Losgrößenverfahren - Die optimale Losgröße im Spannungsfeld zwischen Rüstzeiten und Beständen

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1 Leibniz Universität Hannover Institut für Fabrikanlagen und Logistik Prof. Dr.-Ing. habil. Peter Nyhuis Losgrößenverfahren - Die optimale Losgröße im Spannungsfeld zwischen Rüstzeiten und Beständen Dipl.-Ing. Andreas Fischer Dipl.-Ing. Tim Busse Wedemark,

2 Inhalt Vorstellung des des Instituts für für Fabrikanlagen und und Logistik Grundlagen der der Losgrößenbildung Anwendung und und Wechselwirkungen der der Losgrößenbildung Bild 1

3 Das IFA als integraler Bestandteil des PZH [PZH GmbH] Leitsätze Ca. 230 PZH Wissenschaftliche Mitarbeiter Konzentration Ca. 110 Technische der Produktionstechnik Mitarbeiter/Verwaltungsangestellte und Abbildung der Prozesskette Ca. 400 Studentische durch die Hilfskräfte Zusammenführung von 6 Instituten Förderung Ca. 800 Studierende der Kommunikation durch anspruchsvolle Architektur Nutzfläche: m² Integration 14 Firmen mit von ca. Wissenschaft 45 Mitarbeitern und Industrie 1 Versuchshallen und Labore 2 Bürobereich 3 Hörsaal und Bibliothek Bild 2

4 Organisationsstruktur des IFA Prozessfähigkeit Prozesssicherheit Wertschöpfung Werksstruktur Fertigung Aufgaben Layout Fabrikplanung (FAP) Montage Produktionsmanagement (PM) Anlagen Produktionsanlagen (PA) Mensch Arbeitsorganisation Arbeitswirtschaft Arbeitsgestaltung Arbeitswissenschaft (AWI) Bild 3

5 Losgröße im Spannungsfeld zwischen Rüstzeiten und Beständen L o g i s t i k l e i s t u n g hohe Termintreue Liefertreue Lieferzeit kurze Durchlaufzeit Wirtschaftlichkeit hohe Auslastung Herstellkosten niedrige Bestände Kapitalbindungskosten L o g i s t i k k o s t e n Geringe Herstellkosten bedingen hohe Losgrößen. Diese widersprechen jedoch dem Ziel nach geringen Beständen. G4046SW_Wd R. Kluge Bild 4

6 Inhalt Vorstellung des des Instituts für für Fabrikanlagen und und Logistik Grundlagen der der Losgrößenbildung Anwendung und und Wechselwirkungen der der Losgrößenbildung Bild 5

7 Konventionelle Verfahren der Losgrößenberechnung Verfahren der Losgrößenberechnung deterministisch statisch Grundmodell (ANDLER) erweitertes Grundmodell dynamisch WAGNER-WHITIN-Algorithmus SILVER-MEAL-Verfahren dynamische oder gleitende wirtschaftliche Loßgröße/ Vergleichswertmethode Cost-Balancing-Concept/ Part-Period-Algorithmus Verfahren nach Groff stochastisch Bestellrhythmusverfahren Bestellmengenverfahren Bestellpunktverfahren G1830NP Bild 6

8 Losgrößenbestimmung nach Andler haltungskosten KL [ /Jahr] K L = x S p 200 S p : : Stückkosten [ /Stück] Kapitalbindungskostensatz [%] Auftragsauflagekosten KA [ /Jahr] K A = E m x E m : : Auftragsauflagekosten [ ] Jahresbedarf [Stück/Jahr] Losgröße x [Stück] Losgröße x [Stück] Jährliche losabhängige Kosten KGes [ /Jahr] Optimale Losgröße x 0 : K Ges = K L + K A 200 E m x 0 = p s Losgröße x [Stück] G1804NP Bild 7

9 Anwendungsvoraussetzungen für die Losgrößenbestimmung nach dem Grundmodell von Andler Die Kosten je Einheit sind unabhängig von der Losgröße. Der Bedarf ist bekannt und konstant. Fehlmengen sind nicht zugelassen. Die Produktionsgeschwindigkeit ist unendlich groß. Die Kosten für die ung und den Auftragswechsel lassen sich hinreichend genau bestimmen. Die Fertigungs- und kapazitäten sind unbegrenzt. Es liegt eine einstufige Fertigung vor. Bild 8

10 Anforderungen an ein zeitgemäßes Losgrößenbestimmungsverfahren Rüstkosten kosten Herkömmliche Betrachtung der Zusammenhänge x x = Losgröße Flexibilität mittl. Durchlaufzeit Ausbringung Zusätzliche notwendige Betrachtung der Zusammenhänge HF-Bestand Kapitalbindung x x Termineinhaltung Eilaufträge x x x x x G1810NP Bild 9

11 Anwendungsvoraussetzungen für dynamische Rechenverfahren (hier: Wagner-Whitin) Die Kosten je Einheit sind unabhängig von der Losgröße. Der Bedarf ist zeitpunktgenau bekannt. Fehlmengen sind nicht zugelassen. Jede Auflage erfordert konstante Rüstkosten. Die Kosten für die ung und den Auftragswechsel lassen sich hinreichend genau bestimmen. Die Fertigungs- und kapazitäten sind unbegrenzt. Es liegt eine einstufige Fertigung vor. Dynamische Losgrößenverfahren bieten sehr exakte Lösungen an. Die Berechnungen sind jedoch komplex und zeitintensiv. Darüber hinaus ist die zeitpunktgenaue Kenntnis von diversen Größen notwendig. G1837NP Bild 10

12 Prinzip der durchlauforientierten Losbildung Kapitalbindung im Auftragsdurchlauf Berücksichtigung der Kapitalbindungskosten im Rahmen der Losbildung Beschaffung Produktion Absatz Auftragswechselkosten Wert Losabhängige Kosten Kapitalbindungskosten eines Produktionsauftrags infolge: Zeit des Absatzverlaufes der Auftragsbearbeitung der Liegezeiten in der Produktion Fertigungslosgröße X1 (Grundmodell) X2 (Integrierter Ansatz) X3 (durchlauforientierte Losbildung) G1813NP Bild 11

13 Ableitung der durchlauforientierten Losbildung Losabhängige Kosten Losabhängige Kosten = Auftragswechselkosten - Fertigungsbestandskosten + + haltungs- kosten + (Durchführungszeit) Fertigungsbestandskosten (Übergangszeit) K L = m x E p s x (s + s 0 ) p m + + ΣZDF UZ (s + s 0 ) p m 200 UZ ΣZUE Berechnung optimaler Losgrößen Grundmodell (ANDLER): dk dx : = 0 Durchlauforientierte Losbildung: X 01 = 200 m ΣE p s X 03 = p s m ΣE (s + s 0 ) p m FG t Σ e 60 UZ KAP Variablen K L m s E p : : : : : Losabhängige Kosten [ ] Bedarf [Stück] Herstellkosten [ /Stück] Auftragswechselkosten [ ] Kapitalbindungssatz [%] s 0 : Materialkosten [ /Stück] t e : Bearbeitungszeit [min/stück] KAP : Kapazität je Tag [Std/BKT] UZ : Dispositionszeitraum [BKT] FG : Flußgrad [-] ((ZDF + ZUE)/ZDF) ZDF ZUE : : Durchführungszeit [BKT] Übergangszeit [BKT] G1815NP Bild 12

14 Wirkungsweise der durchlauforientierten Losbildung Kosten Auftragswiederholkosten Liegezeit Kosten Bearbeitungszeit ung Losgröße Losgröße große Bearbeitungszeiten: hohe Kapitalbindungskosten in der Fertigung starke Losgrößenreduzierung kleine Bearbeitungszeiten: geringe Kapitalbindungskosten in der Fertigung geringe Losgrößenreduzierung Reduzierung der Losgrößen Harmonisierung der Auftragszeiten G1814NP Bild 13

15 Zusammensetzung losabhängiger Kosten für ausgewählte Losgrößenverfahren Konventionelle Kostenbewertung Losabhängige Kosten (relativ zum Grundmodell) 200 % Losgrößenbestimmungsverfahren 0 Erweiterte Kostenbewertung Losabhängige Kosten (relativ zum Grundmodell) % 200 Rüstkosten haltungskosten Wagner-Whitinverfahren Grundmodell (Andler) Fertigungsbestandskosten Integrierter Ansatz Durchlauforientierte Losbildung Lot for Lot (2 Wo.) G1817f Bild 14

16 Inhalt Vorstellung des des Instituts für für Fabrikanlagen und und Logistik Grundlagen der der Losgrößenbildung Anwendung und und Wechselwirkungen der der Losgrößenbildung Bild 15

17 Beispiel-Untersuchungsbereich (MKH 416 ) Fertigwarenlager Verpackungsmaterial + Zubehör (9x P-Teile) TAG-MK Zubehör 2x VW-Teil 3x P-Teile TAG-MK Montage + Endprüfung TAG-Vorfertigung Einsprache Scheibe 10x P-Teile TAG-BU (2.Etage) Chassis mit LP Montage + Prüfung TAG-RR Kondensator-Kapsel Montage + Prüfung TAG-Vorfertigung Innenrohr TAG-Vorfertigung Außenrohr x LP-Best. Steckerhülse Chassis x P-Teile 1x P-Teile TAG-Vorf. Lackieren TAG-Hand Wellenlötung TAG-Hand Spule TAG-Pana SMD-Best. TAG-Vorf. Bohren Waschen Schleifen Lackieren TAG-Vorf. Fräsen Schleifen Nieten TAG-Vorf. Gewindering Buchse 2x Scheibe Gehäuse Gaze TAG-Dasei Platte Dämpfung TAG-Vorf. Flanschhülse Rohr Extern Gravur Extern Oberfläche TAG-Vorf. Außenrohr Sägen Drehen Stanzen Sandstrahlen Bild 16

18 Stückliste MKH 416 Stufe 4 Stufe 3 Stufe 2 Stufe 1 Stufe 0 Stufe X M : Extern : Phantom : Mfg. Assembly or Sub-Assembly Bild 17

19 Vorgehen zur Losgrößenbestimmung Vorgehen zur Losgrößenbestimmung 1. Ermittlung des Gesamtbedarfs je Baugruppe unter Berücksichtigung der Mehrfachverwendungen. 2. Berechnung der wirtschaftlich optimalen Losgrößen. 3. Reduktion der wirtschaftlich optimalen Losgrößen auf maximal drei Monatsbedarfe. 4. Anpassung der Losgrößen an ein Vielfaches der Verbraucherlosgröße (um Restmengen zu vermeiden). Die Losgrößen sollten sich hierbei am wirtschaftlichen Optimum orientieren. 5. Bei geradlinigen Materialflüssen ist die Vermeidung der ung durch angepasste Losgrößen zu überprüfen. Insbesondere für die Losgrößen der durchlaufzeitbestimmenden Baugruppen gilt: Sie sollten klein und falls möglich über Fertigungsstufen hinweg konstant sein. Beispiel zur Losgrößenbestimmung 2 wirtschaftliche LG 1657 Teile 2 wirtschaftliche LG 234 Teile 1 monatl. Verbrauch 400 Teile AVG 1 AVG 2 AVG 1 AVG 2 AVG n gewählte LG 1200 Teile oder Puffer? gewählte LG 200 Teile 4 LG = Losgröße Bild 18

20 Schritt 1: Ermittlung des Gesamtbedarfs 2500 Durchlaufdiagramm der Baugruppen vor dem Verpacken Menge (kummuliert) abgang MKH 416 (1511) zugang Mikrofon (58917) zugang Etui (55638) Datum Bild 19

21 Schritt 2: Berechnung der wirtschaftlich optimalen Losgrößen Durchlauforientierte Losbildung X 03 = 200 m ΣE (s+s p s + 0 ) p m FG 60 UZ t e Σ KAP Baugruppe Bezeichnung LG (Plan) gefertigte LG Rüstzeit Rüstkosten Bearbeitungskosten wirtschaftlich optimale LG Potenzial (opt. LG) [Stück] [Stück] [Stunden] [ ] [ ] [Stück] [ ] Mikrofon ,1 4,36 10, , Chassis ,1 4,36 24, , Kapsel ,07 3,05 9, , Außenrohr ,085 3,71 5, , Spule ,1 4,06 8, , Außenrohr ,1 4,06 0, , Außenrohr roh ,96 283,58 10, , Systemscheibe ,65 547,82 9, , Chassis ,25 734,00 10, , Innenrohr ,1 4,36 3, , Gehäuse ,20 2, , LP-SMD ,1 7,16 1, , Einsprache ,1 4,36 0, , Steckerhülse ,25 447,56 6, , Gew.ring ,80 1, , Buchse ,5 109,05 1, , Systemscheibe ,25 304,34 1, , Dämpfung ,03 1,22 0, , LP-SMD ,1 7,16 0, , Spulenkörper ,1 4,06 0, , Gaze ,1 4,06 0, , Scheibe ,42 17,05 0, , Flansch ,75 196,93 2, , Platte ,1 4,06 0, , ,63 LG = Losgröße definierter Wert Bild 20

22 Schritt 3 und 4: Ergebnis der Losgrößenanpassung M : KG- : Umlaufbestand : Extern : Phantom : Mfg. Assembly or Sub-Assembly : gefertigte Losgröße : optimale Losgröße : gewählte Losgröße (298) Bedarf: ca. 400 / Monat Bild 21

23 Wechselwirkungen zwischen Losgrößen und Bestandsanteilen im Bestand Der Losbestand wird direkt über die Losgröße beeinflusst Losbestand mittlerer Bestand (Soll) Losgröße Sicherheitsbestand Zeit Der Sicherheitsbestand wird über die Wiederbeschaffungszeit und damit indirekt über die Losgröße beeinflusst. Bild 22

24 bestandspotenzial für das MKH 416 Ist-Situation mittlere Bestände MKH 416 = Summe aus KG- und Umlaufbestand Stufe 1 Stufe 2 Stufe 3 Stufe 4 Reduzierung des mittleren bestandswertes um 10,8 % Reduzierung des mittleren bestandswertes um 58,9 % Reduzierung des mittleren bestandswertes um 64,3 % Reduzierung des mittleren bestandswertes um 76,8 % Festlegen eines angepassten Sicherheitsbestandes Einbeziehung der optimierten Losgrößen Reduzierung der Durchlaufzeiten um 30 % ohne Sicherheitsbestand Ist-Situation Bauteil Bezeichnung Losgröße durchschnittlicher Bestand Stückkosten mittlerer Bestandswert Chassis , , Spule , , Kapsel , , Außenrohr , , LP-SMD , , Gehäuse , , Chassis , , Außenrohr , , Schnellwechselkl , , Systemscheibe , , Gew.ring , , Etui , , Einsprache , , Innenrohr , , Gaze , , Dämpfung , , Systemscheibe , , Buchse , , Steckerhülse , , LP-SMD , , Spulenkörper ,53 729, Schraube / Mutter ,02 414, Flansch ,20 396, Scheibe ,29 268, Schraube / Mutter ,01 205, Platte ,10 180, Mikrofon ,97 0, Außenrohr roh ,38 0, definierte Werte Bild 23

25 Zusammenfassung des Projekts Ziele Sinnvolle Losgrößen Niedrige Umlaufbestände Verringerte Durchlaufzeiten Hohe Flexibilität der Produktion Hohe Lieferbereitschaft Sinnvolle Losgrößen Die Losgrößen werden unter Berücksichtigung wirtschaftlicher und produktionsspezifischer Aspekte bestimmt und um durchschnittlich 11 % gesenkt. Niedrige Bestände Verringerte Durchlaufzeiten Durch Anpassung der Sicherheitsbestände in den stufen und Einbeziehung der ermittelten, sinnvollen Losgrößen können die bestände für Bauteile des MKH 416 um 58,9 % gesenkt werden. Die Analyse der Arbeitssysteme weist Ansätze zur Umlaufbestandsreduzierung auf (Engpass-Arbeitssysteme). Die Auftrags-Durchlaufzeit kann bei Einhaltung der Plandaten aufgrund der reduzierten Losgrößen (besonders im Durchlaufzeit bestimmenden Pfad) verringert werden. Hohe Flexibilität der Produktion Die Verringerung der Losgrößen und die Senkung der Bauteilbestände steigern die Flexibilität der Produktion. Bild 24

26 Umsetzung der Maßnahmen zur Bestandsreduzierung 15/08/05 15/09/05 30/09/05 30/09/05 30/11/05 30/11/05 30/04/06 parallel Losgrößen und Sicherheitsbestände für MKH 416 (1511) exemplarisch angepasst (Reduzierung der Baugruppenbestände von 120 T auf 70 T bis 31/10/05) IFA Logistik- und Softwareschulung der Mitarbeiter (PRP) Umsetzung der Ergebnisse auf die gesamte MKH-Linie (9 Produkte) Überprüfung und Korrektur der Wiederbeschaffungszeiten bei Baugruppen mit externen Arbeitsgängen (Oberfläche, Gravur usw.) Umsetzung der Ergebnisse auf wesentliche HF-Produkte (25 Produkte) Umsetzung der Ergebnisse auf wesentliche MK/RR-Produkte (40 Produkte) Umsetzung der Ergebnisse auf alle sinnvollen Produkte (70% aller Produkte) Nachhaltigkeit der optimierten Fertigungslosgrößen wird durch eine kontinuierliche Wiederholung der Methode gewährleistet (bisher: zeitbezogenen; zukünftig: bedarfsbezogen) Bild 25

27 Kontakte Für weitere Fragen stehen wir gerne zur Verfügung: Institut für Fabrikanlagen und Logistik Prof. Dr.-Ing. habil. P. Nyhuis An der Universität Garbsen Tel.: 0511 / Fax.: 0511 / Ihre Ansprechpartner: Dipl.-Ing. Andreas Fischer Durchwahl: Fischer@ifa.uni-hannover.de Dipl.-Ing. Tim Busse Durchwahl: Busse@ifa.uni-hannover.de Bild 26