Dr.-Ing. Matthias Jäger Tag der mündlichen Prüfung: 24. Juni 2013

3 Schriftenreihe Industrial Engineering hrsg. von Univ.-Prof. Dr.-Ing. Jochen Deuse Band 11 Markus Droste Parameterbasierte Modellierung innerbetrieblicher Milkrun-Systeme zur Planung der Materialbereitstellung in der Montage D 290 (Diss. Technische Universität Dortmund) Shaker Verlag Aachen 2013

4 Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Zugl.: Dortmund, Technische Univ., Diss., 2013 Copyright Shaker Verlag 2013 Alle Rechte, auch das des auszugsweisen Nachdruckes, der auszugsweisen oder vollständigen Wiedergabe, der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen und der Übersetzung, vorbehalten. Printed in Germany. ISBN ISSN Shaker Verlag GmbH Postfach Aachen Telefon: / Telefax: / Internet: info@shaker.de

5 Danksagung Die vorliegende Arbeit entstand während meiner Tätigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Arbeits- und Produktionssysteme (APS) der Technischen Universität Dortmund. Herrn Univ.-Prof. Dr.-lng. Jochen Deuse, dem Inhaber des Lehrstuhls, gilt mein besonderer Dank für die Möglichkeit zur Promotion und das uneingeschränkte Vertrauen in meine Arbeit. Durch seine wohlwollende Förderung wurde der Erfolg dieser Arbeit maßgeblich mitbestimmt. Bei Herrn Univ.-Prof. Dr.-Ing. Uwe Dombrowski, dem Leiter des Instituts für Fabrikbetriebslehre und Unternehmensforschung (IFU) der Technischen Universität Braunschweig, möchte ich mich für die Übernahme des Koreferats sehr herzlich bedanken. Der Technischen Universität Dortmund danke ich weiterhin für die Auszeichnung dieser Arbeit mit dem Dissertationspreis Darüber hinaus bedanke ich mich bei meinen ehemaligen Kollegen des Lehrstuhls für ihre freundschaftliche Unterstützung, unermüdliche Diskussionsbereitschaft und wertvollen Ratschläge, welche mich stets in meinen Gedanken weitergebracht haben. Hervorheben möchte ich im Besonderen Herrn Daniel Bücker, Frau Yvonne Finke, Frau Sabine Hempen, Herrn Daniel Lieber und Frau Kirsten Weisner für die fachlichen Diskussionen und zahlreichen aufmunternden Worte. Frau Silke Frye und Frau Ulrike Neuhaus danke ich sehr für die intensive Durchsicht meiner Arbeit und ihre wertvollen Anregungen. Mein Dank gilt ebenfalls meiner langjährigen studentischen Hilfskraft Frau Justyna Limanowka, die mich besonders bei der umfangreichen empirischen Erhebung durch ihre große Einsatz- und Hilfsbereitschaft unterstützt hat. Meinen Freunden und meiner Familie danke ich für das mir entgegengebrachte Verständnis für mein zeitaufwendiges Hobby. Hierunter musste vor allem meine Frau Sandra leiden, die jedoch stets zu mir gehalten und mich in ernüchternden Phasen ermuntert und angetrieben hat. Ihr ist das vorliegende Buch gewidmet. Dortmund, im Juli 2013 Markus Droste

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7 Inhaltsverzeichnis I Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis... IV Tabellenverzeichnis... VII Abkürzungsverzeichnis... VIII Symbolverzeichnis... X 1 Einleitung Ausgangssituation und Problemstellung Zielsetzung Vorgehensweise Grundlagen der Materialbereitstellung in der Montage Begriffsbestimmungen Ziele und Aufgaben der Materialbereitstellung Organisationsprinzipien der Materialbereitstellung Art der Bereitstellung Form der Bereitstellung Bereitstellmenge Bereitstellquelle Bereitstellsenke Auslösung der Bereitstellung Durchführung der Bereitstellung Strategien der Materialbereitstellung Bedarfsorientierte Strategien Verbrauchsorientierte Strategien Techniken der Materialbereitstellung Ladungsträger Lagertechnik Kommissioniertechnik Fördertechnik Aktuelle Trends und Anforderungen an die Materialbereitstellung Materialbereitstellung durch innerbetriebliche Milkrun-Systeme Begriffsbestimmungen Außerbetrieblicher Milkrun Innerbetrieblicher Milkrun Abgrenzung zum Konzept des Mizusumashi Grundlegende Prozessschritte eines Bereitstellungszyklus Kommissionierung Transport Abgabe... 34

8 II Inhaltsverzeichnis 3.3 Organisatorische und technische Gestaltungsfelder Gestaltungsfeld Bereitstellungselement Gestaltungsfeld Ladungsträger Gestaltungsfeld Steuerung Gestaltungsfeld Kommissionierung Gestaltungsfeld Transport Gestaltungsfeld Abgabe Morphologie innerbetrieblicher Milkrun-Systeme Empirische Erhebung zu innerbetrieblichen Milkrun-Systemen in der Industrie Informationen zum Unternehmen und zur Produktionsorganisation Ausprägungen von Milkrun-Systemen Planung von Milkrun-Systemen Eingrenzung des Betrachtungsgegenstands Konzeption eines Planungsansatzes für innerbetriebliche Milkrun-Systeme Begriffsbestimmungen Untersuchung der Eignung bestehender Planungsansätze Allgemeine Vorgehensmodelle Mathematische Entscheidungsmodelle Anforderungen an ein Planungsmodell Herleitung der Zielgröße für die Planung Herleitung der zu berücksichtigenden Planungsdimensionen Planungsdimension Zeit Planungsdimension Kapazität Planungsdimension Ergonomie Beschreibung relevanter Einflussgrößen auf die Planungsdimensionen Einflussgrößen auf die Planungsdimension Zeit Einflussgrößen auf die Planungsdimension Kapazität Einflussgrößen auf die Planungsdimension Ergonomie Zusammenführung der Elemente in einen Planungsansatz Verfahren zur Abbildung der Planungsdimensionen Verfahren zur Zeitermittlung Planzeiten Systeme vorbestimmter Zeiten Methods-Time Measurement Verfahren zur Bewertung der Transportkapazität Bewertung des volumenbezogenen Kapazitätsbedarfs Grundlegende und erweiterte Problemtypen von Packproblemen Bewertung des gewichtsbezogenen Kapazitätsbedarfs Verfahren zur Belastungsbeurteilung bei manuellen Lastenhandhabungen Screening- und Detailverfahren Leitmerkmalmethoden Multiple-Lasten-Tool... 96

9 Inhaltsverzeichnis III 6 Entwicklung eines parameterbasierten Planungsmodells Modellierung der Eingangsgrößen Materialspezifische Parameter Bereitstellungsspezifische Parameter Ermittlung von Ladungsträgerverbrauch und -gewicht Modellierung der Planungsdimension Zeit Handhabungszeit Informationsverarbeitungszeit Transportzeit Modellierung der Planungsdimension Kapazität Ermittlung des Kapazitätsbedarfs der Ladungsträger Formulierung des zweidimensionalen Bin Packing Problems Modellierung der Planungsdimension Ergonomie Lastwichtung Haltungs- und Ausführungsbedingungswichtung Positioniergenauigkeits- und Bewegungsgeschwindigkeitswichtung Zeitwichtung Zusammenführung in ein Gesamtmodell Exemplarische Erprobung des Planungswerkzeugs anhand eines Fallbeispiels Modellüberführung in ein softwarebasiertes Planungswerkzeug Charakterisierung des Untersuchungsbereichs Produktspektrum Materialbereitstellung Vorgehensweise der Untersuchung Grobanalyse der Materialstruktur und Ziele der Untersuchung Eingrenzung des zu betrachtenden Materialspektrums Szenariengenerierung Ergebnisdarstellung Zusammenfassung und Ausblick Literaturverzeichnis... XVII Anhang... XXXVII Eingesetzte Software-Systeme... LI