Simulationsgestützte Grobplanung von

Simulationsgestützte Grobplanung von
Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik
der Technischen Universität München
Simulationsgestützte Grobplanung von
Kommissioniersystemen
Alexander Stephan Ulbrich
Vollständiger Abdruck der von der Fakultät für Maschinenwesen
der Technischen Universität München
zur Erlangung des akademischen Grades eines
Doktor-Ingenieurs (Dr.-Ing.)
genehmigten Dissertation.
Vorsitzender:
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Georg Wachtmeister
Prüfer der Dissertation:
1.
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Willibald A. Günthner
2.
Univ.-Prof. Dr. rer. med. Michael ten Hompel,
Technische Universität Dortmund
Die Dissertation wurde am 28.06.2010 bei der Technischen Universität München
eingereicht und durch die Fakultät für Maschinenwesen am 18.10.2010 angenommen.
Herausgegeben von:
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Willibald A. Günthner
fml – Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik
Technische Universität München
Zugleich: Dissertation, TU München, 2010
Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, der Entnahme von Abbildungen,
der Wiedergabe auf fotomechanischem oder ähnlichem Wege und der Speicherung
in Datenverarbeitungsanlagen bleiben – auch bei nur auszugsweiser Verwendung –
vorbehalten.
Layout und Satz: Alexander Ulbrich
Copyright © Alexander Ulbrich 2010
ISBN: 978-3-941702-12-7
Printed in Germany 2010
Danksagung
Mit der Fertigstellung dieser Dissertationsschrift endet zugleich meine fünfjährige
Tätigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik an der Technischen Universität München und somit ein wichtiger Abschnitt in meinem Leben.
Diese Arbeit ist maßgeblich aus dem von der Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen geförderten und von mir verantworteten Forschungsprojekt
zur „Schaffung einer simulationsgestützten Planungsumgebung zur Dimensionierung und Bewertung von Kommissioniersystemen mit mehreren Bearbeitungsstufen
und heterogener technischer Ausführung unter Berücksichtigung der Wirkung veränderlicher Absatzstruktur-, Auftragsstruktur,- und Sortimentsdaten auf die Planungsergebnisse“ entstanden. Darüber hinaus sind meine Erfahrungen aus einer
Vielzahl an erfolgreich bearbeiteten Industrieprojekten zur Planung und Simulation
sowie als Dozent und Betreuer von Vorlesungen und Praktika eingeflossen. Zum
Gelingen dieser Arbeit haben aber auch zahlreiche Personen beigetragen, denen
ich an dieser Stelle besonders danken möchte.
Meinem Doktorvater Prof. Dr. Willibald A. Günthner danke ich für das Vertrauen in
meine Arbeit. Er gab mir die Möglichkeit, mich fachlich weiterzubilden, bedeutende
Kongresse weltweit für Publikationen wahrzunehmen und meine wissenschaftlichen
Ideen zu verfolgen. Herrn Prof. Dr. Michael ten Hompel danke ich für die Übernahme des Korreferats und Prof. Dr. Georg Wachtmeister für den Vorsitz der Prüfungskommission.
Ich bedanke mich bei allen Kolleginnen und Kollegen für das angenehme freundschaftliche Arbeitsklima und die immerwährende Hilfsbereitschaft. Besonders hervorheben möchte ich meinen langjährigen Wegbegleiter Stefan Galka, der mich bei
meinen Forschungsarbeiten stets mit Rat und Tat unterstützte. Aber auch den weiteren Korrektoren meiner Arbeit Eva Klenk und Ulrich Lammer möchte ich an dieser
Stelle meinen besonderen Dank aussprechen.
Mein größter Dank gilt aber meinen Eltern, die mich während meiner gesamten
Ausbildung immer bestmöglich förderten und unterstützten.
München, im Dezember 2010
Alexander Ulbrich
Kurzdarstellung
Nicht selten bestimmen Kommissioniersysteme maßgeblich die langfristige Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen. Deren Planung muss eine Vielzahl an Anforderungen der Gegenwart und der Zukunft berücksichtigen, um die Zukunftsfähigkeit
eines Kommissioniersystems sicherzustellen. Ohne rechnergestützte Hilfsmittel
können nur grobe Kennzahlen gebildet werden, in denen die hohe Dynamik solcher
Systeme und insbesondere Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Kommissionierbereichen nicht berücksichtigt werden. Viele Planungen der Vergangenheit
beruhen auf Erfahrungswerten aus früheren Projekten und dem Bauchgefühl des
Planers. Um die Entscheidung für oder gegen ein Kommissioniersystem besser
abzusichern, werden neue digitale Werkzeuge benötigt, mit deren Hilfe quantifizierbare Kennzahlen in einer begrenzten Zeit ermittelt werden können.
Nachdem die grobe Auswahl an möglichen Kommissioniersystemen abgeschlossen
und die Entscheidung für ein bestimmtes System gefallen ist, wird vor der Realisierung immer öfter das Werkzeug der Ablaufsimulation eingesetzt, um Fehlinvestitionen zu vermeiden. Auf Grund der fortgeschrittenen Planungsphase sind an dieser
Stelle die möglichen Änderungen stark eingeschränkt, so dass nur noch das Optimum der ausgewählten Lösung und nicht aller Lösungen gefunden werden kann.
Ziel dieser Arbeit ist es, die Ablaufsimulation bereits in der frühen Phase der Planung, in der Grobplanungsphase, einsetzbar zu machen. Dies gelingt über die Entwicklung von standardisierten Simulationsbausteinen, die dem Lego Prinzip folgen,
so dass aus diesen beliebige Kommissioniersysteme in kurzer Zeit als Simulationsmodelle abgebildet werden können. Zur Nutzung der entwickelten Bausteinbibliothek wird zusätzlich ein standardisiertes Datengerüst benötigt, welches über die
Nachbildung bestimmter Warehouse-Management-System-Funktionen erzeugt
werden kann.
Die richtige Anwendung dieser ganzheitlichen simulationsgestützten Planungsumgebung für Kommissioniersysteme in der Grobplanungsphase führt grundsätzlich zu einer höheren Sicherheit bei der Kommissioniersystemauswahl und trägt
damit zu einer signifikanten Verbesserung und Absicherung des Planungsergebnisses bei.
Abstract
Often picking systems determine long-term competitiveness of companies. The
planning has to consider a multiplicity of present and future requirements to ensure
the sustainability of a picking system. Without any computer-aided expedient only
very rough key figures can be established. The high dynamic of these systems and
especially the interaction between various picking areas could not be considered.
Many plannings in the past are based on values of experience from previous projects and the feeling of the planner. To secure the decision for or against a picking
system there is a need for new digital tools which can be used to determine quantifiable key figures in a short period of time.
After finishing the rough selection of possible picking systems and the decision has
been made for a specific system the means of tender simulation is increasingly
used in front of the realization to avoid misallocations. On the basis of the advanced
planning stage the possible changes are severely limited at this point so that only
the optimum of the current solution and not of all solutions can be found.
Research objectives of this work is to enable the use of tender simulation in an
early stage of planning, in the preliminary planning phase. It succeeds by the development of standardized simulation blocks, which goes along with the principle of
Lego so that various picking systems can be mapped as simulation models in a
very short time. For the use of the block library there is also an additional data base
required which can be implemented thru the replica of specific functions of a Warehouse-Management-System.
The proper use of a holistically simulation based planning environment for picking
systems in the preliminary planning phase leads in principle to a higher security by
the selection of a picking system and contributes in an significant improvement of
the planning results.
Inhaltsverzeichnis
1 Einführung........................................................................................................... 1
1.1 Problemstellung ............................................................................................ 1
1.2 Zielsetzung .................................................................................................... 3
1.3 Aufbau der Arbeit .......................................................................................... 5
2 Stand der Wissenschaft ..................................................................................... 7
2.1 Kommissioniersysteme ................................................................................. 7
2.1.1 Definition von Begrifflichkeiten .......................................................... 8
2.1.2 Aufbau von Kommissioniersystemen ................................................ 9
2.1.3 Grundlegende Kommissionierverfahren.......................................... 14
2.2 Planung von Kommissioniersystemen......................................................... 15
2.2.1 Definition des Begriffs Planung ....................................................... 15
2.2.2 Planungsgrundsätze ....................................................................... 16
2.2.3 Anforderungen an die Planung von Kommissioniersystemen ......... 17
2.2.4 Arbeitsschritte bei der Kommissioniersystemplanung ..................... 19
2.3 Simulation ................................................................................................... 23
2.3.1 Definition des Begriffs Simulation ................................................... 23
2.3.2 Definition und Abgrenzung der Ablaufsimulation ............................ 23
2.3.3 Ziele der Ablaufsimulation ............................................................... 24
2.3.4 Anforderungen an Simulationsprogramme ..................................... 25
2.3.5 Simulationsprogramm Plant-Simulation (eM-Plant) ........................ 26
2.4 Methods-Time-Measurement ...................................................................... 27
2.5 Nutzung der Simulation im Planungsprozess .............................................. 29
3 Systematik für die Erstellung von Simulationsbausteinen für
Kommissioniersysteme.................................................................................... 31
3.1 Abgrenzung der Simulationsbausteine ........................................................ 31
3.1.1 Klassische Person-zur-Ware Kommissionierung ............................ 32
3.1.2 Person-zur-Ware Kommissionierung mit manuellem
Regalbediengerät............................................................................ 32
3.1.3 Person-zur-Ware Kommissionierung in Zonen mit statischer
Artikelbereitstellung......................................................................... 33
3.1.4 Klassische Ware-zur-Person Kommissionierung ............................ 33
3.1.5 Inverse Kommissionierung .............................................................. 33
3.1.6 Kommissionierroboter ..................................................................... 34
3.1.7 Kommissionierung in Zonen mit statischer und dynamischer
Artikelbereitstellung......................................................................... 34
VII
Inhaltsverzeichnis
3.2 Definition der Schnittstellen ......................................................................... 35
3.3 Modellierung der Auftragsdaten .................................................................. 35
3.4 Modellierung der Kommissionierer .............................................................. 37
3.5 Definition der vom Simulationsbaustein zu ermittelnden Zielgrößen ........... 40
3.6 Nutzung von MTM für die Simulation .......................................................... 41
3.7 Verifikation und Validierung von Simulationsbausteinen ............................. 42
4 Entwicklung der Simulationsbausteine .......................................................... 43
4.1 Klassische Person-zur-Ware Kommissionierung ........................................ 43
4.1.1 Schematische Darstellung .............................................................. 43
4.1.2 Freischnitt der Bausteinelemente.................................................... 44
4.1.3 Beschreibung der Bausteinelemente .............................................. 46
4.1.4 Modellierung der Bewegungsstrategien .......................................... 50
4.1.5 Generierung des Kommissioniersystems ........................................ 55
4.1.6 Validierung ...................................................................................... 58
4.2 Kommissionierung im Hochregal mit manuellem Regalbediengerät ........... 64
4.2.1
4.2.2
Schematische Darstellung .............................................................. 64
Freischnitt der Bausteinelemente.................................................... 65
4.2.3
4.2.4
Beschreibung der Bausteinelemente .............................................. 66
Modellierung der Verfahrstrategien ................................................. 71
4.2.5 Validierung ...................................................................................... 73
4.3 Kommissionierung in Zonen ........................................................................ 75
4.3.1
4.3.2
Schematische Darstellung .............................................................. 75
Freischnitt der Bausteinelemente.................................................... 76
4.3.3 Beschreibung der Bausteinelemente .............................................. 77
4.3.4 Validierung ...................................................................................... 81
4.4 Ware-zur-Person Kommissionierung .......................................................... 82
4.4.1 Schematische Darstellung .............................................................. 83
4.4.2
4.4.3
Freischnitt der Bausteinelemente.................................................... 83
Beschreibung der Bausteinelemente .............................................. 84
4.4.4
4.4.5
Generierung des Kommissioniersystems ........................................ 88
Validierung ...................................................................................... 89
4.5 Inverse Kommissionierung .......................................................................... 91
4.5.1 Schematische Darstellung .............................................................. 91
4.5.2
4.5.3
Freischnitt der Bausteinelemente.................................................... 91
Beschreibung der Bausteinelemente .............................................. 92
4.5.4
Validierung ...................................................................................... 94
VIII
Inhaltsverzeichnis
4.6 Kommissionierung in Zonen mit statischer und dynamischer
Bereitstellung .............................................................................................. 95
4.6.1
4.6.2
Schematische Darstellung .............................................................. 96
Freischnitt der Bausteinelemente.................................................... 97
4.6.3
4.6.4
Beschreibung der Bausteinelemente .............................................. 97
Validierung .................................................................................... 100
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage ........... 103
5.1 Definition der modellunabhängigen Daten ................................................ 104
5.1.1 Übernahme realer Artikel- und Auftragsdaten aus der
Vergangenheit .............................................................................. 105
5.1.2 Definition von Sortimentsdaten ..................................................... 106
5.1.3 Definition von Kundenauftragsdaten ............................................. 108
5.1.4 Definition von Szenarien ............................................................... 110
5.1.5
5.1.6
Erzeugung der Sortimente ............................................................ 112
Erzeugung der Kundenaufträge .................................................... 116
5.1.7 Bildung von Artikelgruppen ........................................................... 120
5.2 Abbildung der Planungsvarianten ............................................................. 122
5.3 Erzeugung der modellabhängigen Daten .................................................. 125
5.3.1 Erzeugung der Lagerspiegel ......................................................... 125
5.3.2
5.3.3
Erzeugung der Kommissionieraufträge ......................................... 131
Batchbildung für die Stapelverarbeitung ....................................... 134
5.3.4
5.3.5
Bildung von Auftragsserien ........................................................... 137
Bildung von Auftragsreihenfolgen ................................................. 141
5.3.6
5.3.7
Ableitung von Zusammenführungsaufträgen ................................ 143
Ergebnis der Datenvorbereitung ................................................... 144
6 Entwicklung einer Ausführungsumgebung für die
Simulationsbausteine ..................................................................................... 147
6.1 Kommissionierbereich ............................................................................... 147
6.2 Personalverwaltung ................................................................................... 148
6.3 Experimentverwaltung und -steuerung ...................................................... 149
7 Kennzahlenermittlung .................................................................................... 151
7.1 Eingabe benötigter Investitions- und Kostenparameter............................. 152
7.2 Ermittlung der Kapitalwerte ....................................................................... 154
7.2.1 Berechnung des Kapitalwertes für eine Entwicklung .................... 155
7.2.2 Berechnung des Kapitalwerts für ein Modell ................................. 159
7.2.3 Kostenkennzahlen ........................................................................ 159
7.2.4 Zeiten für die Bewertung ............................................................... 161
IX
Inhaltsverzeichnis
8 Beispielhafte Anwendung .............................................................................. 171
8.1 Neuplanung eines manuellen Kommissioniersystems .............................. 171
8.1.1 Definition der Planungsaufgabe .................................................... 171
8.1.2 Zu berücksichtigende Anforderungen ........................................... 171
8.1.3 Modellierung der Planungsvarianten............................................. 172
8.1.4 Ergebnisse und Bewertung ........................................................... 175
9 Zusammenfassung und Ausblick .................................................................. 181
Literaturverzeichnis ............................................................................................ 185
Anhang................................................................................................................. 196
X
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1-1: Vergleich von Ausgangssituation und Zielsetzung ......................... 3
Abbildung 1-2: Architektur einer simulationsgestützten Planungsumgebung ......... 4
Abbildung 2-1: Begrifflichkeiten beim Kommissionieren [Günthner 2009d] ............ 9
Abbildung 2-2: Grundfunktionen des Organisationssystems nach [VDIRichtlinie Nr. 3590] ....................................................................... 10
Abbildung 2-3: Grundfunktionen des Materialflusssystems nach [VDIRichtlinie Nr. 3590; o. V. 2009b] ................................................... 13
Abbildung 2-4: Informationsverarbeitung für eine Kommissionierliste
[Günthner 2009d].......................................................................... 14
Abbildung 2-5: Planungsschritte für die Kommissioniersystemplanung
[Günthner 2009a].......................................................................... 22
Abbildung 3-1: Beispiel des WerkerPool-Fußweg-Arbeitsplatz Konzepts............. 38
Abbildung 4-1: Beispiel einer klassischen PzW Kommissionierung am
Durchlaufregal [Günthner 2009d] ................................................. 43
Abbildung 4-2: Schematische Darstellung eines Layouts für die PzW
Kommissionierung ........................................................................ 44
Abbildung 4-3: Kennzeichnung der freigeschnittenen Bausteinelemente für
die PzW Kommissionierung.......................................................... 45
Abbildung 4-4: Kennzeichnung der freigeschnittenen Elemente des
Behälterkreislaufs ......................................................................... 46
Abbildung 4-5: Hierarchische Baumstruktur der Bausteinelemente für die
Kommissionierung nach dem Prinzip PzW ................................... 46
Abbildung 4-6: Skizze eines Gassenelements (links) & Umsetzung in Plant
Simulation (rechts)........................................................................ 47
Abbildung 4-7: Skizze eines Gassenwechselwegelements (links) und
Umsetzung in Plant Simulation (rechts)........................................ 48
Abbildung 4-8: Beschreibung der Basis für die PzW Kommissionierung .............. 49
Abbildung 4-9: Schleifengangstrategie ohne Gangüberspringen ......................... 51
Abbildung 4-10: Schleifengangstrategie mit Gangüberspringen ............................. 51
Abbildung 4-11: Stichgangstrategie ohne Wiederholungen .................................... 54
Abbildung 4-12: Stichgangstrategie mit Wiederholungen und
Geschwindigkeits-unterscheidung ................................................ 54
XI
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 4-13: Ablauf der Erzeugung einer Kommissionierzone für den PzW
Baustein ....................................................................................... 56
Abbildung 4-14: Beispiel eines erzeugten PzW Kommissioniersystems mit
einer Zone .................................................................................... 57
Abbildung 4-15: Beispiel eines erzeugten Gassensystems mit Basis oben
links .............................................................................................. 57
Abbildung 4-16: Laufweg des Kommissionierers im 1. Szenario der PzW
Kommissionierung ........................................................................ 60
Abbildung 4-17: Kommissionierung im Hochregal [Günthner 2009d] ..................... 64
Abbildung 4-18: Kennzeichnung der freigeschnittenen Elemente für die
Kommissionierung im Hochregal mit manuellem RBG ................. 65
Abbildung 4-19: Prinzipskizzenaufbau des Kommissioniersystems für die
Kommissionierung im Hochregal mit manuellem RBG ................. 66
Abbildung 4-20: Tabelle mit den aktuellen Mengenbeständen je Lagerfach .......... 67
Abbildung 4-21: Bestandsführung .......................................................................... 67
Abbildung 4-22: Nachschubaufträge auslösen ....................................................... 68
Abbildung 4-23: Abstrahiertes Förderelement ........................................................ 69
Abbildung 4-24: Implementiertes Förderelement in Plant Simulation ..................... 69
Abbildung 4-25: Netzwerk Nachschublager............................................................ 70
Abbildung 4-26: 4-Streifenstrategie ........................................................................ 72
Abbildung 4-27: Berechnung der Fahrzeit .............................................................. 73
Abbildung 4-28: Beispiel eines Zone Picking Systems [ten Hompel 2007d] ........... 75
Abbildung 4-29: Realisierung der Zone als Fachboden-regalzeile ......................... 76
Abbildung 4-30: Realisierung der Zone als Durchlauf-regalzeile ............................ 76
Abbildung 4-31: Realisierung der Zone als Kommissioniernest ............................. 76
Abbildung 4-32: Kennzeichnung der freigeschnittenen Bausteinelemente ............. 77
Abbildung 4-33: Schematische Darstellung der Fördertechnik für
Zonenanbindung nach oben ......................................................... 77
Abbildung 4-34: Fördertechnik für Zonenanbindung nach oben in Plant
Simulation..................................................................................... 78
Abbildung 4-35: Fördertechnik für Zonenanbindung nach unten in Plant
Simulation..................................................................................... 78
XII
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 4-36: Skizze eines Spaltenfußwegelements (links) & Umsetzung in
Plant Simulation (rechts) .............................................................. 78
Abbildung 4-37: Beispiel für eine Realisierung der Zone als
Kommissioniernest ....................................................................... 79
Abbildung 4-38: Beispiel einer WzP Kommissionierung [Günthner 2009d] ............ 82
Abbildung 4-39: Kennzeichnung der freigeschnittenen Elemente im
abstrahierten Layout für die WzP Kommissionierung ................... 83
Abbildung 4-40: Bewegungsablauf beim Einzelspiel [VDI-Richtlinie Nr. 3561] ....... 85
Abbildung 4-41: Bewegungsablauf beim Doppelspiel [VDI-Richtlinie Nr. 3561] ..... 85
Abbildung 4-42: Netzwerk Gasse ........................................................................... 86
Abbildung 4-43: Netzwerk der Bedienstation.......................................................... 87
Abbildung 4-44: Übersicht über ein generiertes Layout für den
Simulationsbaustein WzP ............................................................. 89
Abbildung 4-45: Kennzeichnung der freigeschnittenen Bausteinelemente in
der schematischen Darstellung der inversen
Kommissionierung ........................................................................ 92
Abbildung 4-46: Kommissionierzone beim inversen Kommissionieren................... 93
Abbildung 4-47: Gasse mit einem Kommissionierplatz [Seebauer 2004] ............... 95
Abbildung 4-48: Differenzierung bei der Artikelbereitstellung [o. V. 2008] .............. 95
Abbildung 4-49: Kommissionierung in Zonen mit statischer und dynamischer
Artikelbereitstellung [o. V. 2007] ................................................... 96
Abbildung 4-50: Kennzeichnung der freigeschnittenen Bausteinelemente ............. 97
Abbildung 4-51: Lagergasse mit Regalbediengerät und Bereitstellfront ................. 98
Abbildung 4-52: Implementierung einer Kommissionierzone................................ 100
Abbildung 5-1: Spaltenabgleich Artikeldaten ...................................................... 105
Abbildung 5-2: Spaltenabgleich Kundenauftragsdaten ....................................... 105
Abbildung 5-3: Ausschnitt DB-Schema für die Speicherung importierter
Daten .......................................................................................... 106
Abbildung 5-4: Vorgehensweise bei der Definition einer Artikelklasse ............... 107
Abbildung 5-5: Benutzeroberfläche für die Definition des zu betrachtenden
Sortiments .................................................................................. 108
Abbildung 5-6: Vorgehensweise bei der Definition einer
Kundenauftragsklasse ................................................................ 109
XIII
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 5-7: Benutzeroberfläche für die Definition der
Kundenauftragslisten .................................................................. 110
Abbildung 5-8: Entwicklungen der Kundenauftragseigenschaften ...................... 111
Abbildung 5-9: Ausschnitt DB-Schema für das Systemlastszenario ................... 112
Abbildung 5-10: Ablauf bei der Generierung der unveränderlichen Artikel ........... 114
Abbildung 5-11: Ablauf bei der Erzeugung der Sortimente für jede zu
untersuchende Periode .............................................................. 115
Abbildung 5-12: Ablauf bei der Erzeugung der Kundenaufträge für alle
Perioden einer Tagesform .......................................................... 118
Abbildung 5-13: Grenzen für ein Kriterium bei der Artikelgruppenbildung ............ 120
Abbildung 5-14: Beispiel einer Artikelgruppenbildung und zugehöriger
Bausteinzuweisung..................................................................... 121
Abbildung 5-15: Eingabemaske für die Artikelgruppenbildungskriterien und
Grenzen...................................................................................... 122
Abbildung 5-16: SERM für die Modellierung einer Planungsvariante .................... 123
Abbildung 5-17: Modellierungsumgebung für Planungsvarianten ........................ 124
Abbildung 5-18: Nummerierung der Dimensionierungsparameter in einem
Baustein [ten Hompel 2007d] ..................................................... 126
Abbildung 5-19: Ablauf bei der Reihenfolge der Lagerplatzvergabe .................... 129
Abbildung 5-20: Ablauf bei der Erzeugung der Lagerspiegel ............................... 130
Abbildung 5-21: Ablauf bei der Umwandlung der Kundenaufträge in
Behälteraufträge ......................................................................... 133
Abbildung 5-22: Ablauf bei der Batchbildung........................................................ 136
Abbildung 5-23: Ablauf bei der Serienbildung ...................................................... 138
Abbildung 5-24: Ablauf bei der Behälterauftragserzeugung der 1. Stufe bei 2stufigen Systemen ...................................................................... 140
Abbildung 5-25: Ablauf bei der Reihenfolgebildung der Serien ............................ 142
Abbildung 5-26: Ablauf bei der Erstellung der Zusammenführungsaufträge ........ 144
Abbildung 6-1: Kommissionierbereich ................................................................ 148
Abbildung 6-2: Ablauf bei der automatischen Modellerzeugung ......................... 150
Abbildung 7-1: Datenbanktabellen für die Speicherung der Kennzahlen............ 151
Abbildung 7-2: Komprimierung der ermittelten Daten zu Kennzahlen ................ 151
XIV
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 7-3: Benutzereingabemaske für den Invest eines Bausteins ............. 152
Abbildung 7-4: Benutzereingabemaske für die Eingabe der
Personalkostensätze .................................................................. 153
Abbildung 7-5: Benutzereingabemaske zur Modellierung der anfallenden
Kosten im Reservelager ............................................................. 154
Abbildung 7-6: Schematischer Ablauf für die Ermittlung des erwarteten
Kapitalwertes am Beispiel von drei Modellen und drei
Entwicklungen ............................................................................ 155
Abbildung 7-7: Messpunkte für die Ermittlung der Durchlaufzeiten am
Beispiel eines Modells mit 3 parallelen Zonen............................ 162
Abbildung 7-8: Für die Bewertung zu ermittelnde Durchlauf- und Liegezeiten ... 163
Abbildung 7-9: Histogramm zur Terminabweichung ........................................... 166
Abbildung 8-1: Darstellung der Planungsvariante Typ 1B .................................. 173
Abbildung 8-2: Darstellung der Planungsvariante Typ 2A .................................. 174
Abbildung 8-3: Darstellung der Planungsvariante Typ 3A .................................. 174
Abbildung 8-4: Übersicht des Untersuchungsraumes......................................... 175
Abbildung 8-5: Kommissionierzeit je Position bei einer Auftragsseriengröße
von sechs ................................................................................... 177
Abbildung 8-6: Kostenvergleich zwischen den Planungsvarianten ..................... 178
Abbildung 8-7: Kostenplan für die Planungsvariante Typ 2A.............................. 178
XV
Tabellenverzeichnis
Tabelle 2-1:
Einsatzgebiete der Simulationstechnologien nach [Reinhart
1997; Trossin 1997] ...................................................................... 24
Tabelle 3-1:
Benutzerdefinierte Eigenschaften des Kommissionierers............. 39
Tabelle 4-1:
Übersicht über drei ausgewählte Szenarien ................................. 58
Tabelle 4-2:
Parametersatz für die Validierung der PzW
Kommissionierung ........................................................................ 59
Tabelle 4-3:
Parameter Tab_Greifzeit für die Validierung der PzW
Kommissionierung ........................................................................ 59
Tabelle 4-4:
Parameter Tab_Basisanbindung für die Validierung der PzW
Kommissionierung ........................................................................ 59
Tabelle 4-5:
Serienauftrag für die Validierung der PzW Kommissionierung ..... 60
Tabelle 4-6:
Berechnete Zeitwerte für das Szenario 1 der PzW
Kommissionierung ........................................................................ 62
Tabelle 4-7:
Berechnete Zeitwerte für das Szenario 2 der PzW
Kommissionierung ........................................................................ 62
Tabelle 4-8:
Berechnete Zeitwerte für das Szenario 3 der PzW
Kommissionierung ........................................................................ 62
Tabelle 4-9:
Simulationsergebnis für das Szenario 1 der PzW
Kommissionierung ........................................................................ 62
Tabelle 4-10:
Simulationsergebnis für das Szenario 2 der PzW
Kommissionierung ........................................................................ 63
Tabelle 4-11:
Simulationsergebnis für das Szenario 3 der PzW
Kommissionierung ........................................................................ 63
Tabelle 4-12:
Beispiel der Tabelle tab_Bearbeitungsauftrag .............................. 69
Tabelle 4-13:
Berechnete Soll-Werte für die Kommissionierung im
Hochregal mit manuell bedientem RBG ....................................... 74
Tabelle 4-14:
Simulationsergebnis für die Kommissionierung im Hochregal
mit manuell bedientem RBG ......................................................... 74
Tabelle 4-15:
Beispiel zur Bestimmung der Anzahl an Spalten vorne in
Basisnähe..................................................................................... 80
Tabelle 4-16:
Berechnete Soll-Werte für die Kommissionierung in Zonen ......... 81
Tabelle 4-17:
Simulationsergebnis für die Kommissionierung in Zonen ............. 81
Tabelle 4-18:
Berechnete Soll-Werte für die WzP Kommissionierung................ 90
XVII
Tabellenverzeichnis
Tabelle 4-19:
Simulationsergebnis für die WzP Kommissionierung ................... 90
Tabelle 4-20:
Berechnete Soll-Werte für die inverse Kommissionierung............ 94
Tabelle 4-21:
Simulationsergebnis für die inverse Kommissionierung ............... 94
Tabelle 4-22:
Berechnete Soll-Werte für die Kommissionierung in Zonen
mit statischer und dynamischer Bereitstellung ........................... 101
Tabelle 4-23:
Simulationsergebnis für die Kommissionierung in Zonen mit
statischer und dynamischer Bereitstellung ................................. 101
Tabelle 5-1:
Reihenfolge der Lagerplatzvergabe ........................................... 128
Tabelle 5-2:
Beispiel einer Behälterauftragsliste für einen Bereich ................ 145
Tabelle 8-1:
Durchschnittliche Kommissionierzeiten in [Sekunden] je
Position im unterstellten Systemlastszenario „Positiv A“ im
Jahr 2009 (Durchschnitt gebildet aus je fünf
Simulationsläufen) ...................................................................... 176
XVIII
Abkürzungsverzeichnis
AG
Artikelgruppe
AKL
Automatisches Kleinteilelager
DB
Datenbank
DPS
Dynamic-Picking-System
Be
Bewegliches Element
BE
Bereitstelleinheit
CAD
Computer Aided Design
DLZ
Durchlaufzeit
EE
Entnahmeeinheit
ERM
Entity-Relationship-Modell
EPK
Ereignisgesteuerte Prozesskette
FCFS
First Come First Serve
FT
Fördertechnik
GUI
Graphical User Interface
HRL
Hochregallager
Id
Identifikationsnummer
IT
Informationstechnologie
KLT
Kleinladungsträger
LAM
Lastaufnahmemittel
Lehrstuhl fml
Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik
LHM
Ladehilfsmittel
LVS
Lagerverwaltungssystem
XIX
Abkürzungsverzeichnis
MTM
Methods-Time-Measurement
PlanKom
Planungsumgebung für Kommissioniersysteme
Pos
Position
PzW
Person-zur-Ware
RBG
Regalbediengerät
SERM
Strukturiertes Entity-Relationship-Modell
SimKom
Bausteinkasten Simulationsbausteine für die Kommissionierung
SvZ
System vorbestimmter Zeiten
SQL
Structured Query Language
UML
Unified Modeling Language
WzP
Ware-zur-Person
WMS
Warehouse-Management-System
XX
1 Einführung
Kommissioniersysteme dienen der Zusammenstellung von Artikeln aus einem Sortiment, um Kundenanforderungen zu erfüllen. Das im Alltag bekannteste Beispiel
für ein Kommissioniersystem ist ein Supermarkt, in dem die Verbraucher sich selbst
als Kommissionierer für ihre Einkaufswaren wiederfinden. Auch an weiteren Stellen,
wie z.B. für die Belieferung einer Filiale, der Versorgung einer Produktion oder für
den Onlinehandel werden Kommissioniersysteme benötigt. Diese Systeme verursachen bis zu 70% der Lager- und Distributionskosten, was einen Anteil von bis zu
5% des Umsatzes ausmachen kann [Attal 2009]. Dies liegt bei manuell betriebenen
Kommissioniersystemen an dem hohen Personalanteil [Alicke 2001] sowie bei automatisierten Systemen an den Abschreibungen der Investitionen [Goetschalckx
1989; Tompkins 2003]. Zudem ist die Planung eines Kommissioniersystems eine
der schwierigsten Aufgaben der Logistik [Gudehus 2005]. Es müssen viele Anforderungen berücksichtigt werden, deren Einflussgrößen gegenseitig voneinander abhängen. So soll ein Kommissioniersystem eine möglichst hohe Leistung erbringen,
sich an Marktveränderungen durch eine hohe Flexibilität anpassen, den Mitarbeitern einen ergonomischen Arbeitsplatz bieten und zu möglichst niedrigen Kosten
eingerichtet und betrieben werden. Die Planungsaufgabe besteht nun darin, die vier
Erfolgsfaktoren Leistung, Flexibilität, Ergonomie und Kosten optimal aufeinander
abzustimmen [Günthner 2009c].
Planungsunternehmen verwenden heutzutage individuelle rechnergestützte Werkzeuge für die überschlägige Leistungsberechnung oder begründen ihre Kommissioniersystemauswahl mit Erfahrungswerten aus bereits realisierten Projekten [Borries 1975]. Trotz einer Vielzahl an möglichen Varianten werden aus Zeitmangel oft
nur wenige eingehend betrachtet.
1.1 Problemstellung
Die benötigte Leistung eines Kommissioniersystems wird entscheidend von der
Artikel- und Auftragsstruktur beeinflusst, welche über das Kommissioniersystem
abgewickelt wird. Auf Grund der knappen Zeit während der Grobplanungsphase
können nur wenige Kommissioniersystemvarianten quantitativ auf ihre Leistung
überprüft werden. Der verantwortliche Planer greift für die Auswahl geeigneter
Kommissioniersystemvarianten häufig auf bewährte Lösungen aus vorangegangen
Projekten und seine persönliche Erfahrung zurück. Die berücksichtigten Planungsgrößen stellen dabei in der Regel nur eine Momentaufnahme dar und unterliegen
1
1 Einführung
meistens raschen Veränderungen. Bis zur Inbetriebnahme eines Kommissioniersystems können bereits starke Abweichungen von den während der Planung zu
Grunde gelegten Anforderungen entstehen. Um in der Planung die Zukunftsfähigkeit eines Kommissioniersystems sicherzustellen, ist es unumgänglich, dass das
System ganzheitlich betrachtet wird. Die Betrachtung des Gesamtsystems ist notwendig, um sowohl interne als auch externe Wechselwirkungen zwischen einzelnen
Systemkomponenten zu erfassen. Herkömmliche statische Planungsmethoden
können diese Anforderung nicht erfüllen. Ein erfolgsversprechender Ansatz, der die
Forderung nach einer ganzheitlichen Betrachtung des Systems ermöglicht, ist die
Nutzung der Ablaufsimulation zur Untersuchung von verschiedenen Gestaltungsmöglichkeiten von Kommissioniersystemen.
Das Werkzeug der Ablaufsimulation wird in der Variantenbetrachtung mangels Zeit
und Kostenaufwand heutzutage frühestens in der Feinplanung eingesetzt. In dieser
Phase ist der Planer jedoch bereits auf ein bis maximal zwei Varianten festgelegt
und hat eine möglicherweise bessere Variante bereits verworfen [Gudehus 2005].
Dies liegt überwiegend daran, dass die Erstellung von Simulationsmodellen zeitaufwendig ist. Dabei ist gerade die Simulation das am besten geeignete Hilfsmittel
zur Bestimmung von Leistungskennzahlen über komplexe Anlagen, auf Grund der
Veranschaulichung und der daraus resultierenden besseren Interpretierbarkeit der
Prozesse. Kenntnisse über Wechselwirkungen, die auf Grund der dynamischen
Zusammenhänge bei zeitlicher Betrachtung entstehen, können durch Simulation
bereits früh erkannt und in der Planung berücksichtigt werden.
Nicht zuletzt ermöglicht die Visualisierung der Simulationsergebnisse eine bessere
Kommunikation an die Entscheidungsträger und damit ein höheres Vertrauen in die
Resultate.
Aber auch die Wissenschaft hat beim Einsatz der Ablaufsimulation im Feld der
Kommissioniersystemplanung noch Nachholbedarf. Es existieren viele wissenschaftliche Arbeiten im Bereich der Supply-Chain-Simulation, aber vergleichsweise
wenige im Bereich der Simulation von Kommissioniersystemen [Gagliardi 2007].
Die meisten Untersuchungen beschränken sich auf eine spezielle Situation in
einem spezifischen Kommissioniersystem oder auf ein bestimmtes Entscheidungsproblem [de Koster 2007].
2
1 Einführung
1.2 Zielsetzung
IST-Zustand
IST-Zustand
Zielsetzung
Ausgangssituation
In dieser Arbeit wird eine simulationsgestützte Planungsumgebung entwickelt, um
die Anwendbarkeit der Simulation bereits im frühen Planungsprozess zu ermöglichen und aufzuzeigen. Ausgehend von den Planungsphasen, die während der Planung von Kommissioniersystemen durchlaufen werden müssen, wird in Abbildung
1-1 die Ausgangssituation bei der Nutzung der Ablaufsimulation der Zielsetzung
dieser Arbeit gegenübergestellt. Die Planungsprozesskette beginnt mit einer Zielplanung, bei der die Planungsaufgabe definiert wird. Daran anschließend wird in
einer Vorbereitungsphase die Datengrundlage aufbereitet, analysiert und erste statische Kennzahlen zur Veranschaulichung gebildet. Für die vorliegenden Daten
werden in der Grobplanungsphase Ideen generiert, aus denen Planungsvarianten
von Kommissioniersystemen entsprechend der Datengrundlage gebildet werden.
Aus diesen werden durch überschlägige Berechnungen bzw. aus den Erfahrungswerten vergangener Projekte nur wenige, in den meisten Fällen sogar nur eine, Variante ausgewählt und in der Feinplanung weiter ausdetailliert. An dieser Stelle der
konventionellen Planung wird erstmals die Ablaufsimulation eingesetzt, um die Investitionsentscheidung noch vor der Realisierung abzusichern.
Abbildung 1-1: Vergleich von Ausgangssituation und Zielsetzung
Wenn es gelingt, das Werkzeug der Ablaufsimulation früher in den Planungsprozess einzubinden, können vor allem Fehlentscheidungen vermieden werden, die
3
1 Einführung
nach dem Stand der Technik während der Grobplanungsphase getroffen werden
und in der Feinplanungsphase nicht mehr korrigierbar sind.
Erstes Ziel ist es, bereits bei der Datenaufbereitung und -analyse ein Standarddatenformat zu entwickeln, welches von standardisierten Simulationsbausteinen zur
schnellen Durchführung von Simulationsexperimenten genutzt werden kann. Wenn
die Möglichkeit einer schnellen Modellerstellung besteht, können darüber hinaus
während der Grobplanungsphase mehr Varianten auf ihre Eignung geprüft werden.
Des Weiteren besteht die Möglichkeit, während der Feinplanungsphase den Abstraktionsgrad der bereits vorhandenen Simulationsmodelle zu verringern. In Abbildung 1-2 ist die Architektur einer simulationsgestützten Planungsumgebung dargestellt. Diese soll den Menschen bei der Planung nicht ersetzen, sondern bei der
Umsetzung seiner Ideen und der notwendigen Analysen unterstützen.
Planungsaufgabe
Ideen / Realdaten
Datenvorbereitung
(PlanKom)
Entscheidungsbasis
Wechselwirkungen
Kennzahlenermittlung
(PlanKom)
Simulation
Relationale Datenbank (z.B. Access, SQL Server, etc.)
Abbildung 1-2: Architektur einer simulationsgestützten Planungsumgebung
Aus seinen Ideen entwirft der Planer Systemvarianten zur Lösung einer Planungsaufgabe. Um diese in einem Rechnermodell umzusetzen, soll ihm eine Applikation
bei der simulationsgerechten Datenaufbereitung unterstützen. Durch die Simulation
werden die Auftragsdaten um Ausführungszeiten ergänzt, so dass im Anschluss
Kennzahlen durch Verdichtung der Daten ermittelt werden können.
4
1 Einführung
1.3 Aufbau der Arbeit
Die vorliegende Arbeit ist in neun Kapitel gegliedert. Nach der Einleitung werden in
Kapitel 2 zunächst Grundlagen der Kommissionierung, der Planung von Kommissioniersystemen und der Simulation beschrieben.
Ausgehend von einer Definition eines Kommissioniersystems werden Begrifflichkeiten und der grundsätzliche Aufbau sowie die grundlegenden Kommissionierverfahren beschrieben. Die anschließenden Unterkapitel befassen sich mit den Anforderungen an die Planung von Kommissioniersystemen, die Grundlagen der Simulationstechnik und eine Kurzbeschreibung von Methods-Time-Measurement (MTM).
Abschließend wird mit den gebräuchlichen Planungsvorgehen der Stand der Technik bei der Planung von Kommissioniersystemen aufgezeigt.
Im dritten Kapitel wird die Systematik beschrieben, welche für die Entwicklung von
Simulationsbausteinen im Rahmen einer Bausteinbibliothek zu Grunde gelegt wurde. Neben der Abgrenzung verschiedener Simulationsbausteine werden die zu implementierenden Schnittstellen und Zielgrößen definiert.
Das vierte Kapitel beschreibt die Entwicklung der Simulationsbausteine. Es wird auf
die Vorgehensweise bei der Modularisierung, wichtige Steuerungsmechanismen
sowie die Validierung eingegangen.
Da verschiedene Kommissioniersysteme unterschiedlich aufbereitete Auftrags- und
Artikelinformationen erfordern, werden im fünften Kapitel die notwendigen Schritte
der Datenauf- und -vorbereitung sowie deren Optimierung dargestellt. Gerade in
manuellen Kommissioniersystemen kann die Leistungsfähigkeit durch die gleichzeitige Bearbeitung mehrerer Aufträge erhöht werden. Um Planungsvarianten vergleichen zu können, müssen derartige Optimierungen berücksichtigt werden. An dieser
Stelle werden einige Warehouse-Management-System-Funktionen nachgebildet,
die für die Datenerzeugung und -optimierung benötigt werden. Zur Vergleichbarkeit
unterschiedlicher Kommissioniersysteme müssen für jedes modellierte Kommissioniersystem angepasste Kommissionierauftragslisten erstellt werden, welche auf der
gleichen Kundenauftragsinformation beruhen. Darüber hinaus wird eine Wegzeitoptimierung durchgeführt, um eine Aussage über die tatsächlich mögliche Leistung
treffen zu können.
Im sechsten Kapitel wird ein Framework beschrieben, das für die Verknüpfung der
Simulationsbausteine zu heterogenen Kommissioniersystemen sowie für das ge5
1 Einführung
genseitige Austauschen erforderlich ist. Das Framework versorgt die Simulationsbausteine mit den generierten Daten.
Kapitel sieben stellt die Ermittlung wichtiger Kennzahlen dar. Hier wird die Komprimierung der Simulationsergebnisse und die Berechnung der Kostenwerte aufgezeigt.
Der Nachweis der Praktikabilität dieser Vorgehensweise erfolgt im achten Kapitel
über ein Anwendungsbeispiel.
Abschließend wird die Arbeit im neunten Kapitel zusammengefasst und ein Ausblick auf zukünftige Entwicklungsmöglichkeiten der simulationsgestützten Planungsumgebung gegeben.
6
2 Stand der Wissenschaft
Kommissioniersysteme beeinflussen wesentlich den Lieferservice und die Logistikkosten [Gudehus 2007]. Die große Anzahl von Realisierungsmöglichkeiten
[Dullinger 2005a; Pieper-Musiol 1982; Sadowsky 2007; VDI-Richtlinie Nr. 2689]
führt zu einem hohen Komplexitätsgrad bei der Planung dieser Anlagen. Dabei bestimmt das Planungsergebnis langfristig die logistische Leistungsfähigkeit eines
Unternehmens. Demnach hat die Planung von Kommissioniersystemen einen hohen strategischen Stellenwert [Goetschalckx 1989]. Ein allgemeines Planungsvorgehen oder ein globales Optimierungsmodell für die Kommissionierung ist bislang
noch nicht vorhanden [de Koster 2007]. Die meisten Arbeiten, die sich mit der Simulation von Kommissioniersystemen beschäftigen, beschränken sich auf eine
spezielle Situation oder ein bestimmtes Entscheidungsproblem [de Koster 2007].
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Standardisierung des Planungsvorgehens, um
den frühzeitigen Einsatz der Ablaufsimulation im ganzheitlichen Planungsprozess
der Kommissioniersysteme zu ermöglichen. Dabei handelt es sich um eine Querschnittsaufgabe, die Kenntnisse der Logistik, Informatik und Betriebswirtschaftslehre erfordert.
In diesem Kapitel werden zunächst die für diese Arbeit grundlegenden Begriffe
Kommissionierung, Planung und Simulation definiert und erläutert. Hierzu werden
Begrifflichkeiten, Einflussgrößen und Anforderungen an die Kommissionierung sowie an die Planung von Kommissioniersystemen aufgezeigt. Anschließend wird das
grundsätzliche Vorgehen bei der Planung dargestellt und Werkzeuge aufgezeigt,
welche für diese Arbeit von Bedeutung sind.
2.1 Kommissioniersysteme
Nachfolgend werden zunächst die Begrifflichkeiten der Kommissionierung in Abschnitt 2.1.1 definiert. Anschließend wird der grundsätzliche Aufbau von Kommissioniersystemen in Abschnitt 2.1.2 beschrieben. Die grundlegenden Kommissionierverfahren werden in Abschnitt 2.1.3 dargestellt. Für eine ausführliche Einführung in Kommissioniersysteme sei darüber hinaus auf [Gudehus 1973; Arnold
2005; Jünemann 1989] und [Gudehus 2005] verwiesen.
7
2 Stand der Wissenschaft
2.1.1 Definition von Begrifflichkeiten
Das Kommissionieren ist das Zusammenstellen von Teilmengen auf Grund von
Anforderungen (Auftrag) aus einer Gesamtmenge (Sortiment) [VDI-Richtlinie Nr.
3590].
Grundsätzlich sind zwei Kommissionierarten zu unterscheiden: das Zusammenstellen von ganzen Ladeeinheiten und das Kommissionieren von Teilmengen.
Beim Zusammenstellen ganzer Ladeeinheiten werden diese mit Hilfe von Fördertechnik aus dem Einheitenlager zum Auftragssammelplatz gebracht und dort zusammengeführt.
Das Kommissionieren von Teilmengen ist die zentrale Aufgabe der Kommissioniersysteme. Dabei werden die Artikeleinheiten oder Gebinde der Auftragsmenge aus
einer bereitgestellten Artikelmenge vereinzelt. Das Greifen zur Vereinzelung, Entnahme und Abgabe der Entnahmemenge ist hierbei der Kernprozess [Gudehus
2005].
Ein Kommissioniersystem bezeichnet eine Lösung, deren zentrale Aufgabe das
Kommissionieren ist [Gudehus 2005]. Im Weiteren werden die wesentlichen Begriffe der Kommissionierung nach [VDI-Richtlinie Nr. 3590] definiert.
Die Gesamtmenge aller Artikel, welche in einem Lager für die Erfüllung der Kundenanforderung zur Verfügung stehen, wird als Sortiment bezeichnet. Dabei ist die
Menge eines Artikels, welche für den Kommissionierprozess im Kommissioniersystem vorgehalten wird, als Bereitstelleinheit definiert. Kundenanforderungen werden über Aufträge beschrieben und enthalten die von einem Auftraggeber (Kunden)
bestellten Artikel mit der Angabe der gewünschten Menge. Jede Kombination aus
Artikel und Menge in einem Auftrag wird als Position bezeichnet und entspricht genau einer Auftragszeile. Bei der Entnahme von Artikeln aus einer Bereitstelleinheit
zur Erfüllung einer Auftragsposition, wird die kleinste mögliche Einheit des Artikels
als Entnahmeeinheit bezeichnet. Die Begriffszusammenhänge werden zur Veranschaulichung in der Abbildung 2-1 dargestellt.
8
2 Stand der Wissenschaft
Sortiment
Auftrag
Entnahmeeinheit
Bereitstelleinheit
Position
Artikel
Abbildung 2-1: Begrifflichkeiten beim Kommissionieren [Günthner 2009d]
2.1.2 Aufbau von Kommissioniersystemen
Die Forschungsarbeiten zur schematischen Darstellung und Klassifizierung der
Kommissionierprozesse begannen in den 1970er Jahre [Günthner 2007]. Aus diesen entstand die VDI-Richtlinie 3590 [VDI-Richtlinie Nr. 3590]. Um die Aufgabe des
Kommissionierens zu erfüllen, enthalten Kommissioniersysteme technische und
organisatorische Einrichtungen, welche über die drei Teilsysteme
Organisationssystem
Materialflusssystem
Informationssystem
definiert und beschrieben sind [VDI-Richtlinie Nr. 3590; Gudehus 2005; Günthner
2009d].
Organisationssystem
Das Organisationssystem gliedert sich in die Aufbau-, Ablauf- und Betriebsorganisation (vgl. Abbildung 2-2).
9
2 Stand der Wissenschaft
Organisationssystem
Realisierungsmöglichkeiten
Teilsysteme
Kriterien
Aufbauorganisation
Zonenaufteilung
einzonig
mehrzonig
Sammeln
nacheinander
gleichzeitig
Entnahme
artikelorientiert
auftragsorientiert
Abgabe
artikelorientiert
auftragsorientiert
Ablauforganisation
Betriebsorganisation
Auftragssteuerung
Bestimmungsfaktoren (Beispiele)
ohne Optimierung mit Optimierung
Artikeleigenschaft
baul. Gegebenheiten
Durchlaufzeit
Mengendurchsatz
Zugriffshäufigkeit
Auftragsgröße
Auftragsvolumen
Personalbedarf
Versandart
Systemleistung
Abbildung 2-2: Grundfunktionen des Organisationssystems nach [VDI-Richtlinie Nr. 3590]
Mit der Aufbauorganisation wird die Zonenaufteilung festgelegt. Diese ist besonders
wichtig, wenn kein homogenes1, sondern ein heterogenes Sortiment2 bearbeitet
werden soll. Nicht jede Kommissioniertechnik eignet sich für jeden Artikel. Eine Aufteilung des Sortiments in mehrere Bereiche erfolgt nach Artikeleigenschaften wie
z.B. Artikelabmessungen, Gewicht, Lagertemperatur, Zugriffshäufigkeit, Gefahrgut,
etc.. Nach welchen Eigenschaften die Artikel für eine Planungsaufgabe gruppiert
werden und an welchen Stellen die Grenzen gezogen werden, muss der Planer an
Hand der eingesetzten Kommissionierverfahren entscheiden.
Mit der Ablauforganisation wird bestimmt, ob und wie ein Kundenauftrag auf eine
oder mehrere Kommissionierzonen aufgeteilt wird. Dies muss an Hand der Auftragsstruktur vom Planer festgelegt werden. Bei einer Aufteilung des Kommissioniersystems in mehrere Kommissionierzonen ist zu entscheiden, ob diese nacheinander/seriell oder gleichzeitig/parallel von einem Kundenauftrag durchlaufen werden sollen. Seriell bzw. nacheinander bedeutet, dass der Kommissionierauftrag im
Wesentlichen dem Kundenauftrag entspricht. Es wird eine Sammeleinheit benötigt,
die zwischen den Kommissionierzonen weitergereicht wird. Bei einer seriellen
Kommissionierung können durch den Einsatz des Pick3 & Pack Konzepts Einspa-
1
homogenes Sortiment bedeutet, dass sich die darin enthaltenen Artikel in ihren Eigenschaften
(Form, Größe, Gewicht, etc.) sehr ähnlich sind.
2
heterogenes Sortiment bedeutet, dass sich die darin enthaltenen Artikel in ihren Eigenschaften
(Form, Größe, Gewicht, etc.) wesentlich voneinander unterscheiden.
3
Unter einem Pick ist das Greifen einer Entnahmeeinheit zu verstehen.
10
2 Stand der Wissenschaft
rungen im Verpackungsprozess erzielt werden. Auf Grund der direkten Kundenauftragszuordnung der Artikel kann an Stelle des Sammelbehälters hierbei auch direkt
der Versandkarton verwendet werden. Eine parallele bzw. gleichzeitige Bearbeitung
erfordert die Aufteilung des Kundenauftrags in mehrere Teilaufträge. Diese können
unabhängig voneinander in den jeweiligen Kommissionierzonen bearbeitet werden.
Dadurch lassen sich die Durchlaufzeiten verkürzen. Für jeden Kommissionierteilauftrag wird eine Sammeleinheit benötigt. Im Anschluss ist jedoch eine Konsolidierungszone1 für die Zusammenführung aller Teilaufträge/Sammeleinheiten eines
Kundenauftrags erforderlich, sofern der Kunde für einen Auftrag nur eine Lieferung
erhalten soll. In manchen Kommissioniersystemen erhält der Kunde aber auch
ganz bewusst mehrere Lieferungen/Sendungen für einen Auftrag. Dies ist abhängig
von den beauftragten Paketdienstleistern, der maximalen Sendungsgröße oder
auch anderen organisatorischen Restriktionen. Des Weiteren kann die Kommissionierung auftragsorientiert/einstufig oder artikelorientiert/mehrstufig erfolgen. Auftragsorientiert bedeutet in diesem Zusammenhang, dass für jeden Kundenauftrag
ein separater Sammelbehälter verwendet wird und gesammelte Artikel bei der Entnahme einem Auftrag zugeordnet werden. Es wird auch von einer einstufigen Bearbeitung gesprochen, da eine einmalige Identifizierung und Zuordnung eines Artikels zum Auftrag ausreichend ist [Jünemann 2000]. Wird die Entnahme artikelorientiert durchgeführt, so ist generell eine zweite Kommissionierstufe erforderlich, in der
die gesammelten Artikel nach Kundenaufträgen sortiert werden. Aus diesem Grund
wird auch von einer mehrstufigen Kommissionierung gesprochen. In der ersten Stufe werden mehrere Kundenaufträge in einen Sammelbehälter ohne direkte Zuordnung zu einem Kundenauftrag kommissioniert. Diese Zuordnung erfolgt in einer
weiteren Kommissionierstufe, in der die Artikel erneut identifiziert werden müssen,
um sie den jeweiligen Kundenaufträgen zuzuordnen. Durch die artikelorientierte
Kommissionierung lassen sich Wegzeiten innerhalb der ersten Stufe reduzieren.
Für einen gewinnbringenden Einsatz müssen die Einsparungen jedoch höher aus-
1
In einer Konsolidierungszone werden alle Teilaufträge zu einem Auftrag gesammelt und zusammengeführt.
11
2 Stand der Wissenschaft
fallen als der zusätzlich benötigte Zeitbedarf für das nochmalige Identifizieren und
Sortieren der Artikel in der zweiten Stufe [Jünemann 2000].
Die Betriebsorganisation hat die Aufgabe, die Kommissionieraufträge möglichst
optimal in das Kommissioniersystem einzusteuern. Optimierungskriterien können
eine gleichmäßige Kapazitätsauslastung, ein geringer Ressourcenverbrauch, geringe Durchlaufzeiten, hohe Termintreue und ein hohes Qualitätsniveau sein [Lolling 2003]. Ein Beispiel für eine Optimierungsaufgabe stellt die Wegzeitoptimierung
durch Bildung von Auftragsserien dar, bei denen mehrere Aufträge gleichzeitig auftragsorientiert kommissioniert werden sollen. Dabei werden Kommissionieraufträge
gruppiert, welche ähnliche Artikel oder Laufwege beinhalten.
Materialflusssystem
Das Materialflusssystem eines Kommissioniersystems lässt sich nach [VDIRichtlinie Nr. 3590] über die Vorgänge Transport der Güter zur Bereitstellung, Art
der Bereitstellung, Bewegung des Kommissionierers zur Bereitstellung, Entnahme
der Güter durch den Kommissionierer, Transport der Güter zum Abgabeort, Abgabe
und Rücktransport der angebrochenen Ladeeinheiten beschreiben und klassifizieren (vgl. Abbildung 2-3).
Die Bereitstellung der Entnahmeeinheiten kann statisch oder dynamisch erfolgen.
Bei einer statischen Bereitstellung liegen die Waren fest am Entnahmeort. Bei der
dynamischen Bereitstellung dagegen werden sie durch Fördertechnik zum Entnahmeort gebracht. Der Kommissionierer kann sich ein- oder zweidimensional1
fortbewegen [o. V. 2009b]. Unter eindimensional ist eine Bewegung des Kommissionierers in der Ebene zu verstehen. Bei gleichzeitiger horizontaler und vertikaler
Bewegung des Kommissionierers wird diese als zweidimensional bezeichnet. Beide
Bewegungsarten können auf eine Gasse beschränkt sein oder Gassenwechsel zulassen.
1
In der VDI3590 wird bei der Bewegung des Kommissionierers zwischen ein-, zwei- oder mehrdimensional unterschieden. Jedoch bleibt dabei unklar, ob sich ein Kommissionierer bei einer zweidimensionalen Bewegung in der Ebene durch mehrere Gassen oder in einer Linie und der Höhe
bewegt. Diese Unklarheit wird durch eine Einteilung in ein- oder zweidimensional mit dem Zusatz
mit oder ohne Gassenwechsel geschlossen (vgl. [o. V. 2009b]).
12
2 Stand der Wissenschaft
Materialflusssystem
Transport der Güter
zur Bereitstellung
findet nicht statt
Entnahme der Güter
durch den
Kommissionierer
findet statt
zweidimensional
mechanisch
eindimensionial
manuell
statisch
zentral
geordnet
Bereitstellung
Bewegung des
Kommissionierers
zur Bereitstellung
Materialflusseinheit
Realisierungsmöglichkeiten
Vorgang
dreidimensional
automatisch
dynamisch
dezentral
ungeordnet
Beschickungseinheit
Bereitstelleinheit
findet statt
eindimensional
mit Gassenwechsel
manuell
findet nicht statt
manuell
eine Entnahmeeinheit pro Zugriff
mechanisch
zweidimensional
ohne Gassenwechsel
automatisch
mechanisch
automatisch
mehrere Entnahmeeinheiten pro Zugriff
Sammeleinheit
Entnahmeeinheit
findet statt
Transport der Güter
zum Abgabeort
mechanisch
statisch
zentral
geordnet
Abgabe
Rücktransport der
angebrochenen
Ladeeinheiten
eindimensional
mit Gassenwechsel
manuell
findet nicht statt
zweidimensional
ohne Gassenwechsel
automatisch
dynamisch
dezentral
ungeordnet
Sammeleinheit
Sammeleinheit
Versandeinhei
findet statt
findet nicht statt
eindimensional
mit Gassenwechsel
manuell
mechanisch
zweidimensional
ohne Gassenwechsel
automatisch
Beschickungseinheit
Abbildung 2-3: Grundfunktionen des Materialflusssystems nach [VDI-Richtlinie Nr. 3590; o.
V. 2009b]
Bei der Entnahme der Artikel wird zwischen manuell, mechanisch und automatisch
unterschieden. Bei der manuellen Entnahme hat der Kommissionierer keinerlei
technische Hilfsmittel zum Ausführen des Greifvorgangs. Beim mechanischen Greifen steht dem Kommissionierer dagegen ein Hilfsmittel, wie beispielsweise ein
Sauggreifer an einem Schwenkkran, zur Verfügung. Die Entnahme kann aber auch
automatisch durch einen Greifroboter oder eine Abzugsvorrichtung aus einem
Durchlaufkanal erfolgen [Gudehus 2005]. Die Abgabe der Sammelbehälter kann
zentral an einer festen Sammelstelle oder dezentral, beispielsweise auf ein Förderband mit undefiniertem Abgabepunkt oder auf unterschiedliche Transportwägen,
erfolgen.
Informationssystem
Das Informationssystem umfasst die Vorgänge der Auftragserfassung, Auftragsaufbereitung, Weitergabe und Quittierung [VDI-Richtlinie Nr. 3590]. Ein Auftrag enthält
alle Grundinformationen, wie Art der Artikel und Bestellmenge, die für das Kommissionieren benötigt werden. In der Kommissionierliste werden diese Auftragsdaten
mit den Daten des Kommissioniersystems verknüpft. Der Entnahmeort und die Bewegungsstrategie können solche Informationen über das Kommissioniersystem
13
2 Stand der Wissenschaft
sein. Alle für das Kommissionieren benötigten Informationen wie Art des Artikels,
Artikelmenge und Entnahmeort finden sich nun in je einer Zeile der KommissionierKommissionie
liste. Diese
iese Zeile wird Position genannt (vgl. Abbildung 2-4).
Abbildung 2-4: Informationsverarbeitung für eine Kommissionierliste [Günthner 2009d]
2009
Bereitstellungstechnologien für die zur Kommissionierung benötigten Informationen
sind die papiergebundene Pickliste, das stationäre Datenterminal, das mobile DaD
tenterminal, Pick-by-Voice,
Voice, Pick-to-Light,
Pick
Pick-by-Light und Pick-by
by-Vision (vgl. [Attal 2009; Reif 2009]).. Die verwendete Technologie
Technologie wirkt sich auf den Zeitverbrauch
für die Informationsaufnahme
aufnahme durch den Kommissionierer aus und wird in dieser
Arbeit auch nur als solcher in der Grobplanung berücksichtigt.
berücksichtigt
2.1.3 Grundlegende Kommissionierverfahren
Allgemein lassen sich Kommissionierverfahren
Kommissionierverfahren in die beiden Prinzipien Person-zurPerson
Ware und Ware-zur-Person
Person unterscheiden. Der Betrachtungsfokus für die UnterUnte
scheidung bezieht sich dabei grundsätzlich auf die Bewegung des Menschen.
Kommissionierverfahren nach dem Prinzip Person-zur-Ware
Person
(PzW)
Das Kommissionierverfahren
ommissionierverfahren PzW beschreibt
beschreibt ein Kommissioniersystem mit statistat
scher Artikelbereitstellung, in dem sich die Person (Kommissionierer) zur Erfüllung
14
2 Stand der Wissenschaft
einer Auftragsanforderung zu dem Lagerort des Artikels (Ware) bewegen muss
[VDI-Richtlinie Nr. 3590].
Kommissionierverfahren nach dem Prinzip Ware-zur-Person (WzP)
Bei einem Kommissionierverfahren nach dem Prinzip WzP werden die Artikel (Ware) dynamisch bereitgestellt, so dass sich die Person (Kommissionierer) für den
Entnahmevorgang an einem festen Platz befinden kann und die Ware zur Person
befördert wird [VDI-Richtlinie Nr. 3590].
Mittlerweile gibt es auch technische Lösungen von Kommissioniersystemen, bei
denen die Artikelbereitstellung sowohl statisch als auch dynamisch erfolgt. Dabei
wird eine Bereitstellfront bzw. Pickfront1 so verändert, dass sie die Artikel beinhaltet, welche für anstehende Kommissionieraufträge benötigt werden [ten Hompel
2007b]. Auf Grund der nach wie vor vorhandenen Bewegung des Kommissionierers, werden diese Kommissioniersysteme in dieser Arbeit dem Prinzip PzW zugeordnet.
2.2 Planung von Kommissioniersystemen
Die Planung von Kommissioniersystemen ist eine der schwierigsten Aufgaben der
innerbetrieblichen Logistik [Gudehus 2005]. Im Folgenden wird zunächst der Begriff
der Planung definiert (vgl. Abschnitt 2.2.1). Es werden die Grundsätze der Planung
genannt (vgl. Abschnitt 2.2.2) und die Anforderungen an die Planung von Kommissioniersystemen beschrieben (vgl. Abschnitt 2.2.3). Anschließend werden die Phasen einer Kommissioniersystemplanung dargestellt und ihre Inhalte aufgezeigt (vgl.
Abschnitt 2.2.4).
2.2.1 Definition des Begriffs Planung
Für den Begriff der Planung existieren in der Literatur verschiedene Definitionen,
darunter die folgenden:
1
Planung zielt auf die optimale Lösung eines Problems in befristeter, meist
vorgegebener Zeit unter Berücksichtigung aller wesentlichen Einflussgrößen
und Faktoren ab [VDI-Richtlinie Nr. 2385].
Eine Pickfront ist z.B. ein Fachbodenregal, in dem die für die nächsten Aufträge benötigten Bereitstelleinheiten zur Verfügung gestellt werden. Als Synonym wird auch der Begriff Bereitstellfront
verwendet.
15
2 Stand der Wissenschaft
Planung ist die gedankliche Vorwegnahme von Handlungsschritten, die zur
Erreichung eines Zieles notwendig scheinen. Dabei wird berücksichtigt, mit
welchen Mitteln das Ziel erreicht werden kann, wie diese Mittel angewendet
werden können, und wie das Erreichte kontrollierbar ist. Als Planungsergebnis erzeugen im Idealfall kurz-, mittel- oder langfristige Pläne Handlungssicherheit [Bauer 2008].
Planung ist die Auswahl, Organisation, Dimensionierung und Optimierung
der Prozesse, Netzwerke und Ressourcen zur Erfüllung zukünftiger Leistungsanforderungen [Gudehus 2007].
Planung von Materialflusssystemen ist die gedankliche und modellmäßige
Gestaltung der zur Lösung einer entsprechenden Aufgabenstellung einzurichtenden Arbeitsprozesse einschließlich der hierfür einzusetzenden Arbeitsmittel und Anlagen [Jünemann 1989]
In allen genannten Definitionen wird die Aufgabe bzw. das Ziel der Planung verdeutlicht. Zusätzlich wird in [VDI-Richtlinie Nr. 2385] auf die begrenzt verfügbare
Zeit hingewiesen. Die begrenzte Zeit ist auch einer der Gründe, weshalb die Ablaufsimulation in der frühen Planungsphase bislang noch keine Anwendung finden
konnte.
2.2.2 Planungsgrundsätze
In dem Buch von ten Hompel [ten Hompel 2007b] werden Grundsätze genannt,
deren Einhaltung auch bei der Planung von Kommissioniersystemen wichtig sind.
Diese werden nachfolgend aufgezählt.
Idealkonzept als erste Zielgröße
Variantenbetrachtung
Zukunftsbezogenheit
Kostenbetrachtung
Zeitpunkt der Entscheidungsfindung
Ausgehend von einem Idealkonzept, welches eine erste Zielgröße darstellt, werden
Varianten erarbeitet. In den Varianten werden vorhandene Restriktionen
berücksichtigt. Wichtig ist an dieser Stelle die Zukunftsbezogenheit der zu Grunde
gelegten Datenbasis. Die gesuchte Variante soll nicht nur optimal für die
16
2 Stand der Wissenschaft
Gegenwart sein, sondern auch über den gesamten Planungshorizont hinweg die
optimale Lösung darstellen. Hierzu ist eine Hochrechnung der Planungsdaten
verbunden mit einer Szenariobetrachtung [Gausemeier 1996; Meyer-Schönherr
1992; von Reibnitz 1992] unerlässlich. Szenarios bieten die Möglichkeit die Zukunft
zu beschreiben. Zusätzlich zu dem Nutzen einer Anlage ist auch immer der
Aufwand zu berücksichtigen. Dies erfolgt an Hand einer Kostenbetrachtung, die die
Leistungen für die der Kunde und damit auch der Betreiber bereit ist zu zahlen,
differenzieren muss [Womack 2003].
Wie bereits im Abschnitt 2.2.1 genannt, erfolgt eine Planung in der Regel in
begrenzter Zeit und gerade deswegen ist der Zeitpunkt der Entscheidungsfindung
auch ein wesentlicher Grundsatz jeder Planungsaufgabe. Die Entscheidung muss
zu einem geeigneten Zeitpunkt herbeigeführt werden können.
2.2.3 Anforderungen an die Planung von Kommissioniersystemen
Die Anforderungen an den Planer eines Kommissioniersystems bestehen im Wesentlichen darin, die Erfolgsfaktoren eines Kommissioniersystems bestmöglich für
den jeweiligen Einsatzfall zu gestalten. Ziel ist es, ein Kommissioniersystem mit der
höchsten Leistung, zu den geringsten Kosten, mit der größten Flexibilität und der
besten Ergonomie zu planen.
Leistung
Die Leistungskennzahlen eines Kommissioniersystems umfassen z.B. die Anzahl
abgearbeiteter Aufträge pro Stunde, die Durchlaufzeit, die Lieferfähigkeit, aber auch
die Fehlerquote bei der Entnahme. Es ist nicht entscheidend ein System zu planen,
welches neue Bestmarken in der Pickleistung aufstellt, vielmehr muss stärker aus
der Sicht des Gesamtprozesses die notwendige Leistung in der Kommissionierung
beurteilt werden. Dazu ist eine Abstimmung der Leistung zwischen den einzelnen
Bereichen notwendig. Die Durchlaufzeit von der Auftragsannahme bis zum Versand
spielt dabei eine entscheidende Rolle.
Die Waren für Aufträge können zusammengestellt werden, sobald die entsprechenden Artikel vorrätig sind. Dadurch ergeben sich bestimmte Anforderungen an
die Bestandsreichweiten im Lager, die unter Berücksichtigung der Wiederbeschaffungszeit und der Bestandskosten festzulegen sind. Ein weiterer Aspekt, der die
Lieferfähigkeit beeinflusst, ist die Verwaltung des Lagerbestandes. Auf Grund von
Mengen- und Auswahlfehlern beim Kommissionieren kann es zu Unterschieden
17
2 Stand der Wissenschaft
zwischen dem physischen Bestand und dem Bestand im Lagerverwaltungssystem
kommen. Grund für solche Abweichungen können z.B. Kommissionierfehler sein,
die nicht behoben werden. Umso wichtiger ist es, bei der Gestaltung von Kommissioniersystemen auf die Reduzierung von so genannten Pickfehlern zu achten. Die
Prozessgestaltung beeinflusst wesentlich die Fehlerquote. Dabei spielt vor allem
die Art und Weise der Informationsbereitstellung eine wichtige Rolle.
Kosten
Grundsätzlich ist bei der Planung auf geringe Prozesskosten zu achten. Kennzahlen für die Bewertung der Kosten sind z.B. die entstehenden Kosten pro Auftrag
oder pro Pick. Bei einer ganzheitlichen Planung sind die Kosten aber nur ein Aspekt, der die Auswahl beeinflusst.
Einen wesentlichen Einfluss auf die Kosten hat der Automatisierungsgrad. In Westeuropa ist ein Trend zu einer höheren Automatisierung zu erkennen. Treiber dieses
Trends sind neben den Personalkosten vor allem die vor der Einführung stehenden
EU-Vorschriften hinsichtlich der Mitarbeiterbelastung [Breu 2007]. Trotz des verstärkten Einsatzes von Fördertechnik in Kommissioniersystemen wird der Mensch
zentraler Bestandteil von Kommissioniersystemen bleiben. Dies hat zur Folge, dass
die Kosten in einem Kommissioniersystem stark durch die Personalkosten beeinflusst werden.
Die Produktivität eines Kommissionierers lässt sich an Hand des Zeitanteils bewerten, den er, gemessen an seiner Arbeitszeit, für die Entnahme der Artikel aufbringt.
Die Entnahme der Artikel ist der wertschöpfende Anteil im Kommissionierprozess.
Somit muss der Prozess so gestaltet werden, dass der Kommissionierer hauptsächlich mit diesen Tätigkeiten beschäftigt ist [Womack 2003].
Eine effiziente Prozessgestaltung, die einen hohen Zeitanteil für die Entnahme der
Artikel ermöglicht, ist die Basis für geringe Prozesskosten im Kommissioniersystem.
Im nächsten Schritt sind dann die Technikkomponenten und das Lagerlayout zu
identifizieren, die den Prozess bestmöglich unterstützen.
Flexibilität
Dass die Flexibilität von Logistiksystemen einen immer höheren Stellenwert bekommt, zeigen die Ergebnisse der Studie »Trends und Strategien in der Logistik«.
Knapp neunzig Prozent der befragten Unternehmen haben die Frage »Wie reagieren Sie auf die Dynamisierung der Märkte?« mit der Aussage »Die Flexibilität ihrer
Logistikstrukturen steigern!« beantwortet [Straube 2005]. Veränderte Kundenanfor18
2 Stand der Wissenschaft
derungen wirken sich direkt auf die Kommissionierung aus, so dass diese Systeme
mit der hohen Marktvolatilität leben müssen. Umso wichtiger ist es, bereits bei der
Planung die Flexibilität des Systems sicherzustellen.
Ein flexibles Logistiksystem muss sich permanent den aktuellen Anforderungen
anpassen. Die Flexibilität darf dabei aber nicht auf Kosten der Wirtschaftlichkeit
sichergestellt werden. Ein reines Vorhalten von Kapazitätsreserven sichert nicht
den langfristigen Erfolg. Die Schlussfolgerung hieraus ist die Forderung nach skalierbaren Logistiksystemen, die dem Spannungsfeld zwischen Erfüllung der Anforderungen und der Wirtschaftlichkeit standhalten [Günthner 2008].
Die quantitative Bewertung der Flexibilität im Planungsprozess ist schwierig und oft
sehr hypothetisch, da viele Annahmen getroffen werden müssen. Geeignete Methoden, um Planungsvarianten hinsichtlich ihrer Reaktionsfähigkeit zu prüfen, sind
Sensitivitätsanalysen bezüglich eines Einflussfaktors und Szenarioanalysen, mit
denen denkbare Veränderungen verschiedener Einflussfaktoren untersucht werden
können [Galka 2008].
Ergonomie
Auf Grund der hohen Wiederholhäufigkeiten sind Arbeitsplätze in der Kommissionierung keine Schonarbeitsplätze mit einer geringen Belastung für die Mitarbeiter.
Als häufigste Ursache von Ausfallzeiten ist die Erkrankung des Muskel-SkelettSystems zu nennen, die auch eine sinkende Produktivität der Mitarbeiter zur Folge
haben kann. Insbesondere das Handhaben von Lasten in Kombination mit Bückund Beugevorgängen und der damit einhergehenden Wirbelsäulenbelastung spielt
in diesem Zusammenhang eine große Rolle. Gerade diese Belastung ist für eine
Tätigkeit in der operativen Logistik, wie dem Kommissionieren, typisch. Entsprechend wird die Berücksichtigung ergonomischer Aspekte in der Planung immer
wichtiger. Ziel muss es sein, neue Prozesse und Tätigkeiten bereits bei der Einführung ergonomisch und wertschöpfend zu gestalten [Walch 2009].
2.2.4 Arbeitsschritte bei der Kommissioniersystemplanung
Die wesentlichen Arbeitsschritte bei der Planung von Kommissioniersystemen sind
nach [Gudehus 2005] die folgenden.
1. Ermittlung der Kommissionieranforderungen, also der Sortiments-, Auftrags-,
Durchsatz- und Bestandsanforderungen, sowie der Randbedingungen und
Schnittstellen.
19
2 Stand der Wissenschaft
2. Segmentierung des zu kommissionierenden Artikelsortiments in eine möglichst kleine Anzahl Sortimentsklassen mit ähnlicher Beschaffenheit, Gängigkeit und Volumendurchsatz.
3. Analyse und Clusterung der externen Kommissionieraufträge in Auftragsklassen, wie Ein- und Mehrpositionsaufträge, Klein- und Großaufträge oder
Termin- und Eilaufträge.
4. Vorauswahl geeigneter Kommissionierverfahren, Elementarsysteme, Kombinationsmöglichkeiten und Betriebsstrategien für die verschiedenen Sortimentsklassen.
5. Systementwurf mit technischer Konzeption von Beschickung, Bereitstellung,
Zugriffsmodulen, Regalmodulen, Kommissionier- und Nachschubgeräten,
Fördertechnik und Informationstechnik.
6. Statische Dimensionierung des Bereitstellbereichs unter Nutzung freier Gestaltungsparameter und geeigneter Belegungsstrategien.
7. Dynamische Dimensionierung der Kommissioniersysteme mit Berechnung
und Optimierung der erforderlichen Kommissionierer, Kommissioniergeräte,
Nachschubgeräte und Fördertechnik unter Nutzung von freien Parametern
und Strategievariablen der Bearbeitungs-, Bewegungs- und Nachschubstrategien.
8. Konzeption der Kommissioniersteuerung, der Datenströme sowie der Informations- und Kommunikationsprozesse.
9. Kalkulation der Investition, Betriebskosten und Kommissionierleistungskosten auf der Basis von Richtpreisfaktoren und Richtkostensätzen.
10. Auswahl der kostenoptimalen Kommissioniersysteme für die verschiedenen
Sortimentsklassen unter Berücksichtigung der Kompatibilität mit den vorund nachgeschalteten Lagern und anderen Funktionsbereichen.
Gudehus [Gudehus 2005] beschreibt auch, dass die dynamische Dimensionierung
der Kommissioniersysteme über Kommissionierprogramme vorgenommen wird.
Diese Kommissionierprogramme erstellen ein analytisches Abbild der Wirkungszusammenhänge auf dem Rechner. Die Zukunftsbezogenheit wurde in diesen Planungsschritten nicht berücksichtigt. Um den Bezug zur Zukunft herzustellen, müs-
20
2 Stand der Wissenschaft
sen Szenarien definiert werden, welche die entsprechenden Entwicklungen abbilden.
Weitere Bestrebungen liegen darin, die Leistung von Kommissioniersystemen über
ein Benchmarking zu vergleichen [Alicke 2006]. Dazu werden Leistungswerte von
möglichst vielen existierenden Kommissioniersystemen als Vergleichsmaßstab gespeichert. Der Vergleich kann allerdings nur mit Kommissioniersystemen erfolgen,
die von ähnlichen Randbedingungen sowie Artikel- und Auftragsstrukturen ausgehen. Die Abweichung einer einzigen Anforderung kann das Ergebnis beeinträchtigen. Darüber hinaus kann ein Kommissioniersystem auf diese Weise nur mit den
Wettbewerbern verglichen werden. Daraus resultiert der Nachteil, dass Ineffizienzen des besten Kommissioniersystems nicht erschließbar sind und Verbesserungspotentiale unerschlossen bleiben.
Für den Einsatz der Ablaufsimulation in der Kommissioniersystemplanung werden
die Arbeitsschritte entsprechend der Abbildung 2-5 abstrahiert und festgelegt
[Günthner 2009a].
Die Planung beginnt mit der Definition der Aufgabe und dem angestrebten Planungsziel. Es folgt eine Phase der Datenaufnahme und -analyse, mit der die Anforderungen beschrieben werden. Für den Einbezug der Zukunft werden im nächsten
Schritt Szenarien definiert. Für jedes Szenario werden aus den Ist-Daten über einen definierten Zeitraum die Plandaten errechnet. In der dritten großen Phase werden die erdachten Planungsvarianten in Rechnermodelle übertragen. Dies erfolgt
über die Verknüpfung und Parametrierung von Standardbausteinen, Artikelzuordnungen und Prozessbeschreibungen. Nach der Leistungsermittlung fließen die Simulationsergebnisse in eine Investitions- und Kostenrechnung ein, um einen Kostenvergleich zu ermöglichen. Für die Systemauswahl werden die Ergebnisse zu
Kennzahlen verdichtet. Welche Kennzahlen letztendlich zur Entscheidung herangezogen werden, ist dem Planer bzw. Entscheidungsfinder in Abhängigkeit der Planungsaufgabe überlassen.
21
2 Stand der Wissenschaft
Abbildung 2-5: Planungsschritte für die Kommissioniersystemplanung [Günthner 2009a]
22
2 Stand der Wissenschaft
2.3 Simulation
Zunächst werden die Begrifflichkeiten der Simulation und der Ablaufsimulation definiert und voneinander abgegrenzt. Je nach Planungsebene und -inhalt eignen sich
unterschiedliche Simulationstechniken, diese werden in Abschnitt 2.3.1 genannt.
2.3.1 Definition des Begriffs Simulation
In der VDI-Richtlinie 3633 ist die Simulation allgemein definiert als die Nachbildung
eines Systems mit seinen dynamischen Prozessen in einem experimentierfähigen
Modell, um zu Erkenntnissen zu gelangen, die auf die Wirklichkeit übertragbar sind
[VDI-Richtlinie Nr. 3633].
Im Wesentlichen wird zwischen statischen und dynamischen Simulationen unterschieden. Bei den statischen Simulationen spielt die Zeit keine Rolle, der Betrachtungszeitpunkt ist eine Momentaufnahme. Dynamische Simulationen betrachten
hingegen Prozesse oder Abläufe über die Zeit. Dabei wird zwischen kontinuierlichen und diskreten Simulationen unterschieden. In der kontinuierlichen Simulation
wird die Zeit in so kleinen Schritten abgebildet, dass ein kontinuierliches Verhalten
entsteht. Es können physikalische oder biologische Gesetzmäßigkeiten über Differentialgleichungen abgebildet werden [Law 1982].
2.3.2 Definition und Abgrenzung der Ablaufsimulation
Unter Ablaufsimulation wird die Simulation von über- und innerbetrieblichen Logistikprozessen bei der Planung, Realisierung und im Betrieb verstanden.
Die dargestellte Definition des Begriffs Simulation lässt sich auf viele Bereiche des
Ingenieurwesens anwenden. So können in den unterschiedlichen Detaillierungsstufen einer Anlagenplanung neben der Ablaufsimulation u.a. die graphische 3DSimulation, die Finite-Elemente-Methoden und die Mehrkörpersimulation eingesetzt
werden (vgl. Tabelle 2-1).
23
2 Stand der Wissenschaft
Tabelle 2-1:
Einsatzgebiete der Simulationstechnologien nach [Reinhart 1997; Trossin
1997]
Planungsebene
Anlage
Zelle
Planungsinhalt
Simulationstechnologie
Anlagenlayout
Materialfluss/Logistik
Systemleistung
Fertigungsprinzip
Steuerungsstrategien
Entstörstrategien
Zellenlayout
Ablaufvorschriften
RC-/NC-Programmierung
Kollisionsvermeidung
Taktzeitoptimierung
Betriebsmittel-
Ablaufsimulation (grob-mittel)
Ablaufsimulation (fein)
Grafische 3D-Simulation
Komponente
Finite-Elemente-Methode (FEM)
beanspruchung
Prozessparameter
Werkzeuge
Hilfsmittel
Grafische 3D-Simulation
Mehrkörpersimulation
(MKS)
Inhalt dieser Arbeit ist die Modellierung von Kommissioniersystemen mit Hilfe der
Ablaufsimulation. Deshalb wird im Folgenden der Begriff Simulation synonym für
die Ablaufsimulation verwendet.
2.3.3 Ziele der Ablaufsimulation
Das primäre Ziel einer Ablaufsimulation ist die Steigerung der Wirtschaftlichkeit eines Unternehmens. Dies kann durch die folgenden Maßnahmen erreicht werden
[Günthner 2010a]:
24
2 Stand der Wissenschaft
Steigerung des Durchsatzes durch Erhöhung der Anlagen- und Maschinenauslastung
Verringerung der Durchlaufzeiten, des Personalbedarfs und Lagerplatzbedarfs
Bestimmung von Puffergrößen, Anzahl an benötigten Fahrzeugen und Anzahl der erforderlichen Werkstückträgern
Bewertung von Planungsalternativen
Optimierung von Steuerungsstrategien
Vermeiden von Planungsfehlern
Absichern von Investitionsentscheidungen
2.3.4 Anforderungen an Simulationsprogramme
Die Anforderungen an heutige Simulationsprogramme sind vielfältig und übersteigen die einer höheren Programmiersprache. Diese Programme sind ähnlich wie
eine Programmierumgebung aufgebaut und unterstützen den Anwender durch grafische Oberflächen und vordefinierten Standardelementen bei der Modellerstellung.
Die folgenden Anforderungen werden an Simulationsprogramme gestellt:
Modularität / Objektorientierung (Wiederverwendbarkeit)
Schnittstellen (ActiveX, ODBC, Excel, CAD, etc.)
Effizienz (Simulationen mit geringen Rechenzeiten)
Modellierungsumgebung (Unterstützung bei Modellerstellung, praxisnaher
Bezug)
Programmierumgebung (Komplexe, individuelle Steuerungen)
Unterstützung bei der Simulationsdurchführung (Experimentplaner)
2D / 3D-Visualisierung
Umfangreiche Auswertungsmöglichkeiten (Statistische und grafische Auswertungsfunktionen)
25
2 Stand der Wissenschaft
2.3.5 Simulationsprogramm Plant-Simulation (eM-Plant)
Zur technischen Umsetzung dieser Arbeit dient das Simulationsprogramm Plant
Simulation (ehemals als eM-Plant bekannt) der Firma Siemens. Automod, Enterprise Dynamics, Pro Model, Simul 8 oder Speedsim sind weitere Beispiele für Tools,
die für die Erstellung einer Ablaufsimulation prinzipiell geeignet sind. Im Folgenden
werden wesentliche Merkmale von Plant Simulation dargestellt, da dieser Simulator
in dieser Arbeit zur Konzeptrealisierung verwendet wurde. Für den benutzerfreundlichen Aufbau von Modellen stellt diese Simulationsumgebung eine Palette von
Standardelementen zur Verfügung. Die Möglichkeit, aus diesen Grundelementen
anwenderspezifische Bausteine (in Plant Simulation als Netzwerke1 bezeichnet)
bilden zu können, ist die Voraussetzung für die Abbildung komplexer Systeme,
auch im Hinblick auf die Erstellung und Nutzung eines Bausteinkastens. Die Hierarchietiefe des Modells kann dabei beliebig gestaltet werden. Als weiteres Hilfsmittel steht in Plant Simulation die Vererbung2 von sogenannten Elternobjekten auf
Kinderobjekte zur Verfügung. Für die 2D-Visualisierung kann auf die Animation des
Simulationsmodells während der Laufzeit zurückgegriffen werden. Zur Erweiterung
des Verhaltens der Standardbausteine können in SimTalk3, einer objektorientierten
Steuerungssprache, auch komplexe Abläufe programmiert werden. Wie bei den
Standardbausteinen ist auch bei den Steuerungsabläufen, den sogenannten Methoden, der Aufbau beliebiger Hierarchien und die Vererbung möglich. Durch die
Erstellung und Systematisierung von wiederverwendbaren Bausteinen kann ein
eigener Bausteinkasten für die Lösung spezieller Problemstellungen entwickelt
werden. Bei Aufgaben, die oft in ähnlicher Form wiederkehren, kann die Zeit für den
Modellaufbau und die Auswertung drastisch reduziert werden, wenn ein Baukasten
zum Einsatz kommt. Dieser Effekt beruht auf der Verwendung von Bausteinen, die
eine höhere Komplexität und Funktionalität beinhalten als die in Plant Simulation
1
In Plant Simulation können mit sogenannten Netzwerken hierarchisch strukturierte Simulationsmodelle erstellt werden. Ein Netzwerk ist ein Konstrukt, das einem Baustein entspricht. In einem
Netzwerk können auch Bausteine zu einem Baustein mit höherer Funktionalität kombiniert werden.
2
Bei der Vererbung in Plant Simulation entspricht ein Kinderobjekt zunächst genau einem Elternobjekt. Änderungen im Elternobjekt werden auch im Kinderobjekt vorgenommen. Somit können
viele gleiche oder ähnliche Objekte über ein Elternobjekt definiert und verändert werden. Soll das
Kinderobjekt nicht exakt dem Elternobjekt entsprechen, kann die Vererbung für die entsprechenden Eigenschaften im Kinderobjekt deaktiviert werden.
3
SimTalk ist die in Plant Simulation integrierte Programmiersprache für die Umsetzung komplexer
Steuerungen.
26
2 Stand der Wissenschaft
integrierten Standardelemente. Die Bausteine eines Bausteinkastens können zudem über standardisierte Schnittstellen miteinander kommunizieren. Für den Datenimport und -export werden zahlreiche Schnittstellen angeboten. Als Beispiel ist
der bidirektionale Datenaustausch mit MS Excel oder auch MS Access zu nennen.
2.4 Methods-Time-Measurement
Durch Systeme vorbestimmter Zeiten (SvZ) lassen sich unter Kenntnis der Bewegungsabläufe Sollzeiten für Prozessabläufe herleiten [Bokranz 2006]. Mit Hilfe dieser Systeme werden Bewegungen über Tabellen mit ermittelten Normzeiten1 bewertet. So lassen sich Sollzeiten für Arbeitsabläufe durch die Kenntnis der auszuführenden Bewegungen ermitteln. Das erste System vorbestimmter Zeiten wurde
1926 mit Motion-Time Analysis (MTA) veröffentlicht. Primäres Ziel des Entwicklers
war jedoch noch nicht die Ermittlung von Vorgabezeiten, sondern die nachvollziehbare Dokumentation von Arbeitsabläufen. Erst mit dem Work-Factor-Verfahren
[Quick 1965] wurde das Ziel verfolgt, Sollzeiten für Montagearbeiten zu bestimmen.
Dieses wurde 1945 veröffentlicht und bis in die achtziger Jahre in der deutschen
Industrie eingesetzt [Bokranz 2006]. Es gibt zahlreiche weitere Systeme vorbestimmter Zeiten. Weltweit durchgesetzt hat sich aber vor allem das universell anwendbare Prozessbausteinsystem Methods-Time-Measurement, dessen Entwicklung mit der Veröffentlichung der MTM-Grundbewegungen (MTM-1) begann [Antis
1972]. Es wurde schrittweise vom System vorbestimmter Zeiten zum Produktivitätsmanagement erweitert. Unter einem Produktivitätsmanagement sind die folgenden vier Schritte zu verstehen:
(1) Definition von Zielen
(2) Ergebniscontrolling
(3) Anpassung der Arbeitsgestaltung
(4) Anpassung der Arbeitsweise
1
Die Normzeit entspricht der Zeit für eine Bewegung, die ein Mensch bei Normalleistung benötigt.
Die Normalleistung entspricht der Leistung, welche ein Mensch über einen durchschnittlichen Arbeitstag von acht Stunden ohne zusätzliche Arbeitsermüdung erbringen kann.
27
2 Stand der Wissenschaft
Nach der Festlegung von Zielen können durch ein Ergebniscontrolling Schwachstellen in einem Arbeitsablauf entdeckt werden. Für die Optimierung kann sowohl
die Arbeitsgestaltung als auch die Qualifikation des Menschen verbessert werden.
Die Bewegungen des MTM-Grundverfahrens wurden für verschiedene Anwendungsgebiete für eine schnellere Anwendbarkeit zu stärker komprimierten Zeitbausteinen verdichtet. Das daraus entstandene MTM-Prozessbausteinsystem ist durch
vier funktionelle Eigenschaften gekennzeichnet [Bokranz 2006]:
(1) Modellbildungsimmanenz
(2) Komplexitätsvariation
(3) Bezugsleistungstreue
(4) Simulationsfähigkeit
Mit der Eigenschaft der Modellbildungsimmanenz wird ein Arbeitssystem als Modell
verstanden, das auf Grund seiner Eigenschaften für ein Produktivitätsmanagement
mit Ergebnisstandards verglichen werden kann. Die Komplexität kann durch die
Bausteinsysteme mit unterschiedlichen Verdichtungsgraden nahezu beliebig variiert
werden. Eine Bezugsleistungstreue liegt vor, da sich alle Bausteinsysteme auf die
MTM-Grundverfahren beziehen, dessen Zeiten auf Basis der Normalleistung ermittelt wurden. Für diese Arbeit ist die Eigenschaft der Simulationsfähigkeit von besonderer Bedeutung. Der Einsatz des MTM-Prozessbausteinsystems ist auch bei
virtuellen Arbeitssystemen möglich. Es wird kein real existierendes System vorausgesetzt, so dass bereits in der Planungsphase Alternativen untersucht werden können. Damit kann das MTM-Prozessbausteinsystem für manuelle Bewegungsabläufe, wie z.B. das Greifen einer Entnahmeeinheit mit 2 kg in 100 cm Bereitstellhöhe,
in die Ablaufsimulation integriert werden.
Durch den Einsatz von MTMergonomics®1 besteht die Möglichkeit, neben der zeitlichen auch eine ergonomische Bewertung vorzunehmen und damit körperliche Belastungen, die während geplanten Tätigkeiten auftreten können, zu messen. Ein
weiterer Ansatz zur ergonomischen Bewertung besteht in der Leitmerkmalmethode
[Günthner 2010b]. Die Methodik wird zur Zeit in einem Forschungsprojekt am Lehrstuhl fml eingesetzt und bewertet die Arbeitsbelastung und Berücksichtigung der
1
MTMergonomics® wurde 2005 veröffentlicht und erweitert das MTM-Prozessbausteinsystem um
ergonomische Bewertungsmöglichkeiten.
28
2 Stand der Wissenschaft
Körperhaltung und des Lastgewichts. In dieser Arbeit wird vorausgesetzt, dass die
Prozesszeiten, die durch MTM ermittelt in die Simulation einfließen, auf ergonomischen Arbeitsabläufen basieren und diese zuvor entsprechend untersucht wurden.
2.5 Nutzung der Simulation im Planungsprozess
Simulation ist ein geeignetes Mittel zur Untersuchung der Leistungsfähigkeit und
Optimierung von Kommissioniersystemen, da mit Hilfe der Ablaufsimulation die dynamischen Zusammenhänge bei der Leistungsberechnung einbezogen werden
können [Günthner 2007]. Die Erstellung von Simulationsmodellen nimmt allerdings
viel Zeit in Anspruch, die während der Grobplanungsphase in der Regel nicht zur
Verfügung steht. Darum verzichtet man derzeit in den frühen Phasen der Planung
auf die Simulation und greift auf statische Berechnungsverfahren zurück, die auf
Mittelwerten basieren und damit die dynamischen Zusammenhänge vernachlässigen. Optimierungen sind somit nur sehr eingeschränkt möglich. Dies führt dazu,
dass weniger geeignet erscheinende Anfangslösung evtl. zu früh verworfen werden, obwohl diese nach der Optimierung besser als das Optimum einer zunächst
favorisierten Lösung sein könnten [Gudehus 2005].
Soll die Ablaufsimulation bereits in der Grobplanungsphase eingesetzt werden, so
ist ein effizienter Prozess zur Erstellung der Simulationsmodelle erforderlich. Dies
kann über vordefinierte Standardsimulationsbausteine erreicht werden, die zum
Zwecke der Planung nur noch entsprechend konfiguriert werden müssen. Dazu ist
zwar zunächst ein erhöhter Aufwand für die Erstellung der Standardbausteine notwendig, dieser wird jedoch durch den sich daraus erzielbaren Zeitvorteil bei der
Anwendung schnell wieder kompensiert.
29
3 Systematik für die Erstellung von Simulationsbausteinen für Kommissioniersysteme
In diesem Kapitel wird die grundsätzliche Modellierungssystematik dargestellt, die
bei der Erstellung der Simulationsbausteine angewendet wird. Dazu werden zunächst unterschiedliche Kommissionierverfahren aufgezeigt und in Simulationsbausteine abgegrenzt (vgl. Abschnitt 3.1). Um eine einheitliche Entwicklung und
Verknüpfung der Simulationsbausteine zu gewährleisten, wird anschließend im Abschnitt 3.2 die Schnittstelle für die Systemlast und im Abschnitt 3.3 die Auftragsmodellierung definiert. Für eine flexible Modellierung der Lagermitarbeiter wird eine
Brokerarchitektur eingesetzt, welche im Abschnitt 3.4 beschrieben wird. Die zu ermittelnden Zielgrößen werden im Abschnitt 3.5 definiert. Im Abschnitt 3.6 wird auf
die Nutzung von MTM in der Simulation eingegangen. Um die Übertragbarkeit der
Simulationsergebnisse auf die Wirklichkeit zu gewährleisten, wird im Abschnitt 3.7
auf die Möglichkeiten der Verifikation und Validierung eingegangen.
3.1 Abgrenzung der Simulationsbausteine
Die zentralen Elemente eines Kommissioniersystems sind Bereitstelleinheiten, Auftragsablagen1 und Kommissionierer. Diese müssen für den Kommissionierprozess
an einem Ort - dem Entnahmeort - zusammengeführt werden. Durch die sich daraus ergebenden unterschiedlichen Material- bzw. Personenflüsse lassen sich Bausteine für die Simulation identifizieren und abgrenzen. Für die Zusammenführung
dieser zentralen Elemente bestehen nach Gudehus folgende fünf Möglichkeiten
[Gudehus 2005]:
(1) Kommissionierer bewegen sich mit den Aufträgen zu den Bereitstelleinheiten
(2) Aufträge werden zu den Kommissionierern bei den Bereitstelleinheiten bewegt
(3) Bereitstelleinheiten werden zu den Kommissionierern und Aufträgen bewegt
(4) Kommissionierer bewegen sich mit den Bereitstelleinheiten zu den Aufträgen
(5) Kommissionierer bewegen sich zu den Aufträgen bei den Bereitstelleinheiten
Wird unter (1) zusätzlich die Fortbewegungsart des Kommissionierers berücksichtig, das heißt, ob sich der Kommissionierer in der Ebene (eindimensional) oder zu-
1
Auftragsablagen können Behälter, Paletten, Versandkartons etc. sein. In diesen werden die Artikel entsprechend des Kommissionierauftrags abgelegt.
31
3 Systematik für die Erstellung von Simulationsbausteinen für
Kommissioniersysteme
sätzlich auch in der Höhe (zweidimensional) bewegt, so lässt sich diese Möglichkeit
wie folgt unterteilen:
1a) Kommissionierer bewegen sich eindimensional zusammen mit den Auftragsablagen zu den statischen Bereitstelleinheiten
1b) Kommissionierer bewegen sich zweidimensional zusammen mit den Auftragsablagen zu den statischen Bereitstelleinheiten
Des Weiteren können durch die fortgeschrittene Automatisierung weitere hybride
Kommissionierverfahren durch Nutzung von statischer und dynamischer Bereitstellung in einem Kommissioniersystem entstehen. Dies wird vor allem bei (2) verstärkt
realisiert und führt zu einer weiteren Möglichkeit:
(6) Kommissionierer bewegen sich mit den Aufträgen zu einer vorgegebenen
Anzahl an Bereitstellplätzen und die Bereitstelleinheiten werden je nach Auftragsanforderung zu den Bereitstellplätzen befördert.
Aus den genannten Möglichkeiten, die zentralen Elemente Bereitstelleinheit, Auftragsablage und Kommissionierer zusammenzuführen, wurden die folgenden Simulationsbausteine abgegrenzt.
3.1.1 Klassische Person-zur-Ware Kommissionierung
Bei der klassischen Kommissionierung gemäß (1a) bewegen sich Kommissionierer
eindimensional mit den Auftragsablagen zu den statischen Bereitstelleinheiten, entnehmen die geforderte Anzahl an Artikeln und legen diese auf dem Kommissioniergerät bzw. in dem Sammelbehälter ab. Die Abgabe fertig kommissionierter Aufträge
erfolgt an einem Auftragssammelplatz, der sogenannten Basis des Kommissioniersystems. Die Bereitstelleinheiten werden in Fachboden-, Paletten- oder Durchlaufregalen gelagert. Der modellierte Simulationsbaustein wird in Abschnitt 4.1 beschrieben.
3.1.2 Person-zur-Ware Kommissionierung mit manuellem Regalbediengerät
Aus (1b) wird die klassische Kommissionierung mit manuell bedientem Regalbediengerät abgeleitet, bei der sich Kommissionierer mit Hilfe von Regalbediengeräten zweidimensional mit den Auftragsablagen zu den statischen Bereitstelleinheiten
in einem Hochregallager (HRL) bewegen. Am Zusammenführungsort angekommen, entnehmen die Kommissionierer die geforderte Anzahl an Artikeln und legen
32
3 Systematik für die Erstellung von Simulationsbausteinen für
Kommissioniersysteme
diese auf dem Kommissioniergerät bzw. in dem Sammelbehälter ab. Die Reihenfolge für die Abarbeitung der Positionen erfolgt nach der n-Streifenstrategie [Miebach
1971] in Abhängigkeit der Auftragsgröße. Die Abgabe fertig kommissionierter Aufträge wird an einem fest definierten Punkt am Gassenkopf vorgenommen. Der modellierte Simulationsbaustein wird in Abschnitt 4.2 beschrieben.
3.1.3 Person-zur-Ware Kommissionierung in Zonen mit statischer
Artikelbereitstellung
Die Kommissionierung in Zonen mit statischer Artikelbereitstellung gemäß (2) besteht aus mehreren abgegrenzten Arbeitsbereichen mit einer bestimmten Anzahl
von festen Bereitstellplätzen. Auftragsablagen werden per Fördertechnik zu den
Arbeitsbereichen transportiert. Der für den Arbeitsbereich zuständige Kommissionierer erfüllt den Kommissioniervorgang, indem er alle aus seinen Arbeitsbereich
benötigten Artikel entnimmt und in die Auftragsablage ablegt. Anschließend werden
die Auftragsablagen per Fördersystem zum nächsten relevanten Arbeitsbereich
gebracht. Dieses System wird in der Literatur auch häufig als Zone-Picking-System
bezeichnet. Die Modellierung des Simulationsbausteins zu dieser Möglichkeit wird
in Abschnitt 4.3 erläutert.
3.1.4 Klassische Ware-zur-Person Kommissionierung
Bei der klassischen Ware-zur-Person Kommissionierung gemäß (3) werden Bereitstelleinheiten über ein Fördersystem aus dem Bereitstelllager an den Arbeitsplatz befördert, an dem sich der Kommissionierer und die Auftragsablage befinden.
An diesem stationären Arbeitsplatz erfolgt der Kommissioniervorgang. Im Anschluss an den Greifvorgang werden die Bereitstelleinheiten wieder per Fördertechnik abtransportiert. Die Abgabe der Auftragsablagen erfolgt ebenfalls über ein
Fördersystem. Der modellierte Simulationsbaustein wird in Abschnitt 4.4 beschrieben.
3.1.5 Inverse Kommissionierung
Beim inversen Kommissionieren gemäß (4) gibt es einen Auftragssammelplatz, an
dem der Greifvorgang stattfindet. Für die Dauer der Kommissionierung befindet
sich dabei der Auftragsbehälter stationär am Auftragssammelplatz. Die Bereitstellung der Waren erfolgt dynamisch per Fördertechnik. Der Kommissionierer entnimmt die Bereitstelleinheit dem Fördersystem und bewegt sich am Auftragssam-
33
3 Systematik für die Erstellung von Simulationsbausteinen für
Kommissioniersysteme
melplatz auf einem Rundgang zu den Auftragsbehältern. Nach abgeschlossener
Kommissionierung verlässt die Bereitstelleinheit den Auftragssammelplatz wieder
per Fördersystem. Die Beschreibung des entwickelten Simulationsbausteins kann
dem Abschnitt 4.5 entnommen werden.
3.1.6 Kommissionierroboter
Eine weitere Möglichkeit, die zentralen Elemente eines Kommissioniersystems zusammenzubringen, ist die Realisierung durch einen Kommissionierroboter (5). Dabei sind sowohl die Bereitstellplätze als auch die Auftragsabgabeplätze stationär.
Bereitstellplätze und Auftragsabgabeplätze sind parallel angeordnet, wobei sich
zwischen beiden Reihen der Kommissionierroboter bewegt. Dieses Verfahren eignet sich dadurch besonders für mechanisches Kommissionieren. Ist ein Auftragsbehälter fertig kommissioniert, wird er aus der Reihe der Auftragsabgabeplätze entfernt und abtransportiert. Da diese Möglichkeit der Zusammenführung überwiegend
in der Pharmaindustrie Anwendung findet und einem hohen Spezialisierungsgrad
entspricht, wird diese Variante nicht weiter betrachtet.
3.1.7 Kommissionierung in Zonen mit statischer und dynamischer
Artikelbereitstellung
Die Kommissionierung in Zonen mit statischer und dynamischer Artikelbereitstellung gemäß (6) besteht aus mehreren gekapselten Arbeitsbereichen mit festen Bereitstellplätzen für Schnelldreher1 und dynamischen Bereitstellplätzen für Langsamläufer2. Auftragsablagen werden per Fördertechnik zu den Arbeitsbereichen transportiert. In Vorbereitung für jeden Auftrag werden die Artikel auf den dynamischen
Bereitstellplätzen, entsprechend der Auftragsanforderungen von einem Regalbediengerät, ausgetauscht. Der für den Arbeitsbereich zuständige Kommissionierer
erfüllt den Kommissioniervorgang nach dem Prinzip Person-zur-Ware. Anschließend werden die Auftragsablagen per Fördersystem zum nächsten relevanten Arbeitsbereich gebracht. Die Entwicklung des Simulationsbausteins wird in Abschnitt
4.6 beschrieben.
1
Als Schnelldreher werden Artikel bezeichnet, die eine hohe Anzahl an Zugriffen bzw. eine hohe
Umschlagsmenge aufweisen.
2
Als Langsamläufer werden Artikel bezeichnet, auf die selten zugegriffen wird bzw. die eine geringe Umschlagsmenge haben.
34
3 Systematik für die Erstellung von Simulationsbausteinen für
Kommissioniersysteme
3.2 Definition der Schnittstellen
Schnittstellen für Simulationsbausteine sind eine formale Deklaration. Diese beschreibt, welche Funktionen implementiert werden müssen und wie diese angesprochen werden. Die Definition von Schnittstellen dient der Modularisierung einer
Softwarearchitektur1. Module bzw. Simulationsbausteine, welche über die gleichen
Schnittstellen verfügen, können beliebig gegeneinander ausgetauscht werden
[Günthner 2009b]. Diese Module können somit zu einer Bibliothek, in diesem Fall
einer Simulationsbausteinbibliothek, zusammengefasst werden. Dieses Prinzip wird
in der Literatur auch häufig als Lego-Prinzip bezeichnet [Vollmers 2007].
Um diesen Gedanken für die Entwicklung der Simulationsbausteine anzuwenden,
ist es erforderlich, bereits im Vorfeld der Implementierung Initialisierungsmethoden
und Übergänge für die gegenseitige Verknüpfung zu definieren. Dies erfolgt über
ein Interface2, das von jedem Baustein als Basisvorlage implementiert werden
muss. Darin sind sowohl Übergänge3, über die Kommissionierer in den Baustein
gelangen können, als auch solche für den Ein- und Ausgang von Auftragsablagen
festgelegt. Wichtigste Funktion ist die Methode M_init, welche für die Erzeugung
des Bausteins aufgerufen wird. Von dieser wird eine Methode für das Setzen der
Parameter im Baustein und eine Methode zur Generierung des Bausteinlayouts
angesteuert.
3.3 Modellierung der Auftragsdaten
Nachdem die Schnittstellen eines Simulationsbausteins definiert wurden, müssen
für ein einheitliches Verständnis auch die Informationsträger spezifiziert werden.
Dazu sind die Kommissionieraufträge des Kommissioniersystems zu modellieren.
Da es sich um dynamische Daten handelt, werden in Plant Simulation sogenannte
1
Eine Softwarearchitektur ist ein Architekturtyp der Informatik und beschreibt die grundlegenden
Komponenten und deren Zusammenspiel innerhalb eines Softwaresystems.
2
Ein Interface dient in der objektorientierten Programmierung der Vereinbarung gemeinsamer Signaturen von Methoden und Übergängen.
3
Ein Übergang ermöglicht einen Materialfluss zwischen Netzwerken.
35
3 Systematik für die Erstellung von Simulationsbausteinen für
Kommissioniersysteme
bewegliche Elemente1 definiert [Siemens 2008]. Diese sind nicht an einen festen
Ort im Simulationsmodell gebunden, bewegen sich auf den Materialflussbausteinen
eines Modells und dienen auch als Informationsträger.
Damit Simulationsbausteine im Planungsprozess unabhängig voneinander ausgetauscht werden können, muss ein einheitliches Datenformat - ein Standardformat festgelegt werden, das jeder Simulationsbaustein in gleicher Weise verstehen und
interpretieren kann. Zwar entspricht die Zusammensetzung vieler Kommissionieraufträge nur noch im entferntesten dem eigentlichen Kundenauftrag, dies kann auf
Grund von Optimierungen oder ablaufbedingt verursacht sein, dennoch beinhaltet
jeder Kommissionierauftrag die gleichen Bestandteile. Da die Erzeugung der Kommissionieraufträge aus den Kundenaufträgen bereits vor der Simulation in einem
eigenen Modul für die Datenverarbeitung stattfindet, kann ein für alle Simulationsbausteine gültiges Standarddatenformat eines Kommissionierauftrags definiert
werden. Dieses Datenformat bildet die Schnittstelle zwischen der Datenvorbereitung und der Simulationsumgebung.
Ein Kommissionierauftrag wird im Weiteren als Behälterauftrag aufgefasst und synonym verwendet. Für die ablaufbedingte Optimierung werden in Kommissioniersystemen häufig mehrere Behälteraufträge zu einem Serienauftrag zusammengefasst.
Ein Serienauftrag ist ein logischer Verbund mehrerer Behälteraufträge. Da der Serienauftrag die höchste Hierarchieebene der Auftragsinformationen bildet, welche
ein Kommissionierer gleichzeitig ausführt, wird in der Simulation jeder Auftrag als
Serienauftrag modelliert. Wird in einem Kommissioniersystem von der Auftragszusammenfassung kein Gebrauch gemacht, besteht jeder Serienauftrag aus genau
einem Behälterauftrag. Zur Übermittlung dieser Informationen an die Simulationsbausteine wird eine Tabelle, deren Zeilen die Auftragspositionen darstellen, mit folgenden Spalten definiert:
1
Bewegliche Elemente sind nicht an einen festen Ort gebunden. Während eines Simulationslaufs
bewegen sie sich auf den Materialflussbausteinen durch das Modell und repräsentieren diskrete
Materialflüsse.
36
3 Systematik für die Erstellung von Simulationsbausteinen für
Kommissioniersysteme
FruehesterStartzeitpunkt (Frühester Zeitpunkt, ab dem mit der Bearbeitung
begonnen werden darf; Format in Plant Simulation: datetime)
SerieId (Eindeutige Nummer des Serienauftrags; Format: integer)
BehaelterauftragId (Eindeutige Nummer des Behälterauftrags; Format: integer)
NachfolgeBAId (Eindeutige Nummer eines nachfolgend verknüpften Behälterauftrags; Format: integer)
NachfolgeBereichId (Eindeutige Nummer des anschließend zu durchlaufenden Kommissionierbereichs im Simulationsmodell; Format: integer)
NachfolgeSerieId (Eindeutige Nummer eines möglichen folgenden Serienauftrags; Format: integer)
BausteinId (Eindeutige Nummer des Simulationsbausteins, in dem die entsprechende Zeile/Position zu kommissionieren ist; Format: integer)
BAPositionId (Eindeutige Nummer der Behälterauftragsposition; wird bereits
bei der Datenvorbereitung definiert; Format: integer)
ArtikelVeranderlichPeriodeId (Eindeutige Nummer eines Artikels; Format: integer)
Menge (Zu kommissionierende Stückzahl dieser Position; Format: integer)
Die Informationen dieser Tabelle werden zur Laufzeit der Simulation in bewegliche
Elemente des Typs AuftragsBe übertragen.
3.4 Modellierung der Kommissionierer
Die Modellierung der Kommissionierer erfolgt auf Basis des Broker-ImporterExporter-Konzepts.
Das Broker-Importer-Exporter-Konzept wird in der Simulation verwendet, wenn ein
Objekt für die Durchführung eines Vorgangs bestimmte Ressourcen benötigt. Bei
37
3 Systematik für die Erstellung von Simulationsbausteinen für
Kommissioniersysteme
solchen Ressourcen kann es sich um Betriebsmittel (z. B. Werkzeuge) oder Personal (z. B. Werker) handeln. Die benötigten Ressourcen werden als Dienste bezeichnet. Die Bedarfsträger von Diensten nennt man Importer, die Anbieter von
Diensten bezeichnet man als Exporter. Die Vermittlung zwischen Dienstbedarf und
Dienstangebot übernimmt selbsttätig ein Agent, der sogenannte Broker.
Werker sind Exporter mit einer Kapazität von 1, sie können Dienstnachfragen der
Menge 1 erfüllen. Der Werkerpool dient zum Erzeugen der Werker; hier halten sich
die Werker auf, wenn keine passende Dienstnachfrage vorliegt. Arbeitsplätze werden Bearbeitungsstationen, beispielsweise Einzelstationen1, zugeordnet. Dort halten sich die Werker während der Erfüllung einer Dienstnachfrage auf. Die Bearbeitungsstationen fungieren dabei als Importer, also als Dienstnachfrager. Der Importer wird tätig, sobald ein bewegliches Element in die Bearbeitungsstation eintritt.
Über Fußwege und Kanten2 sind die Arbeitsplätze mit dem Werkerpool verbunden
(vgl. Abbildung 3-1).
Abbildung 3-1: Beispiel des WerkerPool-Fußweg-Arbeitsplatz Konzepts
Sobald der Importer einer Bearbeitungsstation einen Dienst anfordert, wird für die
Diensterfüllung durch den Broker ein Werker angefordert und der Werker bewegt
sich über die Fußwege, auf kürzesten Weg, zum Ort der Dienstanforderung. Erst
wenn ein Werker den zur Bearbeitungsstation zugehörigen Arbeitsplatz erreicht,
beginnt die Diensterfüllung. Da Werker definierte Geschwindigkeiten und Fußwege
definierte Längen haben, kann der Zeitverbrauch für das Erreichen des Arbeitsplatzes simuliert werden.
1
Eine Einzelstation besitzt einen Arbeitsplatz zu Bearbeitung eines beweglichen Elements. Mit
Hilfe dieser Station wird ein Zeitverbrauch eines Arbeitsprozesses simuliert.
2
Unter einer Kante ist ein Übergang von einem Punkt A zu einem Punkt B zu verstehen.
38
3 Systematik für die Erstellung von Simulationsbausteinen für
Kommissioniersysteme
Um dieses Konzept für die Simulation von Kommissioniersystemen zu verwenden,
wird es nachfolgend angepasst. Das Objekt Werker wird um benutzerdefinierte Eigenschaften erweitert (vgl. Tabelle 3-1) und als Synonym für den Kommissionierer
verwendet.
Tabelle 3-1:
Benutzerdefinierte Eigenschaften des Kommissionierers
Name
Typ
Beschreibung
Entnahmeeinheiten
Integer
Aktuelle Anzahl der während eines Auftrags entnommenen Einheiten
iLetzteBesuchteZone Integer
Speichert die ID der letzten besuchten Zone
SZP_Zone
Time
Startzeitpunkt der Bearbeitung des aktuellen Auftrags
Tab_Dienst
Table
Tabelle mit den angebotenen Diensten des Kommissionierers
Wegzeit_Anfang
Time
Hilfsvariable zur Erfassung der Gesamtwegzeit des aktuellen Auftrags
Wegzeit_Ende
Time
Hilfsvariable zur Erfassung der Gesamtwegzeit des aktuellen Auftrags
Wegzeit_ges
Time
Hilfsvariable zur Erfassung der Gesamtwegzeit des aktuellen Auftrags
Über die benutzerdefinierten Eigenschaften wird den Kommissionierern auch eine
Tabelle Tab_Dienst zugeordnet. In dieser werden definierte Dienste eingetragen,
die den Kommissionierer für definierte Aufgaben befähigen. Es ist somit möglich,
den Arbeitsbereich eines Kommissionierers einzuschränken. Dies kann sinnvoll
sein, wenn ein Kommissionierer nur in einer oder mehreren bestimmten Zonen tätig
sein soll. Jede Zone erhält bei der Modellierung und späteren Generierung des
Kommissioniersystems eine eindeutige Identifikationsnummer, welche auch für die
Dienstmodellierung Verwendung findet. Zusätzlich zu den Diensten, welche die Zuständigkeitsbereiche innerhalb eines Kommissioniersystems regeln, werden den
Kommissionierern auch individuelle Dienste mitgegeben. Jeder Kommissionierer
erhält somit einen eindeutigen Identifikationsdienst, über den kein anderer im System verfügt. Dieser Dienst wird in der Simulation benötigt, um einen Kommissionierer an Aufgaben zu binden, welche bereits von diesem begonnen wurden.
Der Werkerpool, in dem sich die temporär nicht eingesetzten Kommissionierer aufhalten, befindet sich auf der obersten Stufe der Netzwerkhierarchie. In diesem werden die Kommissionierer zu Beginn eines Simulationslaufs erzeugt und vorgehal-
39
3 Systematik für die Erstellung von Simulationsbausteinen für
Kommissioniersysteme
ten. Arbeitsplätze befinden sich an allen Entnahme- und Abgabeorten, an denen
Tätigkeiten von einem Kommissionierer erledigt werden müssen. Hier wird der Zeitverbrauch für die Entnahme oder Ablage bzw. die Auftragsannahme oder -abgabe
simuliert. Über Fußwege können sich die Kommissionierer in den Kommissionierbereichen bewegen.
Mögliche Restriktionen bei der Arbeitszeit der eingesetzten Kommissionierer können über die Festlegung von Schichtzeiten über einen Schichtkalender definiert
werden. Jedem Kommissionierer werden die gewünschten Schichtzeiten zugeordnet. Mit der freien Definition von Schichtzeiten können in der Simulation auch tagesabhängige Auftragseingangsschwankungen durch eine genaue Personaleinsatzplanung berücksichtigt werden.
3.5 Definition der vom Simulationsbaustein zu ermittelnden Zielgrößen
Während der Simulation werden für die anschließende Bewertungsphase die Zeitanteile jedes einzelnen Kommissioniervorgangs dokumentiert. Dabei lassen sich je
nach Baustein Entnahme-, Basis-, Weg-, Behinderungs- und Liegezeiten je Position
erfassen. Zusätzlich werden die jeweiligen Startzeitpunkte, zu denen eine Bearbeitung in einer Zone beginnt, dokumentiert.
Als Entnahmezeit wird diejenige Zeit bezeichnet, die für die komplette Entnahme
einer Auftragsposition am Bereitstellort und die daran anschließende Ablage im
Sammelbehälter benötigt wird. Die Entnahmezeit ist dabei im Wesentlichen abhängig von der Anzahl der Entnahmeeinheiten pro Position , der Greifkapazität und der Entnahmezeit pro Entnahmevorgang. Die Ermittlung dieser Entnahmezeit erfolgt über die folgende Gleichung:
// % · ! "!!
#
$% ä ! '!
! '!
// #'!
% (!)!
*) + ,)%!
40
(Gl. 3.1)
3 Systematik für die Erstellung von Simulationsbausteinen für
Kommissioniersysteme
"!! -
))$
Als Basiszeit wird die Zeit bezeichnet, die für die Auftragsannahme und –abgabe
benötigt wird. Diese Zeiten müssen vorab mit Zeitanalysen ermittelt werden (vgl.
Abschnitt 2.4). Die Basiszeit ergibt sich als Addition von Auftragsannahme- und
Auftragsabgabezeit. Für die Basiszeit gilt:
-
)$
)$
(Gl. 3.2)
Die Wegzeit ist diejenige Zeit, die zum Aufsuchen der Bereitstellorte aufgewendet
wird, also die Zeit, in der sich der Kommissionierer durch das Gassensystem bewegt.
Die Behinderungszeit ist derjenige Zeitraum, während dem ein Kommissionierer an
einem Bereitstellort wartet, weil der Bereitstellort durch einen anderen Kommissioniervorgang zwischenzeitlich blockiert ist. Die Berechnung der Behinderungszeit
lässt sich folgendermaßen darstellen:
-
)
./01/ + 2
3456
(Gl. 3.3)
Als Liegezeit wird diejenige Zeit bezeichnet, während der ein Auftrag bereits für die
Kommissionierung freigegeben ist, aber noch kein Kommissionierer für die Bearbeitung zur Verfügung steht. Die Liegezeit ergibt sich aus der Differenz des Zeitpunkts
des Eintritts in den Kommissionierbereich tein und dem Zeitpunkt, zu dem der Auftrag den Puffer verlässt taus. Für die Berechnung ergibt sich folgender Zusammenhang:
7
089 + 64 + :ö1561
(Gl. 3.4)
3.6 Nutzung von MTM für die Simulation
Um den Kommissionierprozess in der Ablaufsimulation abzubilden, müssen Ausführungszeiten für die einzelnen Arbeitsvorgänge hinterlegt werden. Diese sind abhängig von der Bewegungslänge, dem Gewicht, der Form, dem Volumen und der
Häufigkeit des jeweiligen Vorgangs. Für die Bestimmung dieser Ausführungszeiten
können vorbestimmte Zeiten aus MTM-Zeitkarten herangezogen werden. Da die
Prozessgestaltung an der Basis sowie am Entnahmeort vielfältig sein kann, sollte
zur Erzielung einer hohen Genauigkeit eine Prozessvorgabe erfolgen, nach der die
41
3 Systematik für die Erstellung von Simulationsbausteinen für
Kommissioniersysteme
MTM-Zeitwerte ermittelt werden. Die über MTM ermittelten Zeiten belegen die folgenden Parameter:
Entnahmezeit je Entnahmevorgang
Auftragsannahmezeit
Auftragsabgabezeit
3.7 Verifikation und Validierung von Simulationsbausteinen
In der Literatur werden diverse Ansätze zur Prüfung der Validität eines Simulationsmodells diskutiert [Sargent 2007; Schlesinger 1979; Rabe 2008]. Zwei von diesen werden in dieser Arbeit zur Verifikation und Validierung für die implementierten
Simulationsbausteine angewendet. Der erste Ansatz ist subjektiv und ist vom Entwickler selbst durchzuführen. Dabei wird die Ausführung verschiedener Kommissionieraufträge in der Simulation verfolgt und beobachtet, ob diese wie beabsichtigt
bearbeitet werden. Anschließend werden die Ist-Ergebnisse mit den SollErgebnissen verglichen und mögliche Abweichungen festgestellt [Wenzel 2008].
Werden Abweichungen identifiziert, so muss deren Entstehung nachvollzogen und
minimiert werden. Eine weitere Möglichkeit, die Validität eines Simulationsbausteins
zu prüfen, ist der Vergleich der über die Simulation ermittelten Ergebnisse mit denen eines realen Systems [Balci 2003]. Hierzu werden Aufträge, die das reale System bereits ausgeführt hat, von dem Simulationsbaustein bearbeitet. Im Anschluss
werden die Ausführungszeiten miteinander verglichen. Diese Methode ist nur bedingt anwendbar. Zwar können durchschnittlich ermittelte Zeitdaten mit denen einer
realen Anlage verglichen werden, hingegen sind die Zeiten bzgl. einzelner Aufträge
oder Positionen auf Grund des Abstraktionsgrades bei den Artikel- und Auftragsdaten nicht direkt vergleichbar.
42
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
In diesem Kapitel wird der systemtechnische Aufbau der implementierten SimulatiSimulat
onsbausteine durch Anwendung von Abstraktionsmechanismen [Kadachi 2003]
beschrieben. Zunächst wird auf die klassische PzW Kommissionierung
nierung eingeganeingega
gen. Anschließend folgen die Bausteine für die Kommissionierung im Hochregal mit
manuellem Regalbediengerät, die Kommissionierung
Kommissionierung in Zonen, die WzP Kommissionierung, inverse Kommissionierung und Kommissionierung in Zonen mit statistat
scher und dynamischer Artikelbereitstellung.
4.1 Klassische Person-zur-Ware
Person
Ware Kommissionierung
Ein Kommissioniersystem nach dem klassischen Prinzip PzW (vgl. Abschnitt 3.1.1)
wird aus Regalzeilen aufgebaut, durch das sich Kommissionierer bewegen,
beweg
um die
statisch bereitgestellten Artikel entsprechend der Kommissionierauftragspositionen
Kommissionierauftragspositionen
einzusammeln (vgl. Abbildung 4-1).
Abbildung 4-1: Beispiel einer klassischen PzW Kommissionierung am Durchlaufregal [Günthner
2009d]
4.1.1 Schematische Darstellung
Das abstrahierte Layout eines solchen Kommissioniersystems wird über die Anzahl
der Zonen, Gassen, Spalten und Zeilen beschrieben. Eine Zone beschreibt einen
Arbeitsbereich, der
er eine eigene Basis für die Auftragsannahme und -abgabe
enthält.. Durch die Unterteilung eines Kommissioniersystems in mehrere Zonen
kann eine Arbeitsteilung auf mehrere Kommissionierer vorgenommen werden. Jede
43
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
Gasse besteht aus zwei durch einen Gang getrennte Regalzeilen, deren Länge
durch die Anzahl der nebeneinander angeordneten Spalten1 beschrieben wird. Die
Anzahl der Lagerplätze übereinander wird durch die Anzahl der Zeilen definiert. Um
die Auftragsablagen von einer Quelle zur Basis und von der Basis zu einer Senke
zu befördern, wird ein Transportsystem benötigt. Eine schematische Übersicht des
Layouts für die PzW Kommissionierung wird in Abbildung 4-2 dargestellt.
Abbildung 4-2: Schematische Darstellung eines Layouts für die PzW Kommissionierung
Um die Struktur eines wie in Abbildung 4-2 dargestellten Layouts flexibel generierbar zu machen, müssen zunächst nach dem Grundsatz der Objektorientierung
mehrfach auftretende Bausteinelemente identifiziert und freigeschnitten werden.
Durch einen Freischnitt wird ein Gesamtsystem in seine grundlegenden Bestandteile zerlegt.
4.1.2 Freischnitt der Bausteinelemente
Das Layout lässt sich zunächst in die Basis und das verbundene Gassensystem
unterteilen. Die Beschreibung des Gassensystems kann über das Bausteinelement
Gasse beschrieben werden, welches sich selbst aus Gassenelementen zusammensetzen lässt. Ein Gassenelement besteht aus einem Stück des Kommissioniergangs mit den beiden im Zugriff befindlichen Spalten des Regals. Um von einer
1
Eine Spalte entspricht in diesem Zusammenhang der Breite eines Ladungsträgers.
44
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
Gasse zur nächsten zu wechseln, werden Gassenwechselwege benötigt. Ein Gassenwechselweg existiert grundsätzlich, weitere können für Abkürzungsmöglichkeiten nach einer definierten Anzahl an Regalspalten im Layout eingefügt
werden. Die Gassenwechselwege können aus Gassenwechselwegelementen zusammengesetzt werden. Zur Veranschaulichung der freigeschnittenen Bausteinelemente werden diese in Abbildung 4-3 gekennzeichnet.
Spalte
Gasse
Gassenelement
Gassenwechselweg
Gassenwechselwegelement
Abbildung 4-3: Kennzeichnung der freigeschnittenen Bausteinelemente für die PzW
Kommissionierung
Die Abbildung 4-3 zeigt den Aufbau einer Kommissionierzone. Für die Modellierung
mehrerer Kommissionierzonen wird ein Transportsystem zwischen den Zonen, ein
sogenannter Behälterkreislauf, nachgebildet. Wesentliche Modellelemente, die
durch einen Freischnitt voneinander getrennt werden können, sind der Systemeingang, der Systemausgang und die Fördertechnik mit Zonenanbindung nach oben
sowie spiegelbildlich nach unten (vgl. Abbildung 4-4).
45
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
Abbildung 4-4: Kennzeichnung der freigeschnittenen Elemente des Behälterkreislaufs
Die durch Freischnitte entstehende Struktur wird in Abbildung 4-5 in einer hierarchischen Baumstruktur zusammengefasst.
Abbildung 4-5: Hierarchische Baumstruktur der Bausteinelemente für die
Kommissionierung nach dem Prinzip PzW
4.1.3 Beschreibung der Bausteinelemente
Nachdem die wesentlichen Bausteinelemente identifiziert und die Aufbaustruktur
des Simulationsbausteins definiert wurde, wird nachfolgend auf die Umsetzung der
Bausteinelemente in der verwendeten Simulationsumgebung Plant Simulation eingegangen. Sämtliche Bausteinelemente werden aus den Objekten Einzelstation,
46
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
Arbeitsplatz, Fußweg, Puffer,
Puffer Förderstrecke und Kante gebildet.
gebildet Diese Objekte1
werden
rden standardmäßig von Plant Simulation bereitgestellt.
Beschreibung des Gassenelements
Gassen
Für die Beschreibung des Gassenelements wird zunächst ein SpaltenfußwegeleSpalten
ment definiert. Dieses Spaltenfußwegelement
Spalten
besteht aus einem Weg
W von der Mitte
einer Gasse zur Spalte,, wodurch ein Schritt des Kommissionierers in Richtung des
Regals abgebildet werden kann, und der Spalte mit dem Weg zur benachbarten
Spalte. Die Spalte wird über einen Arbeitsplatz für den Kommissionierer für die
Entnahme der Kommissionierposition und einer Einzelstation modelliert (vgl. Abbildung 4-6).
Spalte
Weg zur Spalte oben
Weg zum nächsten
Gassenelement
Weg zur Spalte unten
Spalte
Abbildung 4-6: Skizze eines Gassenelements (links) & Umsetzung
zung in Plant Simulation
(rechts)
Die Einzelstation Spalte und der Arbeitsplatz
Arbeit
Arbeitsplatz eines SpaltenfußwegeleSpalten
ments bilden eine Einheit zur Umsetzung des sog. Broker-Importer
Broker Importer-ExporterKonzepts (vgl. Kapitel
tel 3.6.1). Der Importer der Einzelstation Spalte ist aktiviert und
der Arbeitsplatz Arbeitsplatz wird der Einzelstation zugeordnet.
Jedes Spaltenfußwegelement
element beschreibt in Kombination mit der Greifhöhe für ein
bestimmtes Entnahmefach einen statischen Bereitstellort im Kommissioniersystem.
Kommissioniersystem
Am Spaltenfußwegelement
element wird die Warenentnahme durch einen Kommissionierer
simuliert. Der Zeitverbrauch des Entnahmevorgangs wird mit Hilfe der BearbeiBearbe
tungszeit der Einzelstation Spalte modelliert. Diese Bearbeitungszeit ist abhängig
1
Die Eigenschaften dieser Objekte können in der Referenz von Plant Simulation [Siemens 2008;
Bangsow 2008] nachgeschlagen werden.
47
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
von der zu greifenden Stückzahl und der Zeilennummer des Entnahmefaches - also
der Greifhöhe -, aus dem entnommen werden soll. Die Einstellung der Bearbeitungszeit erfolgt mit Hilfe einer Tabelle, in der die unterschiedlichen Zeitverbräuche,
die sich aus den unterschiedlichen Entnahmehöhen ergeben, gespeichert werden.
Für weitere Informationen zur Einstellung und Ermittlung der Greifzeit sei auf Kapitel 3.5 verwiesen.
Während der Entnahmezeit hält sich der Kommissionierer auf dem zugeordneten
Arbeitsplatz des Spaltenfußwegelements auf. Der Bereitstellort ist währenddessen
für andere Kommissionierer gesperrt, so dass für sie eine Wartezeit entsteht. Diese
Modellierung ermöglicht die Berücksichtigung von Behinderungen am Entnahmeort
in der Simulation. Zum Thema Behinderungen bei der Kommissionierung sei auch
auf die Arbeit von Lüning verwiesen [Lüning 2005].
Beschreibung des Gassenwechselwegelements
Gassenwechselwege ermöglichen das Wechseln einer Gasse auf den Stirnseiten
und je nach Modellierung auch in definierten Abständen innerhalb einer Gasse.
Skizze und Umsetzung sind in Abbildung 4-7 dargestellt. Über die Wege zu den
nächsten Spalten kann die Breite des Gassenwechselweges und über die Wege
zur oberen bzw. unteren Gasse kann der Abstand der Gassen zueinander beeinflusst werden.
Abbildung 4-7: Skizze eines Gassenwechselwegelements (links) und Umsetzung in Plant
Simulation (rechts)
Aufbau und Funktion der Basis
Die Basis für die Auftragsannahme und -abgabe besteht aus einem Element für
den Auftragseingang, einem für den Auftragsausgang und einer Arbeitsumgebung
je Kommissionierer. Diese Arbeitsumgebung enthält Strukturen, welche die Simulation der zeitlichen Abfolge einzelner Phasen bei der Bearbeitung eines Kommissionierauftrags durch einen Kommissionierer unterstützen und wird entsprechend der
Anzahl an maximal einzusetzenden Kommissionierern erzeugt.
48
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
Jede Arbeitsumgebung umfasst vier Einzelstation-Arbeitsplatz-Kombinationen, die
hier als Arbeitspositionen bezeichnet werden (vgl. Abbildung 4-8). Diese Arbeitspositionen funktionieren nach dem Broker-Importer-Exporter-Konzept (vgl. Abschnitt
3.4). Sie erlauben eine übersichtliche Verwaltung und Erfassung des Zeitverbrauchs für einzelne Arbeitsschritte, die der Kommissionierer im Verlauf der Auftragsbearbeitung zu erledigen hat. Dabei dient die Einzelstation der temporären
Aufnahme des Serienauftrags AuftragsBe (vgl. Abschnitt 3.2), der zugehörige Arbeitsplatz dem temporären Aufenthalt des Kommissionierers. Die Funktion der vier
verschiedenen Arbeitspositionen wird nachfolgend erläutert.
Auftragseingang
Übergang
Arbeitsposition1
Arbeitsposition2
Arbeitsposition3
Auftragsausgang
Arbeitsposition4
Abbildung 4-8: Beschreibung der Basis für die PzW Kommissionierung
Die erste Arbeitsposition ist der Funktion Auftragsannahme zugeordnet. Der zugehörige Arbeitsplatz ist dazu mit dem Ort der Auftragsannahme im Kommissioniersystem per Kante verbunden. Mit der zugehörigen Einzelstation wird hier der Zeitverbrauch zur Auftragsannahme simuliert. Der Ort der Auftragsannahme kann
durch Parameter flexibel vorgegeben werden.
Die zweite Arbeitsposition ist ein Konstrukt für die Phase, während der sich der
Kommissionierer zum Bereitstellort bewegt. Gleichzeitig wird der Serienauftrag AuftragsBe in der Einzelstation dieser Arbeitsposition hinterlegt und der zugehörige
Arbeitsplatz wird mit dem Bereitstellort verbunden. Erreicht der Kommissionierer
den Bereitstellort, so wird der Serienauftrag auf die Einzelstation des Bereitstellorts
umgesetzt, sofern dieser frei ist. Falls der Bereitstellort noch von einem anderen
Kommissionierer belegt ist, muss der Kommissionierer warten bis dieser frei wird.
49
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
Dieses Vorgehen ist zweckdienlich, um Behinderungen am Bereitstellort in der Simulation berücksichtigen zu können.
Die dritte Arbeitsposition wird ähnlich wie die zweite Arbeitsposition verwendet.
Diese wird jedoch nur für bestimmte Bewegungsstrategien benötigt. Für einige Bewegungsstrategien ist es notwendig, dass die zweite Arbeitsposition nicht direkt mit
dem nächsten Zielort, sondern mit einem Zwischenziel im Gassensystem verbunden wird. Bevor das Zwischenziel vom Kommissionierer erreicht wird, befindet sich
der Serienauftrag AuftragsBe in der zweiten Arbeitsposition. Sobald der Kommissionierer das Zwischenziel erreicht hat, wird der Serienauftrag auf die dritte Arbeitsposition umgesetzt und der zugehörige Arbeitsplatz mit dem tatsächlichen Ziel,
dem Entnahmeort, verbunden.
Auf der vierten Arbeitsposition wird die Zeit zur Auftragsabgabe simuliert. Sobald
ein Serienauftrag fertig kommissioniert wurde, wird er nicht zurück auf die zweite
Arbeitsposition, sondern auf die Einzelstation der vierten Arbeitsposition umgesetzt.
Der zugehörige Arbeitsplatz ist mit dem Auftragsabgabeplatz im Gassensystem
verbunden. Die Positionierung des Auftragsabgabeplatzes ist flexibel über Parameter steuerbar und muss nicht an gleicher Stelle, wie die Positionierung des Auftragsannahmeplatzes, erfolgen.
4.1.4 Modellierung der Bewegungsstrategien
Die Bewegungsstrategie definiert in einem Kommissioniersystem nach dem Prinzip
PzW die Bewegung des Kommissionierers durch das Gassensystem. Die Ermittlung des minimalen Kommissionierweges in einem Lager ist eine Variante des
klassischen Traveling Salesman Problems. Die Rechenzeit für dieses Optimierungsproblem ist NP vollständig [Laporte 1992], so dass grundsätzlich nur Näherungslösungen möglich sind. Diese erfolgen über die Vorgabe möglichst guter Bewegungsstrategien.
Nicht immer kann der Planer die Bewegungsstrategie frei definieren. Häufig werden
die Entscheidungsmöglichkeiten durch Restriktionen bei der Lagerbelegung eingeschränkt. Dies kann z.B. der Fall sein, wenn auf Grund von Gewichts- oder Platzrestriktionen eine Lagerbelegung entsprechend der Zugriffshäufigkeit nicht umgesetzt werden kann. Darum ist es für die Planung erforderlich, dass der Planer aus
verschiedenen Bewegungsstrategien auswählen kann. Nachfolgend werden die
Schleifengangstrategie ohne und mit Gangüberspringung sowie die Stichgangstrategie mit und ohne Wiederholungen beschrieben und deren Modellierung erläutert.
50
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
In der Literatur gibt es weitere Bewegungsstrategien, die für die Optimierung des
Gesamtweges entwickelt und untersucht werden [Ratliff 1983; Petersen 2004;
Prandstetter 2009]. Darunter die Mittelpunkt-Strategie [Hall 1993], die jede Gasse
genau in der Mitte aufteilt und sich der Kommissionierer per Stichgang von beiden
Seiten in die Gasse bewegt. Eine Verbesserung wird durch die Strategie der größten Lücke erzielt, welche die Gasse nicht mehr genau in der Mitte, sondern an der
Stelle aufteilt, an der der Abstand zwischen zwei Kommissionierpositionen am
größten ist [Roodbergen 2001]. Hinter der Bewegungsstrategie lineare Programmierung steht ein Algorithmus, der auf Grund von Fallunterscheidungen über die
nächste Bewegungsrichtung entscheidet [Petersen 1997].
Schleifengangstrategie ohne Gangüberspringung
Bei der Schleifengangstrategie ohne Gangüberspringen bewegt sich der Kommissionierer in Schleifen durch alle Kommissioniergänge, unabhängig von den Entnahmeorten der zu kommissionierenden Positionen (vgl. Abbildung 4-9).
Abbildung 4-9: Schleifengangstrategie
Abbildung 4-10: Schleifengangstrategie mit
ohne Gangüberspringen
Gangüberspringen
Der Vorteil dieser Strategie ist die einfache Umsetzung von Einbahnwegen und ein
geringer Steuerungsaufwand, da der Kommissionierweg für jeden Kommissionierauftrag identisch ist [Gudehus 1975]. Nachteilig wirkt sich diese Strategie vor allem
auf die Wegzeiten aus, wenn kleine Aufträge mit wenigen Positionen bearbeitet
werden oder sich die zu kommissionierenden Positionen überwiegend am Gassenanfang befinden (z.B. bei einer Lagerbelegung nach Zugriffshäufigkeiten). Diese
Bewegungsstrategie wird häufig bei chaotischer Lagerbelegung oder bei der Kommissionierung von vielen Positionen eingesetzt.
51
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
Die Strategie wird entsprechend der aufgezeigten Modellierung für die Basis im
Abschnitt 4.1.3 wie folgt umgesetzt. Der Auftrag geht in Form eines beweglichen
Elements in den Baustein ein und fordert auf einer freien Arbeitsposition 1 über den
Broker einen Kommissionierer an, der über einen Dienst für die zugehörige Kommissionierzone (vgl. Abschnitt 3.4) verfügt und zu diesem Zeitpunkt keinen anderen
Auftrag bearbeitet. Sobald der vom Broker zugewiesene Kommissionierer an der
Arbeitsposition 1 angekommen ist, wird der individuelle Dienst des Kommissionierers ausgelesen und an allen nachfolgenden Arbeitsstationen zur Anforderung des
Kommissionierers verwendet. An der Arbeitsposition 1 wird anschließend die Basiszeit für die Auftragsannahme über einen Zeitverbrauch simuliert. Als nächstes
wird die Arbeitsposition 2 über eine dynamische Kante1 mit dem ersten Entnahmeort des Auftrags verbunden und der Auftrag wird auf die Arbeitsposition 2 umgesetzt. Durch die Umsetzung des Auftrags wird derselbe Kommissionierer an der
zweiten Arbeitsposition angefordert. Nach Ankunft des Kommissionierers an der
Arbeitsposition 2, bei der es sich um den ersten Entnahmeort handelt, wird der Auftrag auf die dazugehörige Spalte umgesetzt und an dem Spaltenarbeitsplatz die
Entnahme des Artikels über einen Zeitverbrauch simuliert. Ist in der gleichen Gasse
ein weiterer Artikel zu kommissionieren, wird die dynamische Kante von Arbeitsposition 2 mit dem nächsten Entnahmeort verbunden und nach Ankunft des Kommissionierers wie beim ersten verfahren. Um sicherzustellen, dass der Kommissionierer nach der letzten Entnahme innerhalb einer Gasse die nächste Gasse vom Gassenende bis zum Gassenanfang, gemäß dem Bewegungsablauf der Schleifengangstrategie ohne Gangüberspringen, durchläuft, wird die Arbeitsposition 3 mit
dem Gassenanfang der zweiten Gasse über eine dynamische Kante verbunden
und der Kommissionierer über das Umsetzen des Auftrags zunächst an diese Position geleitet. Falls Positionen in dieser Gasse kommissioniert werden sollen, wird
dies wiederum über die Arbeitsposition 2 und dem Spaltenarbeitsplatz erreicht. Das
Durchlaufen jeder Gasse vom Anfang bis zum Ende bzw. vom Ende bis zum Anfang wird unabhängig von den zu kommissionierenden Positionen jeweils über die
Arbeitsposition 3 erreicht, welche dynamisch mit dem jeweiligen Gassenanfang
oder -ende verbunden wird. Nachdem alle Positionen eingesammelt worden sind,
1
Unter einer dynamischen Kante ist ein Übergang von einem Punkt A zu einem Punkt B zu verstehen, der während einer laufenden Simulation temporär entsprechend eines Ereignisses gesetzt
bzw. verändert wird. Im Gegensatz wird eine statische Kante (in dieser Arbeit als Kante bezeichnet) bei der Modellerstellung bzw. -erzeugung gesetzt und bleibt während der Simulation unverändert bestehen.
52
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
wird der Auftrag auf die Arbeitsposition 4 umgesetzt und der Kommissionierer bewegt sich zur Basis für die Auftragsabgabe. An dieser Stelle wird die Auftragsabgabezeit, die auch ein mögliches Verpacken einbeziehen kann, über Zeitverbrauch
simuliert.
Falls ein weiterer Auftrag zur Bearbeitung vorliegt, wird dieser direkt von dem bereits anwesenden Kommissionierer bearbeitet, anderenfalls wird der benötigte
Dienst an der Arbeitsposition 1 auf den Zonendienst1 zurückgesetzt und damit die
Arbeitsumgebung des Kommissionierers wieder freigegeben.
Schleifengangstrategie mit Gangüberspringung
Bei der Schleifengangstrategie mit Gangüberspringung bewegt sich der Kommissionierer, wie bei der bereits beschriebenen Schleifengangstrategie ohne Gangüberspringung, in Schleifen durch das Gassensystem [Hall 1993]. Jedoch wird bei
dieser Strategie berücksichtigt, ob der Auftrag Positionen aus einer Gasse enthält
oder nicht. Enthält eine Gasse keine zu kommissionierende Position, so wird die
Gasse nicht angesteuert. Es werden nur Gassen durchlaufen, in denen auch kommissioniert werden muss (vgl. Abbildung 4-10). Die Modellierung dieser Bewegungsstrategie erfolgt im Wesentlichen wie bei der Schleifengangstrategie ohne
Gangüberspringung. Mit der Ausnahme, dass die Arbeitsposition 3 den Kommissionierer nicht grundsätzlich an den Gassenanfang bzw. -ende der nächsten Gasse, sondern an die nächste Kommissioniergasse gemäß des vorliegenden Auftrags
leitet.
Stichgangstrategie ohne Wiederholungen
Stichgangstrategien werden häufig in Zusammenhang mit einer Lagerbelegung2
der Artikel nach Zugriffshäufigkeiten eingesetzt. Bei der Strategie Stichgang ohne
Wiederholungen bewegt sich der Kommissionierer von der Stirnseite des Gassensystems einmal in die Gasse und verlässt diese an der gleichen Stelle wieder (vgl.
Abbildung 4-11) [Gudehus 2005]. Es werden nur die Gassen besucht, in denen
auch Positionen kommissioniert werden müssen. Die Wechselwege am Gassenende sowie innerhalb einer Gasse werden bei der Wahl einer Stichgangstrategie nicht
1
Den Zonendienst kann jeder Kommissionierer erbringen, der in der jeweiligen Zone arbeiten darf.
Vergleiche hierzu auch Abschnitt 3.4.
2
Bei einer Lagerbelegung der Artikel nach Zugriffshäufigkeiten werden die Artikel mit häufigen
Zugriffen auf die Lagerplätze in geringer Entfernung und die Artikel mit wenigen Zugriffen auf die
Lagerplätze mit großer Entfernung zur Basis angeordnet.
53
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
benötigt. Bei dieser Strategie wird von einer hinreichend hohen Aufnahmekapazität
des Kommissionierers ausgegangen, so dass dieser alle Auftragspositionen gleichzeitig befördern kann. Zur Erfüllung dieser Annahme führt der Kommissionierer einen Sammelbehälter oder Kommissionierwagen bzw. -gerät mit sich.
Abbildung 4-11: Stichgangstrategie ohne
Wiederholungen
Abbildung 4-12: Stichgangstrategie mit
Wiederholungen und
Geschwindigkeitsunterscheidung
Die Modellierung erfolgt analog zur Schleifengangstrategie mit der Veränderung,
dass die Arbeitsposition 3 den Kommissionierer nach der Kommissionierung aller
Positionen innerhalb einer Gasse durch Setzen einer dynamischen Kante an den
Gassenanfang zurückleitet. Anschließend wird der Kommissionierer an dem nächsten Entnahmeort über die Arbeitsposition 2 angefordert bzw. über die Arbeitsposition 4, sofern der Auftrag fertig kommissioniert ist und der Rückweg zur Basis erfolgen muss.
Stichgangstrategie mit Wiederholungen
Ist bei der Stichgangstrategie die Restriktion einer begrenzten Aufnahmekapazität
des Kommissionierers zu berücksichtigen, müssen manche Stichgänge wiederholt
ausgeführt werden. Grundsätzlich sind dabei zwei Fälle zu unterscheiden:
a) Die Aufnahmekapazität des Kommissionierers ist erschöpft und es ist ein
Rückweg zur Basis erforderlich.
54
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
b) Der Kommissionierer bewegt einen Kommissionierwagen mit hinreichend
hoher Aufnahmekapazität entlang der Stirnseite des Gassensystems, muss
diesen aber am Gassenanfang auf Grund der Gassenbreite abstellen und
bewegt sich ohne Kommissionierwagen in der Gasse mit begrenzter Aufnahmekapazität.
Die Umsetzung von Fall a) wird in der Simulation über ein Attribut des Kommissionierers erreicht, das die Aufnahmekapazität beschreibt. Nach einer Kommissionierung an Arbeitsposition 2 wird grundsätzlich die noch vorhandene Aufnahmekapazität des Kommissionierers geprüft und ggf. ein Rückweg zur Basis veranlasst.
Fall b) wird dagegen über eine zusätzliche Geschwindigkeitsunterscheidung beim
Kommissionierer erreicht (vgl. Abbildung 4-12). Dabei ist v1 die Geschwindigkeit
des Kommissionierers mit Kommissionierwagen und v2 die Geschwindigkeit bei
freier Bewegung.
4.1.5 Generierung des Kommissioniersystems
Die Erzeugung des Kommissioniersystems wird mit Hilfe der Methode M_Init angestoßen und erzeugt dieses gassenweise beginnend bei der ersten Gasse. Eine
Übersicht des Ablaufs zeigt Abbildung 4-13.
Der Aufbau einer einzelnen Gasse (von links nach rechts) beginnt bei einer Parameterwahl mit Stichgangstrategie und einem mittigen Hauptweg mit einem Gassenelement. Bei allen anderen Parametereinstellungen beginnt der Aufbau mit einem Gassenwechselwegelement. Anschließend werden Gassenelemente aneinander gereiht, bis die gewünschte Anzahl an Spalten (Gassenelementen) pro Gasse
erreicht ist.
Dabei wird pro Durchlauf ein Gassenelement gesetzt und anschließend die xKoordinate für das Folgeelement nach rechts versetzt. Zusätzlich wird geprüft, ob
nach einem gesetzten Gassenelement ein Gassenwechsel möglich sein soll. Ist
dies der Fall, so wird dieser gesetzt und die x-Koordinate für das anschließende
Element verschoben. Nachdem eine Gasse vollständig erzeugt worden ist, wird im
Falle einer weiteren Gasse die y-Koordinate erhöht.
Nach der Generierung des Gassensystems erfolgt im nächsten Schritt die Erzeugung und Positionierung der Basis. Diese wird links neben dem Kommissioniersystem generiert. Der Eingang des Systems wird mit der Auftragsannahme verbunden,
der Eingang und Ausgang für die Serienaufträge, die Förderstrecken und Puffer
55
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
werden erzeugt und mit Kanten verbunden. Zuletzt werden die Arbeitsplätze und
Auftragsstationen der Basis erzeugt und Auftragsannahme und –abgabe mittels
Kanten an das Kommissioniersystem angebunden. Die Anzahl der Arbeitsumgebungen richtet sich nach der Anzahl der zugeordneten Kommissionierer.
Abbildung 4-13: Ablauf der Erzeugung einer Kommissionierzone für den PzW Baustein
Ein Beispiel für ein generiertes Layout mit einer Zone wird in Abbildung 4-14 in der
Übersichtsebene und in Abbildung 4-15 in der Detailebene dargestellt.
56
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
Abbildung 4-14: Beispiel eines erzeugten PzW Kommissioniersystems mit einer Zone
Basis
Gassensystem
Abbildung 4-15: Beispiel eines erzeugten Gassensystems mit Basis oben links
57
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
Die automatische Generierung verläuft in den weiteren Simulationsbausteinen analog. Bei allen anderen Bausteinen wird deshalb auf eine gesonderte Beschreibung
verzichtet.
4.1.6 Validierung
Der beschriebene Simulationsbaustein wird im Weiteren auf seine korrekte Funktionsfähigkeit und Plausibilität geprüft. Die Validierung wird vorgenommen, um die
Übertragbarkeit der Simulationsergebnisse auf die Realität zu gewährleisten. Dazu
wird eine Systemlast definiert und Erwartungswerte, sogenannte Soll-Werte, berechnet. Im Anschluss wird der Simulationsbaustein mit der Systemlast belastet,
um die sogenannten Ist-Werte zu ermitteln. Abschließend wird ein Soll-Ist-Vergleich
durchgeführt, bei dem die Soll- den Ist-Werten gegenübergestellt werden.
Validierungsschwerpunkt und Definition von Szenarien
Die Wahl der Bewegungsstrategie, der Lage des Hauptgangs sowie der Anzahl der
Gassenwechselwege haben einen wesentlichen Einfluss auf die Bewegungsabläufe des Kommissionierers und die mittlere Wegzeit. Zur Validierung werden deshalb
verschiedene Szenarien definiert, die jeweils eine der implementierten Bewegungsstrategien berücksichtigen. Drei ausgewählte Szenarien werden in dieser Arbeit
dargestellt (vgl. Tabelle 4-1).
Tabelle 4-1:
Übersicht über drei ausgewählte Szenarien
Szenario
1
2
3
Merkmale
Bewegungsstrategie „Stichgang ohne Geschwindigkeitsunterscheidung“
Hauptgang in der Mitte des Gassensystems
Keine weiteren Gassenwechselwege
Bewegungsstrategie „Schleifengang“
Hauptgang am linken Rand des Gassensystems
Gassenwechselweg am Ende jeder Gasse
Bewegungsstrategie „Stichgang mit Geschwindigkeitsunterscheidung“
Hauptgang in der Mitte des Gassensystems
Gassenwechselwege nach jeweils sechs Gassenelementen
58
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
Zu Grunde gelegte Systemkonfiguration
Neben den Parametern SBL_Bewegungsstrategie, SBL_LageHauptgang und
SBL_Abkuerzungsabstand, welche je nach Szenario voneinander abweichen, werden die Validierungsexperimente mit dem in Tabelle 4-2 aufgeführten Parametersatz durchgeführt.
Tabelle 4-2:
Parametersatz für die Validierung der PzW Kommissionierung
Parameter
Wert
Parameter
Wert
SBL_BreiteGassenwechselweg
3,0m
SBL_AnzahlGassenJeZone
4
SBL_BreiteSpalte
0,5m
SBL_AnzahlSpaltenJeGasse
22
SBL_LängeWegSpalte
0,5m
SBL_KapazitaetKommissionierer
100 Stck
SBL_LängeFörderstreckeZuPuffer
2,0m
SBL_KapazitaetGreifvorgang
2 Stck
SBL_LängeFörderstreckeZuAusgang
2,0m
SBL_ZeitAuftragsannahme
6,00s
SBL_Wiederholungsanzahl
-1
SBL_ZeitAuftragsabgabe
6,00s
SBL_AnzahlZonen
1
SBL_KapazitaetPuffer
1
Da es sich bei den Parametern der Greifzeit und der Lage der Basis um Tabellen
handelt, werden diese gesondert unter Tabelle 4-3 und Tabelle 4-4 dargestellt.
Tabelle 4-3:
Tabelle 4-4:
Parameter Tab_Greifzeit für die Validierung der PzW Kommissionierung
Zeile (string)
Greifzeit (time)
1
0.300 Sek.
2
0.200 Sek.
3
0.100 Sek.
4
0.200 Sek.
5
0.300 Sek.
Parameter Tab_Basisanbindung für die Validierung der PzW
Kommissionierung
(string)
(string)
(string)
(boolean)
Auftragsannahme
oben
A1
true
Auftragsabgabe
oben
A1
true
59
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
Zu Grunde gelegte Systemlast
Für die Validierung der drei Szenarien wird der in Tabelle 4-5 dargestellte Serienauftrag verwendet. Dieser besteht aus einem Behälterauftrag, der drei Positionen
beinhaltet.
Tabelle 4-5:
Serienauftrag für die Validierung der PzW Kommissionierung
Zone_Nr
(integer)
BA_ID
(integer)
BAPositionID
(integer)
Gasse
(integer)
Spalte
(integer)
Zeile
(integer)
Menge
(integer)
1
1
1
1
7
1
125
1
1
2
2
4
4
50
1
1
3
4
18
2
175
Berechnung der Soll-Werte
Die Wegzeit fasst die Zeitabschnitte zusammen, in denen sich der Kommissionierer
durch das Kommissioniersystem bewegt. Um den Soll-Wert zu erhalten, wird zuerst
die Gesamtstrecke berechnet, die zurück gelegt wird. Da der Kommissionierer eine
konstante Geschwindigkeit hat, lässt sich daraus der erwartete Soll-Wert für die
Wegzeit ermitteln.
Die Berechnung der Wegzeit für das Szenario 1 wird nachfolgend dargestellt. Der
auszuführende Bewegungsablauf ist in Abbildung 4-16 dargestellt.
Abbildung 4-16: Laufweg des Kommissionierers im 1. Szenario der PzW Kommissionierung
60
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
Es ergibt sich folgende Wegstrecke s1:
s1=
1,5m + 0,25m + 7 · 0,5m + 0,5m
+ 2 · (0,25m + 7 · 0,5m + 0,5m)
+ 0,5m + 7 · 0,5m + 0,25m + 2 · 1,5m + 0,25m + 4 · 0,5m + 0,5m
+ 0,5m + 4 · 0,5m + 0,25m + 4 · 1,5m + 0,25m + 4 · 0,5m + 0,5m
+ 2 · (0,25m + 4 · 0,5m + 0,5m)
+ 0,5m + 4 · 0,5m + 0,25m + 7 · 1,5m
Die Geschwindigkeit des Kommissionierers beträgt 1,1 ⁄, somit ergibt sich unter
= 54,500m
Vernachlässigung der Beschleunigung und Verzögerung folgende Wegzeit t1:
? [email protected]
A
?,?D⁄ = 49,545s
BC,BD
9
Die Berechnung der Wegzeiten für die Szenarien 2-4 erfolgen analog und die Ergebnisse werden in Tabelle 4-7 und Tabelle 4-8 dargestellt.
Die Basiszeit ist diejenige Zeit, in der sich der Kommissionierer in der Basis aufhält.
Sie setzt sich somit aus der Zeit für die Auftragsannahme und der Zeit für die Auftragsabgabe zusammen. Die Basiszeit ist nicht abhängig von der Bewegungsstrategie. Unter Verwendung von Gl. 3.2 ergibt sich als Basiszeit folgender Soll-Wert:
Basiszeit = 6s + 6s = 12s
Da die Basiszeit gleichmäßig auf alle Positionen eines Serienauftrags aufgeteilt
wird und die Systemlast drei Positionen enthält, muss sich für jede Position eine
Basiszeit von 4s ergeben.
Die Greifzeit ist abhängig von der Greifhöhe des Entnahmeortes und der Greifkapazität des Kommissionierers, jedoch nicht von der Bewegungsstrategie. Unter
Verwendung der Gl. 3.1 ergibt sich als Greifzeit folgender Wert:
Greifzeit =
(125 // 2 + sgn(125 % 2)) · 0,3s
+ (50 // 2 + sgn(50 % 2)) · 0,1s
+ (175 // 2 + sgn(175 % 2)) · 0,2s
= 18,9s + 2,5s + 17,6s = 39,000s
Zusammengefasst ergeben sich die in Tabelle 4-6, Tabelle 4-7 und Tabelle 4-8
dargestellten Soll-Werte.
61
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
Tabelle 4-6:
Positi-
Berechnete Zeitwerte für das Szenario 1 der PzW Kommissionierung
Greifzeit
on
1
Basiszeit
Wegzeit
18,900s
4,000s
16,515s
2
2,500s
4,000s
16,515s
3
17,600s
4,000s
16,515s
Gesamt
39,000s
12,000s
49,545s
Tabelle 4-7:
Position
Berechnete Zeitwerte für das Szenario 2 der PzW Kommissionierung
Greifzeit
Basiszeit
Wegzeit
1
18,900s
4,000s
18,636s
2
2,500s
4,000s
18,636s
3
17,600s
4,000s
18,636s
Gesamt
39,000s
12,000s
55,909s
Tabelle 4-8:
Position
Berechnete Zeitwerte für das Szenario 3 der PzW Kommissionierung
Greifzeit
Basiszeit
Wegzeit
1
18,900s
4,000s
10,909s
2
2,500s
4,000s
10,909s
3
17,600s
4,000s
10,909s
Gesamt
39,000s
12,000s
32,727s
Ermittlung der Ist-Werte
In Tabelle 4-9, Tabelle 4-10 und Tabelle 4-11 sind die über Simulation ermittelten
Werte für die vier Szenarien dargestellt.
Tabelle 4-9:
Simulationsergebnis für das Szenario 1 der PzW Kommissionierung
BAPositionId Greifzeit Basiszeit Wegzeit Behinderungszeit SZP_Zone
(integer)
(time)
(time)
(time)
(time)
(time)
iRessourceId
(integer)
1
18.900
4.000
16.515
0.000
17.000
1
2
2.500
4.000
16.515
0.000
17.000
1
3
17.600
4.000
16.515
0.000
17.000
1
62
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
Tabelle 4-10:
Simulationsergebnis für das Szenario 2 der PzW Kommissionierung
BAPositionId Greifzeit Basiszeit Wegzeit Behinderungszeit SZP_Zone
iRessourceId
(integer)
(time)
(time)
(time)
(time)
(time)
(integer)
1
18.900
4.000
18.636
0.000
17.000
1
2
2.500
4.000
18.636
0.000
17.000
1
3
17.600
4.000
18.636
0.000
17.000
1
Tabelle 4-11:
Simulationsergebnis für das Szenario 3 der PzW Kommissionierung
BAPositionId Greifzeit Basiszeit Wegzeit Behinderungszeit SZP_Zone
(integer)
(time)
(time)
(time)
(time)
(time)
iRessourceId
(integer)
1
18.900
4.000
10.909
0.000
17.000
1
2
2.500
4.000
10.909
0.000
17.000
1
3
17.600
4.000
10.909
0.000
17.000
1
Soll-Ist-Vergleich
Sämtliche durch die Simulation ermittelten Zeiten stimmen mit den berechneten
Zeiten überein. Darüber hinaus entspricht die visuelle Verfolgung der Abläufe dem
unterstellten Ablauf im Modell. Die Korrektheit der Simulation lässt sich daraus
schlussfolgern; somit sind die Ergebnisse des Simulationsbausteins zur klassischen
PzW Kommissionierung auf reale Kommissioniersysteme dieser Art übertragbar.
63
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
4.2 Kommissionierung im Hochregal mit manuellem Regalbediengerät
Bei der Kommissionierung im Hochregallager mit manuellem Regalbediengerät
(vgl. Abschnitt 3.1.2) bewegt sich der Kommissionierer mit den Aufträgen zu den
Bereitstellbehältern. Dabei befinden sich die Bereitstellbehälter statisch in den Regalen. Der Kommissionierer nimmt die Auftragsbehälter an der Basisstation auf, die
sich an einem Kopf der Gasse befindet (siehe Abbildung 4-17). Dieser fährt dann
mit einem Regalbediengerät oder Hochregalstapler zusammen mit den Auftragsbehältern nacheinander zu den entsprechenden Entnahmeorten, die sich direkt am
Lagerplatz des jeweiligen Bereitstellbehälters befinden. Die Abgabe der kommissionierten Artikel erfolgt, wie auch die Übernahme der Sammelbehälter, an der Basisstation.
Abbildung 4-17: Kommissionierung im Hochregal [Günthner 2009d]
4.2.1 Schematische Darstellung
Das abstrahierte Layout einer Hochregalanlage mit manuellem Regalbediengerät
(RBG) (vgl. Abbildung 4-18) besteht aus 1-n Gassen für je ein RBG und einer Fördertechnikanbindung. Jede Gasse besteht aus mehreren Spalten in der Länge und
64
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
Zeilen in der Höhe analog zum Simulationsbaustein PzW aus Abschnitt 4.1. Da sich
der Kommissionierer in diesem Baustein vertikal und horizontal überlagert bewegen
kann, ist eine Modellierung mit Arbeitsplatz und Fußweg nicht möglich. Stattdessen
werden die Zeiten für die Bewegung in der Gasse über Zeitverbrauchsbausteine
simuliert.
4.2.2 Freischnitt der Bausteinelemente
Das in Abschnitt 4.2.1 abstrahierte Layout muss zur Modellierung als parametrierbaren Simulationsbaustein in sich wiederholende Elemente freigeschnitten werden.
Dabei werden die Gasse mit einem manuellen RBG, die Vorzone mit der Fördertechnikanbindung für die Auftragsablagenzu- und -abfuhr sowie der Systemein- und
-ausgang als Elemente definiert (vgl. Abbildung 4-18).
Abbildung 4-18: Kennzeichnung der freigeschnittenen Elemente für die Kommissionierung
im Hochregal mit manuellem RBG
Damit ergibt sich für den Simulationsbaustein der in Abbildung 4-19 dargestellte
Prinzipskizzenaufbau.
Da bei diesem Kommissioniersystem die Nachschub- und Kommissioniervorgänge
innerhalb einer Gasse nur sequentiell erfolgen können, werden auch die Nachschubvorgänge über ein angebundenes Nachschublager während der Simulation
berücksichtigt. Der Nachschub in den anderen Simulationsbausteinen erfolgt analog.
65
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
Systemeingang
Gasse 1
Gasse 2
Förderelement 1
Förderelement 2
Gasse n
…
Förderelement n
Systemausgang
Nachschublager
Abbildung 4-19: Prinzipskizzenaufbau des Kommissioniersystems für die Kommissionierung
im Hochregal mit manuellem RBG
4.2.3 Beschreibung der Bausteinelemente
Die in Abschnitt 4.2.2 freigeschnittenen Bausteinelemente Systemeingang, Gasse,
Förderelement, Nachschublager und Systemausgang werden nachfolgend beschrieben.
Systemeingang
Im Systemeingang des Simulationsbausteins werden die Behälteraufträge entgegengenommen und die Mengenverfügbarkeit im Lager abgeglichen. Für diesen Abgleich wird im Systemeingang eine Tabelle gehalten, welche den aktuellen Bestand
und den Meldebestand beinhaltet. Um direkt über Indizes auf ein bestimmtes Lagerfach zugreifen zu können, wird eine mehrdimensionale Tabellenstruktur angelegt, welche in Abbildung 4-20 dargestellt ist.
Ein Zugriff auf die Bestandsmenge des Faches in der neunten Zeile der sechsten
Spalte der vierten Gasse ist in SimTalk somit über folgende Anweisung möglich:
tab_Nachschub[2,4][1,6][1,9].
Der Bestand eines Artikels wird durch die vier Größen AktBestand, Meldebestand,
Verbrauch und VerfNachschubmenge charakterisiert (vgl. Abbildung 4-21).
Der aktuelle Bestand AktBestand sind alle im Kommissionierlager verfügbaren Stücke eines Artikels, die noch keinem Auftrag zugewiesen worden sind.
Der Meldebestand bestimmt, ab welchem Verbrauch Nachschub für Artikel
ausgelöst wird.
66
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
Der Verbrauch bezeichnet alle Teile, die einem Auftrag zugewiesen oder bereits aus dem Fach entnommen worden sind. Für sie liegt noch kein Nachschubauftrag vor.
Unter die verfügbare Nachschubmenge VerfNachschubmenge fallen alle
Teile, für die bereits ein Nachschub ausgelöst worden ist, der aber noch
nicht im Fach angekommen ist.
tab_Nachschub
#
Zone_ID tab_Gassen
1
2
3
tab_Gassen
#
tab_Spalten
1
2
3
tab_Spalten
#
tab_Zeilen
1
2
3
tab_Zeilen
# AktBestand Meldebestand Verbrauch VerfNachschubmenge
1
2
3
Abbildung 4-20: Tabelle mit den aktuellen Mengenbeständen je Lagerfach
Abbildung 4-21: Bestandsführung
67
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
Die Bestandsführung mit der Erzeugung von Nachschubaufträgen ist in Abbildung
4-22 durch ein Ablaufdiagramm dargestellt.
Aufruf durch Methode verteilen
AktBestand = AktBestand – Anfrage
Verbrauch = Verbrauch + Anfrage
Ist AktBestand + VerfNachschub
für den Artikel kleiner oder gleich dem
Meldebestand?
ja
Ist für den Artikel bereits Nachschub bestellt?
nein
nein
ja
Bestehenden Auftrag in Tabelle
tab_Nachschubanfordern erhöhen
Neuen Auftrag in Tabelle
tab_Nachschubanfordern anlegen
Verbrauch = Verbrauch – Menge
VerfNachschub = VerfNachschub + Menge
Hat die Anzahl
der Nachschubaufträge bereits die
Batchgröße erreicht?
nein
ja
NachschubBes im Netzwerk Lager erzeugen
Weiter mit Methode verteilen
Abbildung 4-22: Nachschubaufträge auslösen
Förderelement
Durch das Förderelement wird die Fördertechnikanbindung einer einzelnen Gasse
abgebildet. Das abstrahierte Layout einer solchen Fördertechnikanbindung ist in
Abbildung 4-23 dargestellt.
In dem Förderelement wird entschieden, ob ein Behälterauftrag bzw. eine Nachschubeinheit in eine Zone transportiert wird. Dazu wird in dem AuftragsBe geprüft,
68
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
ob die verbundene Gasse angefahren werden muss oder ob das Förderelement
lediglich durchlaufen werden muss. Sofern das AuftragsBe in die Gasse gefördert
werden muss, wird geprüft, ob die Förderstrecke zur Gasse noch über freie Aufnahmekapazität verfügt oder ob das AuftragsBe eine Warteschleife ausführen
muss. In Abbildung 4-24 wird das implementierte Förderelement dargestellt.
Förderer zum
Einlagerpunkt
der Gasse
Förderer vom
Auslagerpunkt
der Gasse
Förderer für
Durchschleusung
nach rechts
Förderereingang
von links
Fördererausgang
nach rechts
Förderer zum
Richtungswechsel
Fördererausgang
nach links
Förderer für
Durchschleusung
nach rechts
Förderereingang
von rechts
Abbildung 4-23: Abstrahiertes
Förderelement
Abbildung 4-24: Implementiertes
Förderelement in Plant
Simulation
Gassenelement
In dem Gassenelement werden die Bearbeitungszeiten für jede Position des Auftrags ermittelt. Dies sind im Einzelnen die Basiszeit, die Greifzeit und die Wegzeit.
Eine Darstellung der Fahrstrategie des RBG in der Gasse und der Formeln für die
Berechnung der Wegzeit befindet sich in Abschnitt 4.2.4. Die Liegezeit vor der
Gasse wird ebenfalls ermittelt Die gesamten Bearbeitungszeiten für eine Serie in
dieser Gasse werden für den Zeitverbrauch addiert.
Tabelle 4-12:
Beispiel der Tabelle tab_Bearbeitungsauftrag
#
BA_ID
BAPositionID
Gasse
Spalte
Zeile
Menge
1
1
1
1
20
4
1
2
1
2
1
44
10
2
3
2
3
1
12
6
1
Streifen
Zunächst wird den jeweiligen Auftragspositionen der Fahrstreifen gemäß der nStreifenstrategie zugewiesen (vgl. Abschnitt 4.2.4). Dies erfolgt über die Variable
69
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
int_Streifenbreite, die abhängig von der Anzahl der Positionen in der Tabelle
tab_Bearbeitungsauftrag (siehe Tabelle 4-12) berechnet wird. Danach kann die Tabelle, bzgl. der Werte in den Tabellenspalten Streifen und Spalte, aufsteigend sortiert werden.
Mit dieser Sortierung ist es anschließend möglich, die benötigten Fahrzeiten innerhalb und zwischen den einzelnen Fahrstreifen zu berechnen. Nach der Berechnung
der Fahrzeit von der Basis zur ersten Station, werden die Fahrzeiten innerhalb der
Streifen berechnet. Durch eine Markierung der jeweils letzten Position innerhalb
eines Streifens werden anschließend die Fahrstrecken zwischen den Fahrstreifen
ermittelt.
Nachschublager
Das Nachschublager (vgl. Abbildung 4-25) hat die Aufgabe, den vom Kommissionierlager benötigten Nachschub an Artikeln in Form von beweglichen Elementen
des Typs NachschubBe zur Verfügung zu stellen.
Abbildung 4-25: Netzwerk Nachschublager
70
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
Dazu werden zunächst NachschubBes auf der Förderstrecke erzeugt. Ist ein Lagerist1 zur Bearbeitung des Nachschubs im Netzwerk, so können die NachschubBes
über die beiden Einzelstationen Einzelstation und Einschleusstation zur Förderstrecke1 gelangen, von wo aus sie auf den Systemeingang umgelagert werden. Von
dort gelangen sie über die Förderelemente zu den Gassenelementen.
4.2.4 Modellierung der Verfahrstrategien
Unter der Verfahrstrategie ist die Anordnung des Fahrweges des RBG in der Hochregalgasse in horizontaler und vertikaler Richtung zu verstehen. Hierfür wird in der
Literatur die n-Streifenstrategie mit n=2, bzw. n=4, vorgeschlagen [Miebach 1971].
Die entscheidende Größe für die Auswahl der geeigneten Strategie stellt die Anzahl
der
verschiedenen
Kommissionierpositionen
in
der
Gasse
dar.
Die
2-
Streifenstrategie wird bei bis zu 25 Fahrzielen in der Gasse angewendet. Dabei
wird die Regalfront der Gasse horizontal in zwei gleich hohe Bereiche unterteilt. Die
Fahrt beginnt an der Basisstation und führt zum in horizontaler Richtung nächstgelegenen Entnahmeort im oberen Streifen. Von diesem Punkt fährt der Kommissionierer nun zum jeweils in horizontaler Richtung nächstgelegenen Fahrziel bis zum
Ende der Gasse. Ist dieses erreicht, wechselt der Kommissionierer in den unteren
Bereich und beginnt mit dem horizontal am weitesten von der Basisstation entfernten Entnahmeort. Von dieser Stelle wird, wie für den oberen Bereich bereits beschrieben, bis zur Basisstation verfahren.
Bei mehr als 25 Fahrzielen in einer Gasse wird die 4-Streifenstrategie angewendet.
Die Regalfront teilt sich hierbei horizontal in vier gleich hohe Bereiche auf. Diese
werden, wie bei der 2-Streifenstrategie bereits erwähnt, schlangenförmig durchfahren (siehe Abbildung 4-26) [Gudehus 2005].
1
Ein Lagerist ist ein Werker, den ein zugeordneter Dienst (vgl. Abschnitt 3.4) zur Arbeit im Nachschublager befähigt. Der Lagerist kann bei entsprechender Dienstzuweisung auch Kommissionierer sein.
71
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
y
H
1
2
3
4
H/4
Basis
x
0
Abbildung 4-26: 4-Streifenstrategie
Bei der Berechnung der Fahrzeit muss zwischen der Trapezfahrt und der Dreiecksfahrt unterschieden werden. Bei der Trapezfahrt wird die Maximalgeschwindigkeit
erreicht, während die Dreiecksfahrt nur aus einem Beschleunigungs- und Verzögerungsanteil besteht. Die Formeln für die Berechnung der Fahrzeit zwischen den
einzelnen Haltepunkten sind in Abbildung 4-27 dargestellt. Es müssen die Fahrzeiten in x- und y-Richtung berechnet werden. Die größere der beiden Zeiten stellt die
benötigte Fahrzeit dar [Seemüller 2005].
Die in Abbildung 4-27 verwendeten Parameter haben die folgende Bedeutung:
E , F G Fahrwege
'E , 'F G maximale Geschwindigkeiten
E , F G Beschleunigungen
E , F G Fahrzeiten
72
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
Fahrzeitberechnung
in x-Richtung
'2E
E H
E
in y-Richtung
F H
nein
ja
Trapezfahrt
E H
E 'E
'E E
'2F
F
nein
ja
Dreiecksfahrt
Trapezfahrt
E
E I
E
F H
F 'F
'F F
Dreiecksfahrt
F
F I
F
max N , O Abbildung 4-27: Berechnung der Fahrzeit
Die Fahrzeit entspricht in diesem Baustein der zu ermittelnden Wegzeit. Basis- und
Greifzeiten werden analog zum Baustein klassische PzW-Kommissionierung bestimmt (vgl. Abschnitt 4.1).
4.2.5 Validierung
Die Durchführung der Validierung erfolgt analog zum Abschnitt 4.1.6. Nachfolgend
wird ein ausgewähltes Ergebnis der Validierung dargestellt.
Ermittlung der Soll-Werte
Für einen Beispielauftrag wurden die in Tabelle 4-13 dargestellten Werte für die
Kommissionierung im Hochregal mit manuell bedientem RBG berechnet.
73
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
Tabelle 4-13:
Berechnete Soll-Werte für die Kommissionierung im Hochregal mit manuell
bedientem RBG
Position
Greifzeit
Basiszeit
Wegzeit
1
180,000s
90,000s
3,267s
2
30,000s
90,000s
1,933s
3
60,000s
90,000s
3,267s
270,000s
180,000s
8,467s
Gesamt
Ermittlung der Ist-Werte
Für den selben Beispielauftrag werden die Ergebnisse der Simulation in Tabelle
4-14 dargestellt.
Tabelle 4-14:
Simulationsergebnis für die Kommissionierung im Hochregal mit manuell
bedientem RBG
BAPositionId
Greifzeit
Basiszeit
Wegzeit
iRessourceId
(integer)
(time)
(time)
(time)
(integer)
1
3:00.000
1:30.000
3.267
1
2
30.000
1:30.000
1.933
1
3
1:00.000
1:30.000
3.267
1
Soll-Ist-Vergleich
Die durch die Simulation ermittelten Zeiten stimmen mit den berechneten Werten
überein. Daraus lässt sich die Korrektheit der Ergebnisse des Simulationsbausteins
Kommissionierung im Hochregal mit manuellem RBG folgern.
74
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
4.3 Kommissionierung in Zonen
Das Kommissionieren in Zonen wird in der Literatur auch häufig als Zone-Picking
bezeichnet [Dullinger 2005b; Le-Duc 2005]. Dabei besteht das Kommissioniersystem aus mehreren Zonen, in denen Artikel statisch bereitgestellt werden. Die Zonen
werden dabei in der Regel so aufgebaut, dass sich der zuständige Kommissionierer
nur geringfügig bewegen muss. Dies kann über eine kurze Regalzeile sowie über
eine Anordnung von Regalen zu einem Kommissioniernest (vgl. Abbildung 4-31)
erreicht werden. Dieses Kommissioniersystem wird von einer Fördertechnikanlage
für die Auftragsbehälter unterstützt. Dabei fahren die Auftragsbehälter über einen
Behälterkreislauf alle Zonen an, aus denen Artikel für den zu kommissionierenden
Auftrag benötigt werden (vgl. Abbildung 4-28).
Abbildung 4-28: Beispiel eines Zone Picking Systems [ten Hompel 2007d]
4.3.1 Schematische Darstellung
Die Abstraktion des Grundlayouts für diesen Baustein erfolgt mit Ausnahme der
Zonenmodellierung analog zum Abschnitt 4.1.1 und besteht aus einer Fördertechnik für den Auftragsbehälterkreislauf und den angebundenen Kommissionierzonen
(vgl. Abbildung 4-32). Die Realisierung der Zonen kann auf unterschiedliche Arten
erfolgen. Bei der Entwicklung dieses Simulationsbausteins wurde der Fokus auf
drei häufig vorkommende Zonenlayouts gelegt [ten Hompel 2007d]. Von der ersten
Möglichkeit, eine Bereitstellfront mit einer einzelnen Regalzeile umzusetzen, lassen
sich die Bereitstellung über eine Fachbodenregalzeile bzw. Palettenzeile (vgl. Abbildung 4-29) und über eine Durchlaufregalzeile (vgl. Abbildung 4-30) ableiten. Bei-
75
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
de Realisierungsarten können über den gleichen Kommissionierprozess umgesetzt
werden und unterscheiden sich lediglich im Flächenbedarf und der möglichen Bereitstellmenge. Eine andere Möglichkeit der Zonenrealisierung ist das sogenannte
Kommissioniernest (vgl. Abbildung 4-31).
Abbildung 4-29: Realisierung
Abbildung 4-30: Realisierung
Abbildung 4-31: Realisierung
der Zone als
Fachboden-
der Zone als
Durchlauf-
der Zone als
Kommissio-
regalzeile
regalzeile
niernest
Kommissioniernester werden derart gestaltet, dass sich der Kommissionierer nur
wenig bewegen muss. In der Regel reichen Körperdrehungen von maximal 90°, um
die Bereitstelleinheit von der Basis aus zu erreichen. Wegzeiten werden dadurch
gering gehalten.
4.3.2 Freischnitt der Bausteinelemente
Das Layout lässt sich in den Systemeingang an der Quelle, ein Transportsystem für
Auftragsbehälter, den Kommissionierzonen und einen Systemausgang an der Senke unterteilen (vgl. Abbildung 4-32).
Das Transportsystem für die Auftragsbehälter kann über zwei symmetrische Elemente abgebildet werden. Zum einen die Fördertechnik mit der Zonenanbindung
nach oben und zum anderen spiegelbildlich nach unten. Für die Zone selbst müssen abhängig von der Realisierungsart unterschiedliche Elemente abgegrenzt werden. Bei der Realisierung der Zone mit einem Fachboden- oder Durchlaufregal wird
analog zum Simulationsbaustein PzW ein Spaltenfußwegelement gebildet. Ein
Kommissioniernest wird dagegen auf Grund der vielen diagonalen kurzen Bewegungen nicht visualisiert dargestellt, die benötigten Zeiten werden rechnerisch ermittelt.
76
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
Abbildung 4-32: Kennzeichnung der freigeschnittenen Bausteinelemente
4.3.3 Beschreibung der Bausteinelemente
Die freigeschnittenen Elemente Systemeingang und Systemausgang werden vom
Baustein PzW in Abschnitt 4.1.3 übernommen.
Fördertechnik
Das Transportsystem für den Auftragsbehälterkreislauf wird aus zwei symmetrischen Elementen aufgebaut. In Abbildung 4-33 werden die benötigten Förderelemente für die Zonenanbindung nach oben über Pfeile dargestellt.
Förderer zur
Basis der Zone
Förderereingang
von links
Förderer von der
Basis der Zone
Förderer für
Durchschleusung
nach rechts
Förderer zum
Richtungswechsel
Fördererausgang
nach rechts
Förderer zum
Richtungswechsel
Abbildung 4-33: Schematische Darstellung der Fördertechnik für Zonenanbindung nach
oben
77
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
Über die Abbildung 4-33 werden die Verteil- und Zusammenführungspunkte ersichtlich, an denen Steuerungen für die Wegfindung integriert werden müssen. In Abbildung 4-34 ist die Umsetzung in Plant Simulation dargestellt. Abbildung 4-35 zeigt
die Umsetzung der spiegelbildlichen Fördertechnik in Plant Simulation.
Abbildung 4-34: Fördertechnik für
Zonenanbindung nach oben
in Plant Simulation
Abbildung 4-35: Fördertechnik für
Zonenanbindung nach
unten in Plant Simulation
Zone
Für die Abbildung der Zone in der Ablaufsimulation werden drei Möglichkeiten der
Realisierung unterschieden.
Die ersten beiden Arten der Zonenrealisierungsmöglichkeiten aus Abbildung 4-29
und Abbildung 4-30 lassen sich analog zu der Modellierung des Bausteins klassische PzW Kommissionierung (vgl. Abschnitt 4.1.3) mit einem leicht veränderten
Spaltenfußwegelement konzipieren (vgl. Abbildung 4-36).
Abbildung 4-36: Skizze eines Spaltenfußwegelements (links) & Umsetzung in Plant
Simulation (rechts)
Durch Aneinanderreihung von Spaltenfußwegelementen lässt sich eine Regalzeile
eines Fachboden-, Durchlauf- oder Palettenregals in der Simulation erzeugen.
78
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
Abbildung 4-37: Beispiel für eine Realisierung der Zone als Kommissioniernest
Bei der dritten Realisierungsart werden die Regalfächer nicht in einer Linie, sondern
in U-Form angeordnet. Abbildung 4-37 zeigt den Aufbau bei einer Parameterwahl
mit 15 Spalten. Diese besondere Anordnung der Spalten erfordert vom Benutzer
zusätzliche Angaben. Über die Variable Anzahl_Spalten_vorne wird festgesetzt,
wie viele Spalten vor der Basis in horizontaler Richtung angelegt werden. Bei diesen werden zum einen Spalten unterschieden, bei denen auf Grund der Entfernung
zur Basis eine Wegzeit anfällt und solche bei denen der Kommissionierer auf Grund
der unmittelbaren Nähe zur Basis ohne Wegzeit mit der Entnahme beginnen kann.
Mittels der Variablen Anzahl_Spalten_vorne_in_Basisnähe_max wird deren maximale Anzahl angegeben, die nur bei ungerader Anzahl an vorderen Spalten realisiert wird. Liegt jedoch eine gerade Anzahl - wie etwa in Abbildung 4-37 - vor, so
ergibt sich die Zahl für die basisnahen Spalten, indem von der maximalen Anzahl
Eins subtrahiert wird. Zur Verdeutlichung ist in Tabelle 4-15 ein Beispiel der Parameterbedeutung
angegeben,
bei
der
sich
zahl_Spalten_vorne_in_Basisnähe der Wert 2 ergibt.
79
für
die
Variable
An-
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
Tabelle 4-15:
Beispiel zur Bestimmung der Anzahl an Spalten vorne in Basisnähe
Variable
Wert
Anzahl_Spalten
15
Anzahl_Spalten_vorne
6
Anzahl_spalten_vorne_in_Basisnähe
3
Wie viele Spalten auf jede der beiden Flanken entfallen, lässt sich mit der Gl. 4.1
berechnen:
* P6 QR04S6 * T690D/ + * AU146
2
(Gl. 4.1)
Tritt der Fall ein, dass die Division durch zwei eine reelle Zahl ergibt, so wird auf die
nächsthöhere natürliche Zahl aufgerundet. Dadurch wird gewährleistet, dass sich
auf jeder Seite gleich viele Spalten befinden, wobei die äußerste auf der rechten
Flanke dann als leere_Spalte ohne Artikelinhalt geführt wird (siehe Abbildung 4-37).
Die Streckenelemente, die sich vor den einzelnen Spalten - mit Ausnahme der basisnahen - befinden, bilden den Weg ab, welchen der Kommissionierer beim Gang
zu einer Spalte zurücklegen muss. Diese wird immer direkt und auf kürzestem Wege angesteuert. Muss beispielsweise eine Auftragsposition in Spalte2 aus Abbildung 4-37 kommissioniert werden, so wird der Kommissionierer sich entsprechend
der eingezeichneten Strecke c bewegen, die sich mathematisch aus den beiden
Strecken a und b über den Satz des Pythagoras berechnen lässt. Die Strecke a
entspricht hierbei der doppelten Breite einer Spalte, welche über die Variable Spalte_Breite im Gesamtsystem festgesetzt wird. Die Stecke b hingegen ist im vorliegenden Fall so lang wie 2,5-mal die Breite einer Spalte. Nachdem die Längen von a
und b ermittelt sind, kann c bestimmt und der Weg_Spalte2 somit entsprechend
bemessen werden. Müssen zum Beispiel Artikel aus einer Spalte entnommen werden, die zwar im vorderen Bereich, jedoch nicht in unmittelbarer Nähe zur Basis
liegt (wie etwa Spalte10 in Abbildung 4-37), dann wird die Strecke a zu Null und der
Kommissionierer bewegt sich nur in horizontaler Richtung.
80
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
4.3.4 Validierung
Die Validierung erfolgt analog zum Abschnitt 4.1.6. Nachfolgend wird ein ausgewähltes Ergebnis der Validierung dargestellt.
Ermittlung der Soll-Werte
Für einen Beispielauftrag wurden die in Tabelle 4-16 dargestellten Werte für die
Kommissionierung in Zonen berechnet.
Tabelle 4-16:
Position
Berechnete Soll-Werte für die Kommissionierung in Zonen
Greifzeit
Basiszeit
Wegzeit
1
180,000s
90,000s
3,267s
2
30,000s
90,000s
1,933s
3
60,000s
90,000s
3,267s
270,000s
180,000s
8,467s
Gesamt
Ermittlung der Ist-Werte
Für den selben Beispielauftrag werden die Ergebnisse der Simulation in Tabelle
4-17 dargestellt.
Tabelle 4-17:
Simulationsergebnis für die Kommissionierung in Zonen
BAPositionId
Greifzeit
Basiszeit
Wegzeit
iRessourceId
(integer)
(time)
(time)
(time)
(integer)
1
3:00.000
1:30.000
3.267
1
2
30.000
1:30.000
1.933
1
3
1:00.000
1:30.000
3.267
1
Soll-Ist-Vergleich
Die durch die Simulation ermittelten Zeiten stimmen mit den berechneten Werten
überein. Daraus lässt sich die Korrektheit der Ergebnisse des Simulationsbausteins
Kommissionierung im Hochregal mit manuellem RBG folgern.
81
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
4.4 Ware-zur-Person Kommissionierung
Kommissioniersysteme nach dem klassischen Prinzip WzP (vgl. Abschnitt 3.1.4)
reduzieren die Wegzeiten der Kommissionierer durch den Einsatz von Automatisierungstechnik. Kommissionierer arbeiten an festen Plätzen, sogenannten Bedienstationen, welche mit Bereitstellbehältern versorgt werden. Die Bereitstellbehälter
werden entsprechend der Kommissionieraufträge automatisch aus einem automatischen Kleinteilelager (AKL) oder aus einem automatischen Paletten-HRL mit Hilfe
von RBG ausgelagert und über eine Fördertechnikanlage zur entsprechenden Bedienstation befördert. Um Wartezeiten des Kommissionierers zu vermeiden, werden
in der Regel alle Bereitstellbehälter, die für einen bestimmten Kommissionierauftrag
benötigt werden, zunächst gepuffert und dem Kommissionierer anschließend zusammenhängend zugeführt. An einer Bedienstation entnimmt der Kommissionierer
aus dem zugeführten Bereitstellbehälter die entsprechende Menge an Artikeln und
legt sie in eine Auftragsablage. Der Bereitstellbehälter des Artikels wird anschließend wieder per Fördertechnik eingelagert und der Kommissionierer setzt die Entnahme an dem nächsten Bereitstellbehälter fort. Nachdem alle Positionen eines
Kommissionierauftrags aus den Bereitstellbehältern entnommen wurden, wird die
Auftragsablage über die selbe oder eine separate Fördertechnikanlage abgeführt.
Zur Veranschaulichung ist ein WzP Kommissioniersystem in Abbildung 4-38 dargestellt.
Abbildung 4-38: Beispiel einer WzP Kommissionierung [Günthner 2009d]
82
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
4.4.1 Schematische Darstellung
Durch Abstraktion kann ein solches Kommissioniersystem mit dem Layout in Abbildung 4-39 dargestellt werden. Das AKL bzw. automatische Paletten-HRL besteht
aus mehreren Gassen, deren Lagerplätze analog zu den bereits beschriebenen
Simulationsbausteinen wieder durch Spalten und Zeilen beschrieben werden können. Zusätzlich wird ein über Fördertechnik (FT) angebundener Puffer für die Bereitstellbehälter dargestellt, welcher über die Anzahl der Pufferbahnen und seiner
Pufferplätze beschrieben werden kann. Nach der Quelle wird ein Auftragspuffer
benötigt. Dieser hat die Aufgabe für einen Auftrag eine Pufferbahn zu reservieren
und die Auslageraufträge an die RBG zu initiieren. Sobald die für einen Auftrag erforderlichen Bereitstellbehälter vollständig den Puffer erreicht haben, werden diese
der Bedienstation, mit der geringsten Auslastung und noch möglicher Aufnahmekapazität, zugeführt. Die Aufnahmekapazität ist abhängig von der Anzahl freier Pufferplätze vor der Basis einer Bedienstation.
4.4.2 Freischnitt der Bausteinelemente
Gasse n
Gasse ..
Gasse 2
Gasse 1
Zur Entwicklung des Simulationsbausteins werden zunächst die wesentlichen Elemente dieses Kommissioniersystems identifiziert. Dies sind Systemeingang, Auftragspuffer, Gasse inkl. RBG, Gassenvorzone, Pufferbahn, Bedienstation und Systemausgang (vgl. Abbildung 4-39).
Abbildung 4-39: Kennzeichnung der freigeschnittenen Elemente im abstrahierten Layout für
die WzP Kommissionierung
83
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
Durch die Aneinanderreihung von Gassen, in Kombination mit der Gassenvorzone,
entstehen über Parameter dimensionierbare AKL bzw. automatische Paletten-HRL.
Der Puffer für die Bereitstelleinheiten kann über die Verkettung mehrerer Pufferbahnen zusammengesetzt werden.
4.4.3 Beschreibung der Bausteinelemente
Auf die freigeschnittenen Elemente Auftragspuffer, Pufferbahn für Bereitstellbehälter, Gasse mit Gassenvorzone und Bedienstation wird im Weiteren eingegangen
und ihre Umsetzung beschrieben.
Auftragspuffer
Der Auftragspuffer erhält die zur Ausführung anstehenden Aufträge, reserviert die
benötigte Anzahl an Pufferplätzen und initiiert die Auslageraufträge im AKL. Das
Element Auftragspuffer wird in der Simulation als Liste implementiert, in der die aktiven Aufträge durch die bereits zugeordneten Pufferbahnen ersichtlich sind. Bei der
Reservierung einer Pufferbahn wird dem entsprechenden Pufferbahnelement mitgeteilt, wie viele Bereitstellbehälter erwartet werden. Die Auslageraufträge werden
den jeweiligen RBG mitgeteilt und nach dem FIFO Prinzip abgearbeitet, so dass
jedes RBG eine Liste der anstehenden Auslageraufträge führen kann. Haben alle
für einen Auftrag angeforderte Bereitstellbehälter ihre Pufferbahn erreicht, so kann
der Kommissionierauftrag einer Bedienstation zugewiesen werden. Die Bereitstellbehälter erhalten diese als Ziel und werden weitergefördert.
Pufferbahn für Bereitstellbehälter
Um die für einen Kommissionierauftrag benötigten Bereitstellbehälter möglichst
gleichzeitig einer Bedienstation für die Bearbeitung zur Verfügung zu stellen, werden die Bereitstellbehälter zuvor auf der Fördertechnik in einem Bereitstellpuffer
gesammelt. Ein Bereitstellpuffer kann durch die Aneinanderreihung mehrerer Elemente des Typs Pufferbahn erzeugt werden. Jede Pufferbahn wird durch seine
Länge und Breite definiert.
Gasse mit Gassenvorzone
In einem AKL bzw. automatischen Paletten-HRL werden die Bereitstellbehälter gelagert. Das Element Gasse bildet eine Lagergasse des AKLs ab. Die Fahrzeiten
des Regalbediengeräts werden mathematisch berechnet. Bei den Fahrstrategien
des RBG wird grundsätzlich nach [VDI-Richtlinie Nr. 3561] zwischen Einzelspiel
und Doppelspiel unterschieden.
84
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
Das Einzelspiel bezeichnet einen Bewegungsablauf des RBG, bei dem eine Einlagerung (vgl. Abbildung 4-40) bzw. eine Auslagerung stattfindet. Zunächst wird am
Einlagerungspunkt ein Behälter aufgenommen (siehe (1) in Abbildung 4-40), dann
bewegt sich das RBG mit Behälter zum Einlagerungsplatz (2) und gibt ihn dort ab
(3). Im Anschluss fährt das RBG wieder zum Einlagerungspunkt (4). Ein Einzelspiel
für Auslagerungen wird analog durchgeführt.
Abbildung 4-40: Bewegungsablauf beim
Abbildung 4-41: Bewegungsablauf beim
Einzelspiel [VDI-Richtlinie
Nr. 3561]
Doppelspiel [VDI-Richtlinie
Nr. 3561]
Als Doppelspiel wird ein Bewegungsablauf bezeichnet, bei dem eine Einlagerung
mit einer Auslagerung kombiniert wird (vgl. Abbildung 4-41). Dabei werden die
Schritte (1)-(3) analog zum Einzelspiel durchgeführt. Anschließend wird jedoch
nicht zum Einlagerungspunkt, sondern zum Auslagerungsplatz (4) zur Behälteraufnahme (5) gefahren. Der Behälter wird zum Auslagerungspunkt bewegt (6) und dort
abgegeben (7). Abschließend fährt das RBG wieder zum Einlagerungspunkt (8).
In Abbildung 4-42 wird das in Plant Simulation implementierte Gassenelement mit
der Gassenvorzone dargestellt. Die Einzelstationen Auslagern und Einlagern bezeichnen den Einlagerungs- und Auslagerungspunkt der jeweiligen Gasse. An diesem Punkt übernimmt das RBG die Behälter zum Einlagern bzw. gibt die ausgelagerten Behälter an die Fördertechnik ab. Von dort werden sie über Förderstrecken
zu den Pufferstrecken befördert.
85
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
Abbildung 4-42: Netzwerk Gasse
In der Simulation sind folgende Fälle zu berücksichtigen:
(1) ein Behälter wartet auf seine Einlagerung am Einlagerungspunkt, es liegen jedoch keine Auslageraufträge vor
(2) ein Auslagerungsauftrag liegt vor, am Einlagerungspunkt wartet jedoch kein Behälter auf seine Einlagerung
(3) ein Behälter wartet auf seine Einlagerung am Einlagerungspunkt und ein Auslagerungsauftrag liegt vor
Der Fahrweg für den Fall (1) und (2) entspricht einem Einzelspiel und für den Fall
(3) einem Doppelspiel.
Entsprechend der Geschwindigkeits- und Beschleunigungsparameter werden für
die anstehenden Einlagerungs- bzw. Auslagerungsaufträge die Spielzeiten berechnet. Dabei wird zwischen Dreiecks- und Trapezfahrt, je nach erreichter Maximalgeschwindigkeit unterschieden. Die Formeln wurden bereits im Rahmen des Baus-
86
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
teins Kommissionierung im Hochregal mit manuellem RBG in Abschnitt 4.2.4 aufgeführt und werden auch für diesen Baustein für die Berechnung implementiert.
Bedienstation
An der Bedienstation werden die Auftragsbehälter mit den Bereitstelleinheiten zusammengeführt und die Kommissionierung vorgenommen. Das Netzwerk der Bedienstation ist in Abbildung 4-43 dargestellt.
Abbildung 4-43: Netzwerk der Bedienstation
Die ankommenden Bes werden mit Hilfe der beiden Methoden Lagerteile_verteilen
und AuftragsBes_verteilen entsprechend ihrer zugewiesenen Zone in die Bedien87
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
station gefördert oder zur nächsten Zone weitergeleitet. Innerhalb des Kommissionierbereichs werden die Auftragsbehälter zunächst über die Förderstrecke A4 in die
Station MA1 gefördert. Befindet sich zu diesem Zeitpunkt kein Auftragsbehälter auf
der Kommissionierstation MA2, wird der Ausgang von MA1 geöffnet und der Auftragsbehälter an MA2 weitergeleitet. Nach diesem Vorgang wird MA1 wieder geschlossen. Die Bereitstelleinheiten durchlaufen die Förderstrecke B4 und werden
dort gestaut, sobald eine Lagereinheit die Einzelstation B5 erreicht hat. Deren Ausgang ist so lange gesperrt, bis der dazugehörige Auftragsbehälter auf der Station
MA2 eingetroffen ist. Mit seinem Eintreffen wird der Ausgang von B5 freigegeben
und der Kommissioniervorgang gestartet.
Der Kommissioniervorgang selbst wird über die Methode Kommissionieren realisiert. Dazu wird die benötigte Menge der Lagereinheit mit der max. Greifanzahl pro
Greifvorgang verglichen. Ist die Menge höher als die maximale Greifanzahl, wird
die Greifzeit entsprechend erhöht. Die vorgegebene Basiszeit wird auf die enthaltenen Positionen des Auftragsbehälters umgelegt. Die gesamte Kommissionierzeit
wird aus der Summe von Greifzeit und umgelegter Basiszeit berechnet und dann
an die Station Zeitverbrauch übergeben. Nach Ablauf dieser Zeitspanne wird die
Bereitstelleinheit freigegeben und auf den Rückweg gebracht. Bei der Freigabe wird
überprüft, ob es sich um die letzte Position des Kommissionierauftrags handelt. Ist
dies der Fall, wird auch der Ausgang von MA2 geöffnet und der Auftragsbehälter
weitergefördert.
4.4.4 Generierung des Kommissioniersystems
Bei der Generierung des Kommissioniersystems werden Werte zu den folgenden
Parametern berücksichtigt:
Anzahl der Kommissionierzonen
Anzahl der Pufferbahnen für die Bereitstelleinheiten
Anzahl der Gassen, Spalten und Zeilen des AKL
Höhe, Tiefe und Breite einer Bereitstelleinheit
Geschwindigkeiten und Beschleunigungen der Regalbediengeräte
Lastaufnahme- und -abgabezeit des Regalbediengeräts
Greifzeit und Basiszeit
Maximale Greifkapazität des Kommissionierers
88
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
Ein durch diesen Simulationsbaustein erzeugtes Kommissioniersystem wird in Abbildung 4-44 dargestellt.
Abbildung 4-44: Übersicht über ein generiertes Layout für den Simulationsbaustein WzP
4.4.5 Validierung
Die Durchführung der Validierung erfolgt analog zum Abschnitt 4.1.6. Nachfolgend
wird ein ausgewähltes Ergebnis zur Validierung dargestellt.
Ermittlung der Soll-Werte
Für einen Beispielauftrag wurden die in Tabelle 4-18 dargestellten Werte für die
WzP Kommissionierung berechnet.
89
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
Tabelle 4-18:
Position
Berechnete Soll-Werte für die WzP Kommissionierung
Greifzeit
Basiszeit
1
4,000s
5,000s
2
6,000s
5,000s
3
2,000s
5,000s
12,000s
15,000s
Gesamt
Ermittlung der Ist-Werte
Für den selben Beispielauftrag werden die Ergebnisse der Simulation in Tabelle
4-19 dargestellt.
Tabelle 4-19:
Simulationsergebnis für die WzP Kommissionierung
BAPositionId
(integer)
Greifzeit
(time)
Basiszeit
(time)
iRessourceId
(integer)
1
4.000
5.000
1
2
6.000
5.000
1
3
12.000
5.000
1
Soll-Ist-Vergleich
Die durch die Simulation ermittelten Zeiten stimmen mit den berechneten Werten
überein. Daraus lässt sich die Korrektheit der Ergebnisse aus dem Simulationsbaustein der WzP Kommissionierung folgern.
90
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
4.5 Inverse Kommissionierung
Bei der inversen Kommissionierung sind die Rollen von Bereitstelleinheit und Auftragsablage vertauscht [o. V. 2009a]. Für die Kommissionierung werden zunächst
mehrere Auftragsablagen nebeneinander angeordnet. Die zusammen bearbeiteten
Aufträge werden auch als Auftragsserie bezeichnet. Anschließend erhält der Kommissionierer nacheinander die benötigten Bereitstelleinheiten an einem definierten
Übergabepunkt von einem vorgelagerten Bereich und bewegt sich mit jeder Bereitstelleinheit einmal an den Auftragsablagen entlang. Die Systeme arbeiten oft mit
Put-to-Light [o. V. 2009c] Anlagen zusammen, so dass die Kommissionierer durch
ein Licht aufmerksam gemacht werden, welche Aufträge Artikel einer bestimmten
Bereitstelleinheit erfordern. Jede Bereitstelleinheit wird am Übergabeplatz vom
Kommissionierer wieder abgegeben. Nach vollständiger Kommissionierung einer
Auftragsserie werden alle Auftragsablagen einem Transportsystem für die Abförderung übergeben.
4.5.1 Schematische Darstellung
Die schematische Darstellung des Simulationsbausteins wird in Anlehnung an das
abstrahierte Layout für den Simulationsbaustein WzP vorgenommen. Die Bereitstelleinheiten für den Kommissionierer kommen aus einem AKL bzw. automatischen
Palettenhochregallager (Paletten-HRL), das entsprechend einer Auftragsserie Bereitstellbehälter auslagert und in einem Puffer sammelt. Im Anschluss werden diese
einer Kommissionierzone zugeführt, in der ein Kommissionierer bereits die Auftragsablagen für die Kommissionierung angeordnet hat und den Kommissionierprozess durchführt. Die Auftragsablagen werden über ein eigenes Transportsystem
der jeweiligen Kommissionierzone zugeführt und nach der Kommissionierung wieder abgeführt. Das abstrahierte Layout ist in Abbildung 4-45 dargestellt.
4.5.2 Freischnitt der Bausteinelemente
Der Freischnitt der Bausteinelemente erfolgt mit wenigen Ausnahmen analog zu
den Elementen im Baustein WzP. Es ergeben sich die Elemente Systemeingang,
Auftragspuffer, Gasse mit Gassenvorzone, Pufferbahn, Kommissionierzone und
Systemausgang (vgl. Abbildung 4-45).
91
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
FT Bereitstelleinheiten
FT Auftragsbehälter
Gasse n
Gasse ..
Gasse 2
Gasse 1
AKL oder autom. Palettenregal
Gasse
Gassenvorzone
Pufferbahn
Kommissionierzone
Puffer für
Bereitstelleinheiten
Auftragspuffer
Systemeingang
Systemausgang
Basis 2
Q
Auftragspuffer
Basis 2
Basis 1
Basis 1
ZONE 1
ZONE 2
Q
Quelle
S
Senke
S
Abbildung 4-45: Kennzeichnung der freigeschnittenen Bausteinelemente in der
schematischen Darstellung der inversen Kommissionierung
4.5.3 Beschreibung der Bausteinelemente
Bei der inversen Kommissionierung kann bis auf die Kommissionierzone auf die
Bausteinelemente in Abschnitt 4.4.3 zurückgegriffen werden. Die Kommissionierzone (siehe Abbildung 4-46) wird ähnlich wie ein Kommissioniernest beim Simulationsbaustein Zone-Picking (vgl. Abschnitt 4.3.3) aufgebaut. Die Wegzeiten werden
analog ermittelt und an dieser Stelle nicht weiter ausgeführt.
Der Kommissionierprozess beim inversen Kommissionieren gliedert sich für den
Kommissionierer in die drei nachfolgenden Teilschritte:
Auftragsablagen einer Serie aufstellen/anordnen
Für jeden Artikel in der Serie die zugehörige Bereitstelleinheit an einem
Übergabepunkt aufnehmen, die erforderliche Menge des Artikels auf die statisch angeordneten Auftragsablagen verteilen und die Bereitstelleinheit an
einem definierten Punkt abgeben
Auftragsablagen einsammeln und an eine Fördertechnik abgeben
92
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
Abbildung 4-46: Kommissionierzone beim inversen Kommissionieren
Im ersten Teilschritt nimmt der Kommissionierer die an der Basis 1 ankommenden
Auftragsbehälter einer Serie auf und ordnet diese auf die Kommissionierplätze an.
Dabei kann der Kommissionierer pro Greifvorgang eine bestimmte Anzahl an Auftragsbehältern aufnehmen. Nach Anordnung der Auftragsbehälter wird mit dem
zweiten Teilschritt begonnen. Dazu nimmt der Kommissionierer den ersten Bereitstellbehälter von der Basis 2 und legt in jeden Auftragsbehälter, der diesen Artikel
erfordert, die nötige Anzahl an Artikeln. Ist der Kommissionierer alle Auftragsbehälter abgelaufen, gibt er den Bereitstellbehälter wieder an der Basis 2 ab, damit dieser zurück ins Lager gefördert werden kann. Diesen Vorgang wiederholt der Kommissionierer für jeden Bereitstellbehälter des aktuellen Serienauftrags. Sind alle
Auftragsbehälter einer Serie kommissioniert, so beginnt das Einsammeln der Be93
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
hälter bzw. der dritte Teilschritt des Kommissionierers. Dazu nimmt der Kommissionierer die festgelegte Anzahl an Auftragsbehältern auf und bringt diese an die Basis
1. Dort werden diese zum Systemausgang befördert.
4.5.4 Validierung
Die Validierung erfolgt analog zum Abschnitt 4.1.6. Nachfolgend wird ein ausgewähltes Ergebnis der Validierung dargestellt.
Ermittlung der Soll-Werte
Für einen Beispielauftrag wurden die in Tabelle 4-20 dargestellten Werte für die
inverse Kommissionierung berechnet.
Tabelle 4-20:
Position
Berechnete Soll-Werte für die inverse Kommissionierung
Greifzeit
Basiszeit
Wegzeit
1
18,000s
15,300s
3,818s
2
6,000s
5,100s
2,727s
3
12,000s
5,100s
4,364s
Gesamt
36,000s
20,400s
20,909s
Ermittlung der Ist-Werte
Für den selben Beispielauftrag werden die Ergebnisse der Simulation in Tabelle
4-21 dargestellt.
Tabelle 4-21:
Simulationsergebnis für die inverse Kommissionierung
BAPositionId
(integer)
Greifzeit
(time)
Basiszeit
(time)
Wegzeit
(time)
iRessourceId
(integer)
1
18.000
15.300
3.818
1
2
6.000
5.100
2.727
1
3
12.000
5.100
4.364
1
Soll-Ist-Vergleich
Die durch die Simulation ermittelten Zeiten stimmen mit den berechneten Werten
überein. Daraus lässt sich die Korrektheit der Ergebnisse aus dem Simulationsbaustein der inversen Kommissionierung folgern.
94
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
4.6 Kommissionierung in Zonen mit statischer und dynadyn
mischer Bereitstellung
tstellung
Das Kommissionieren in Zonen mit statischer und dynamischer Bereitstellung (vgl.
Abschnitt 3.1.7) ist vor allem für Sortimente mit ausgeprägter Paret
Pareto-Kurve [Lorenz
1905] ausgelegt. Bei einer vorliegenden Pareto-Verteilung können ca. 80% des
Auftragsvolumens
volumens mit nur ca. 20% der Artikel bewältigt werden. Diese 20% der ArA
tikel werden als Schnellläufer bezeichnet, die restlichen Artikel als Langsamläufer.
Langsamläufe
In diesem Simulationsbaustein erfolgt eine Trennung zwischen SchnellSchnell und Langsamläufern. Schnellläufer werden auf Grund der Zugriffshäufigkeit in der KommisKommi
sionierung permanent bereitgehalten, während alle anderen
anderen Artikel auftragsbezogen bereitgestellt werden. Dies wird realisiert, indem es an den KommissionierplätKommissionierplä
zen zwei verschiedene
erschiedene Arten der Artikelbereitstellung gibt. Schnellläufer werden in
statischen Durchlaufkanälen1 am Kommissionierplatz bereitgestellt. Langsamläufer
werden in dynamischen Wechselstellplätzen präsentiert (vgl. Abbildung 4-48).
Abbildung 4-47: Gasse mit einem
Abbildung 4-48: Differenzierung
Differenzierun bei der
Kommissionierplatz
[Seebauer 2004]
1
Artikelbereitstellung [o. V.
2008]
Bei einem statischen Durchlaufkanal bewegen sich die Bereitstelleinheiten auf geneigten RollenRolle
bahnen
hnen auf Grund der Schwerkraft zur Entnahmestelle, an der die Kommissionierung erfolgt. Die
Beschickung erfolgt von hinten. Siehe auch [ten Hompel 2007a].
95
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
So können nicht mehr benötigte Behälter vom Kommissionierer auf den hinteren
Wechselplatz zurückgeschoben und durch das RBG wieder rückgelagert werden.
Durch diese dynamische Bereitstellung ist ein größeres Sortiment als bei einer rein
statischen Bereitstellung möglich und die Kommissionierwege werden verkürzt.
Wie in Abbildung 4-47 dargestellt, werden für diesen Simulationsbaustein doppeltiefe1 automatische Lagergassen sowohl für die dynamische Bereitstellung als auch
für den Nachschub der statischen Artikel in einer im Hochregal integrierten Bereitstellfront verwendet. Durch die Kopplung von mehreren Gassen ergibt sich das
Kommissioniersystem (vgl. Abbildung 4-49).
Abbildung 4-49: Kommissionierung in Zonen mit statischer und dynamischer
Artikelbereitstellung [o. V. 2007]
4.6.1 Schematische Darstellung
Das abstrahierte Layout eines solchen Kommissioniersystems lässt sich in mehrere
Blöcke unterteilen, die jeweils aus einer automatischen zweifachtiefen Lagergasse
mit anliegenden Kommissionierplätzen besteht. Im Bereich der Bereitstellfront für
1
Bei einer doppeltiefen Lagerung werden zwei Ladungsträger (z.B. Behälter oder Paletten) hintereinander an einem Lagerplatz aufbewahrt. Um den hinteren Ladungsträger auszulagern, muss
zunächst der vordere entnommen werden. Für mögliche Betriebsstrategien siehe auch [Seemüller
2005].
96
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
die Kommissionierplätze wird eine Fördertechnik integriert, die die Auftragsbehälter
für die Kommissionierung von der Quelle zu den erforderlichen Kommissionierplätzen und nach erfolgter Kommissionierung zur Senke befördert (vgl. Abbildung
4-50).
4.6.2 Freischnitt der Bausteinelemente
KP n-i
KP n-...
KP n-1
AKL-Gasse mit RBG n
KP ..-i
KP ..-...
KP ..-1
AKL-Gasse mit RBG ..
KP 1-i
KP 1-...
KP 1-1
AKL-Gasse mit RBG 1
Beim Freischnitt der Bausteinelemente ergeben sich zunächst, analog zu den bereits beschriebenen Simulationsbausteinen, Systemeingang, Fördertechnik für den
Behälterkreislauf, Fördertechnik für die Zonenanbindung und Systemausgang. Zusätzlich wird ein Element der automatischen Lagergasse mit dem RBG sowie im
Hochregal der Lagergasse integrierte Kommissionierzonen identifiziert (vgl. Abbildung 4-50).
Abbildung 4-50: Kennzeichnung der freigeschnittenen Bausteinelemente
4.6.3 Beschreibung der Bausteinelemente
Die Bausteinelemente Systemeingang, Fördertechnik und Systemausgang werden
im Wesentlichen wie bei den vorher beschriebenen Simulationsbausteinen gestaltet
und werden für diesen Baustein nicht weiter beschrieben. Erwähnt sei allerdings,
dass vom Systemeingang bereits die Bereitstellaufträge an den jeweiligen RBGBereich übermittelt werden, so dass die Bereitstellfront für die anstehenden Aufträge bereits vorbereitet werden kann. Zur Unterscheidung der Bereitstellfächer von
den Lagerfächern wird das definierte Nummerierungsschema um die Y-Position
erweitert und um Parameter für die Abgrenzung ergänzt (vgl. Abbildung 4-51).
97
2. Kommissionierplatz
Y-Position 2
1. Kommissionierplatz
Y-Position 1
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
Zeile m
Zeile m-1
Lagerfächer
Dynamische
Bereitstellfächer
Zeile 2
Statische
Bereitstellfächer
Zeile 1
Spalte n
Y-Position 3
Y-Position 2
Y-Position 1
Spalte n-2
Spalte n-1
Seitenansicht
Spalte n-3
Spalte 1
Spalte 3
Spalte 2
Spalte 4
Vorderansicht
Draufsicht
Abbildung 4-51: Lagergasse mit Regalbediengerät und Bereitstellfront
Die Parameter für die Abgrenzung zeigen wie viele Zeilen einer Regalreihe auf statische bzw. dynamische Bereitstellfächer entfallen. Die Nummerierung der Spalten
beginnt mit der ersten Spalte der vorderen Regalreihe. Die Spalten der vorderen
Reihe werden mit ungeraden Zahlen bezeichnet, die in der hinteren Reihe mit geraden Zahlen. Zeilen werden von unten nach oben mit Eins beginnend fortlaufend
nummeriert. Bei mehrfachtiefen Lagerfächern werden die einzelnen Plätze mit Hilfe
98
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
der Y-Position unterschieden. Diese zählt jeweils von der RBG-Gasse ausgehend
für Lager- und Bereitstellfächer nach außen in der Regalreihe aufwärts. Der hintere
Lagerplatz in einem doppeltiefen Lagerfach hat somit die Y-Position 2. Für dynamische Bereitstellfächer ist die Y-Position irrelevant, da diese nur einen Behälter beinhalten können. Um einen Lager- oder Bereitstellplatz eindeutig identifizieren zu
können, ist neben der Angabe von Spalte, Zeile und Y-Position auch die Nummer
der Zone, in welcher sich der Regalblock befindet, erforderlich. Nachfolgend wird
der RBG-Bereich und die Kommissionierzone erläutert.
RBG-Bereich
Ein wesentlicher Unterschied zu den bereits modellierten Regalbediengeräten im
Simulationsbaustein WzP im Abschnitt 4.4.3 besteht darin, dass zusätzlich zu dem
Ein- und Auslagerpunkt auch Behälteraufnahmen und -abgaben an den Bereitstellfächern stattfinden. Die Spielzeit des RBG setzt sich dabei aus folgenden vier Zeitanteilen zusammen:
Fahrzeit von der Ausgangsposition des RBG zum Standort des aufzunehmenden Behälters
Zeit für die Aufnahme des Behälters durch das Lastaufnahmemittel (LAM)
Fahrzeit zum Ziellager- oder Zielbereitstellfach
Zeit für die Abgabe des Behälters durch das LAM
Kommissionierzone
In den Kommissionierzonen wird die Kommissionierung von einem Kommissionierer durchgeführt. Nach Ankunft eines Auftragsbehälters in der Kommissionierzone wird, vom Standort des Kommissionierers ausgehend, jeweils die nächstgelegene Spalte ermittelt, in der sich Bereitstellbehälter mit benötigten Positionen befinden. Zu Beginn der Bearbeitung eines Auftrags entspricht der Standort des Kommissionierers dem des Auftragsbehälters, welcher sich in der Mitte der Kommissionierzone befindet. Der Kommissionierer bewegt sich daraufhin zur ermittelten Spalte und entnimmt so viele Entnahmeeinheiten wie für den Auftrag erforderlich sind,
bzw. so viele er aufnehmen kann. Wird dem Kommissionierer nach der Quittierung
der Entnahme aus einem dynamisch bereitgestellten Behälter angezeigt, dass der
Behälter nicht mehr für folgende Aufträge benötigt wird, schiebt er diesen auf eine
Förderstrecke zurück, wo ihn das RBG zur Rücklagerung abholen kann. Ist ein Bereitstellbehälter hingegen leer, wird dieser vom Kommissionierer aus der Bereitstell-
99
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
front entnommen und auf eine Förderstrecke gelegt, damit er abtransportiert werden kann. Im Modell wird gleichzeitig mit der Entnahme des Leerbehälters ein
Nachschubauftrag generiert. Hat der Kommissionierer alle benötigten Entnahmeeinheiten aus den Behältern in der Spalte entnommen und kann noch Entnahmeeinheiten aufnehmen und es sind noch nicht alle Auftragspositionen erledigt, wird vom
Standort dieser Spalte ausgehend die nächstliegende Kommissionierspalte ermittelt, in welcher benötigte Artikel bereitgestellt sind. Sind hingegen alle Positionen
erledigt oder ist die Aufnahmekapazität des Kommissionierers erreicht, bewegt sich
der Kommissionierer zurück zum Auftragsbehälter und gibt die entnommenen Artikel ab. Falls noch Positionen offen sind, wird die nächste Spalte, wiederum ausgehend vom Standort des Auftragsbehälters, ermittelt. Ist der Auftrag erledigt, quittiert
der Kommissionierer und der Auftragsbehälter kann auf der Förderstrecke weiterfahren. Zur Veranschaulichung wird die in Plant Simulation modellierte Kommissionierzone in Abbildung 4-52 dargestellt.
Abbildung 4-52: Implementierung einer Kommissionierzone
Der Steuerungsmechanismus des Kommissionierers erfolgt analog zum Bausteinelement der Kommissionierzone im Simulationsbaustein Zone-Picking.
4.6.4 Validierung
Die Validierung erfolgt analog zum Abschnitt 4.1.6. Nachfolgend wird ein ausgewähltes Ergebnis der Validierung dargestellt.
100
4 Entwicklung der Simulationsbausteine
Ermittlung der Soll-Werte
Für einen Beispielauftrag wurden die in Tabelle 4-20 dargestellten Werte für die
Kommissionierung in Zonen mit statischer und dynamischer Bereitstellung berechnet.
Tabelle 4-22:
Berechnete Soll-Werte für die Kommissionierung in Zonen mit statischer und
dynamischer Bereitstellung
Position
Greifzeit
Basiszeit
Wegzeit
1
6,660s
4,500s
2,720s
2
6,660s
4,500s
8,160s
3
4,140s
4,500s
7,280s
17,460s
13,500s
18,160s
Gesamt
Ermittlung der Ist-Werte
Für den selben Beispielauftrag werden die Ergebnisse der Simulation in Tabelle
4-21 dargestellt.
Tabelle 4-23:
Simulationsergebnis für die Kommissionierung in Zonen mit statischer und
dynamischer Bereitstellung
BAPositionId
(integer)
Greifzeit
(time)
Basiszeit
(time)
Wegzeit
(time)
iRessourceId
(integer)
1
6.660
4.500
2.720
1
2
6.660
4.500
8.160
1
3
4.140
4.500
7.280
1
Soll-Ist-Vergleich
Die durch die Simulation ermittelten Zeiten stimmen mit den berechneten Werten
überein. Daraus lässt sich die Korrektheit der Ergebnisse aus dem Simulationsbaustein der Kommissionierung in Zonen mit statischer und dynamischer Bereitstellung folgern.
101
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als
Datengrundlage
Kommissioniersysteme werden im Betrieb von Lagerverwaltungssystemen (LVS)
bzw. Warehouse-Management-Systemen (WMS) [ten Hompel 2007c; ten Hompel
2007e] mit Informationen versorgt und gesteuert. Um die in der Simulation abgebildeten Kommissioniersysteme mit realitätsnahen Daten zu untersuchen, müssen
einige Funktionen eines WMS nachgebildet werden. Jeder Simulationsbaustein
benötigt Informationen über die zu lagernden Artikel und den jeweiligen Lagerort.
Damit die Kommissionierung simuliert werden kann, werden darüber hinaus Kommissionierauftragslisten benötigt. Diese werden aus der Anpassung der Informationen aus den Kundenaufträgen auf das jeweilige Kommissioniersystem bestimmt. Je
nach Gestaltung des Kommissioniersystems sehen die benötigten Kommissionieraufträge trotz gleicher Kundenaufträge anders aus. Ein WMS benötigt für diese
Umwandlung Informationen über die Ablauforganisation des Kommissioniersystems
und die Lagerorte der Artikel.
Für die simulationsgestützte Planung muss in einem ersten Schritt die Datengrundlage bestehend aus Sortiment und Kundenaufträgen definiert werden. Diese
Daten werden im Weiteren als modellunabhängige Daten bezeichnet, da diese per
se keinen direkten Bezug zu einem Kommissioniersystem haben. Durch die Definition von Zukunftsprognosen können Szenarien angelegt werden, so dass die Sortimentsdaten und die Kundenaufträge von einem Ist-Zeitpunkt auf Zeitpunkte in der
Zukunft hochgerechnet werden können (vgl. Abschnitt 5.1).
Danach müssen die Planungsvarianten der Kommissioniersysteme im WMS beschrieben werden. Dies erfolgt nach einer entwickelten Modellierungssystematik,
die eine schnelle Abbildung von Varianten im Rechnermodell ermöglicht (vgl. Abschnitt 5.2).
Nach der Definition aller relevanten Daten wird in Abschnitt 5.3 aufgezeigt, wie die
Umwandlung und Optimierung der modellunabhängigen zu modellabhängigen Daten erreicht wird.
Alle softwaregestützten Planungsschritte, die zur Erreichung der Datengrundlage
benötigt werden, werden in einer Windows-Applikation mit dem Namen PlanKom
zusammengefasst und sind mit der Programmiersprache C# in der .NET Entwicklungsumgebung als Module umgesetzt. Auf Grund des objektorientierten und mo-
103
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
dularen Aufbaus ist es möglich bei Bedarf zukünftig neue Datenfunktionen zu integrieren bzw. bestehende durch angepasste Module zu ersetzen. Das Datenbankschema zur modellierten Datenbank, in der die Speicherung aller Planungsdaten
zentral erfolgt, befindet sich im Anhang.
5.1 Definition der modellunabhängigen Daten
Als modellunabhängige Daten werden alle Planungsdaten bezeichnet, welche für
die Simulation benötigt werden, aber noch von der Planungsvariante unabhängig
sind. Eine Planungsvariante umfasst ein mögliches Kommissioniersystem und wird
im Weiteren synonym als Modell bezeichnet.
Zu Beginn eines Planungsprojekts müssen aktuelle Daten übernommen werden
können. Hierzu ist eine Übernahmefunktion für Auftrags- und Artikeldaten, die in
Abschnitt 5.1.1 beschrieben wird, zu integrieren.
Da die Artikelstammdaten in Unternehmen häufig nicht vollständig gepflegt werden,
müssen für die Planung bestehende Datenlücken geschlossen werden können.
Auch kann es vorkommen, dass für die Planung manche oder sogar die gesamten
Daten nur über Verteilungsfunktionen beschrieben werden können, da keine Vergangenheitsdaten vorliegen. Um diese Funktionen in der Planungsumgebung zu
unterstützen, wird nicht direkt mit importierten Vergangenheitsdaten weitergearbeitet. Vielmehr werden diese als Grundlage für die Generierung fiktiver realitätsbezogener Artikel- und Auftragsdaten verwendet. Die Definition der Artikel- bzw. Auftragsdaten wird in Abschnitt 5.1.2 bzw. in Abschnitt 5.1.3 vorgenommen.
Die Anforderungen an Kommissioniersysteme ändern sich über die Zeit und lassen
sich nur schwer prognostizieren. Um die Zukunftsfähigkeit eines Kommissioniersystems bewerten zu können, müssen bei einer Planung unterschiedliche Szenarien berücksichtigt werden, welche die Systemauswahl beeinflussen. Auf die Definition von Szenarien wird in Abschnitt 5.1.4 eingegangen.
Im Anschluss an die Definition der Datengrundlage kann diese erzeugt werden.
Zunächst wird in Abschnitt 5.1.5 die Erzeugung der Sortimente aufgezeigt. Anschließend wird die Generierung von Kundenaufträgen in Abschnitt 5.1.6 beschrieben.
104
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
Um ein Sortiment für die Kommissionierung in verschiedene Bereiche aufteilen zu
können, müssen zunächst Artikelgruppen nach bestimmten Eigenschaften gebildet
werden. Der Prozess der Gruppierung wird in Abschnitt 5.1.7 aufgezeigt.
5.1.1 Übernahme realer Artikel- und Auftragsdaten aus der Vergangenheit
Sollen für den Planungsprozess reale Daten aus der Vergangenheit vollständig
oder teilweise genutzt werden, so sorgt das Modul Datenimport für die Übernahme
dieser Daten in die Datenbank der simulationsgestützten Planungsumgebung. Daten sind in diesem Fall die beschreibenden Eigenschaften von Artikeln und Kundenaufträgen.
Eingangsdaten
Die notwendigen Eingangsdaten für den Import von Artikel- und Kundenauftragsdaten sind die:
Datenbank mit den Realdaten sowie die
Zuordnung von Tabellenspalten (der zu importierenden Datenbank) zu den
festgelegten Namensbezeichnungen (der Artikel- und Kundenauftragseigenschaften) in der Planungsumgebung (vgl. Abbildung 5-1 und Abbildung 5-2).
Abbildung 5-1: Spaltenabgleich
Artikeldaten
Abbildung 5-2: Spaltenabgleich Kundenauftragsdaten
105
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
Prozess
Zunächst werden die zugeordneten Artikelinformationen in den Datenbestand der
Planungsumgebung übertragen. Eine mehrfach auftretende Artikelld bzw. Artikelnummer wird nur einmal in den Datenbestand für das Sortiment übernommen. Dies
kann vorkommen, wenn die Artikelinformationen einer Kundenauftragsliste an Stelle einer separat geführten Artikelstammdatenliste entnommen werden sollen.
Im zweiten Schritt werden die Kundenauftragsinformationen übernommen. Eine
mehrfach auftretende KundenauftragsId bedeutet hierbei, dass der Auftrag aus
mehreren Positionen besteht. Für jede KundenauftragsId wird ein Kundenauftrag im
Datenbestand der Planungsumgebung angelegt und für jede Position eine Mengenbeziehung zum enthaltenen Artikel eingetragen. In der Datenbank besteht hierfür eine n:m-Beziehung.
Ergebnis
Nach erfolgreicher Ausführung des Datenimports stehen die übernommenen Artikel
und Kundenaufträge als Datensätze der Tabellen OriginalArtikel, OriginalKundenauftrag und OriginalKAPosition (vgl. Abbildung 5-3) für andere Module zur Verfügung.
Abbildung 5-3: Ausschnitt DB-Schema für die Speicherung importierter Daten
5.1.2 Definition von Sortimentsdaten
Für das Modul Artikelgenerator sind zunächst Festlegungen bzw. Eingaben des
Planers erforderlich. Dabei hat der Planer die Möglichkeit über die Anzahl der ein-
106
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
gegebenen Artikelklassen seinen Detaillierungsgrad der Sortimentsdefinition selbst
zu wählen. Soll z.B. ein Sortiment über zwei Gruppen definiert werden, sind zwei
Artikelklassen erforderlich. Für den weiteren Ablauf zur Erzeugung der Datengrundlage muss in jedem Fall mindestens eine Artikelklasse definiert werden. Die Definition einer solchen Klasse enthält die umfassende Artikelanzahl, Verteilungsfunktionen für die wesentlichen Artikeleigenschaften sowie evtl. benötigte Zusatzinformationen über deren Produktgruppenbezeichnung und Füllmenge je Entnahmeeinheit
(vgl. Abbildung 5-4).
Abbildung 5-4: Vorgehensweise bei der Definition einer Artikelklasse
Durch eine Verteilungsfunktion kann bei zur Verfügung stehenden Realdaten die
entsprechende Realverteilung ausgewählt werden (sortimentsübergreifend oder
produktgruppenspezifisch) oder eine der implementierten Standardverteilungen
(Exponentialverteilung, Erlangverteilung, Gleichverteilung, Normalverteilung). Die
zugehörige Benutzeroberfläche, über die auch die ausgewählten Verteilungsfunktionen visualisiert werden, wird in Abbildung 5-5 dargestellt.
107
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
Angelegte Anzahl Artikel bezogen auf t=0
Grafische Ansicht der eingestellten Verteilungen
Jede Zeile stellt eine Artikelklasse dar
Eingaben beziehen sich immer auf die markierte Artikelklasse
Abbildung 5-5: Benutzeroberfläche für die Definition des zu betrachtenden Sortiments
Nach Fertigstellung werden die definierten Artikelklassen in der Datenbanktabelle
Artikelverteilung als Datensätze gespeichert und stehen den Submodulen für die
Artikelgenerierung zur Verfügung.
5.1.3 Definition von Kundenauftragsdaten
Für das Modul Kundenauftragsgenerator sind ähnlich wie für das Modul Artikelgenerator zunächst einige Festlegungen bzw. Eingaben des Planers erforderlich. Dabei hat der Planer die Möglichkeit über die Anzahl der eingegebenen Kundenauftragsklassen den Detaillierungsgrad der unter Umständen verschieden ausgeprägten Kundenauftragsanforderungen zu wählen. Können die Kundenaufträge z.B. in
zwei Kategorien Groß- und Kleinaufträge eingeordnet werden, so können zwei unterschiedliche Kundenauftragsklassen definiert werden. Ein weiterer Grund die Eingabe der Kundenauftragsanforderungen in mehrere Klassen zu unterteilen wäre
vorhanden, wenn ein Tagesprofil nachgebildet und in der Simulation berücksichtigt
werden soll. Unter Tagesprofil wird eine schwankende Ankunftsrate der Kundenaufträge verstanden. Können die Kundenauftragsanforderungen auf Basis von Realdaten definiert werden, so reicht in der Regel eine Kundenauftragsklasse aus, deren
108
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
Tagesprofil sich nach der Realverteilung richtet. Liegen aber keine Realdaten vor,
kann es erforderlich sein bestimmte Zeitabschnitte über den Tag verteilt separat zu
definieren. Beispielsweise eine Kundenauftragsklasse mit 500 Kundenaufträgen
zwischen 07:00 und 12:00 Uhr und eine Klasse mit 1000 Kundenaufträgen zwischen 12:00 und 16:00 Uhr. Für den weiteren Planungsverlauf muss in diesem Modul mindestens eine Kundenauftragsklasse angelegt werden. Die Definition einer
solchen Klasse enthält eine Bezeichnung über den Kundenauftragstyp, die Kundenauftragsanzahl an einem durchschnittlichen Tag (Normaltag) sowie an einem
Tag mit maximaler Auftragslast (Spitzentag) und eine Lieferterminvorgabe. Darüber
hinaus müssen in dieser Definition die Verteilungsfunktionen für die Positionen je
Auftrag, die Menge je Position und die Auftragseingangsverteilung (das bereits angesprochene Tagesprofil) mit Start- und Endzeit (für den frühesten und spätesten
Bestellzeitpunkt) festgelegt werden (vgl. Abbildung 5-6).
Abbildung 5-6: Vorgehensweise bei der Definition einer Kundenauftragsklasse
Nach Fertigstellung werden die definierten Kundenauftragsklassen in der Datenbanktabelle Kundenauftragsverteilung als Datensätze gespeichert und stehen den
Submodulen für die Artikelgenerierung zur Verfügung. Für die einfache und übersichtliche Eingabe mit visueller Darstellung der entsprechend eingestellten Verteilungsfunktionen steht die in Abbildung 5-7 dargestellte Benutzeroberfläche zur Verfügung.
109
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
Grafische Ansicht der eingestellten Verteilungen
Jede Zeile stellt eine Kundenauftragsklasse dar
Eingaben beziehen sich immer auf die markierte Kundenauftragsklasse
Abbildung 5-7: Benutzeroberfläche für die Definition der Kundenauftragslisten
5.1.4 Definition von Szenarien
Über das Modul Systemlastszenario werden zukünftige Veränderungen in der Artikel- und Auftragsstruktur berücksichtigt. Für jedes Jahr im Planungshorizont können bis zu drei Prognosen eingegeben werden. Dabei wird die optimistische, neutrale und pessimistische Entwicklung unterschieden.
Dadurch lassen sich Sensitivitätsanalysen durchführen und die Zukunftsfähigkeit
der Kommissioniersysteme untersuchen.
Eingangsdaten
Die Eingangsdaten für dieses Modul werden vom Planer über eine Benutzeroberfläche (vgl. Abbildung 5-8) eingegeben. Dabei kann für jede der definierten Artikelund Kundenauftragseigenschaften eine prozentuale Veränderung gegenüber der
Vorperiode eingetragen werden. Es besteht die Möglichkeit stetige Veränderungen
einzugeben, die jedes Jahr in gleicher Höhe auftreten, aber auch einmalige Veränderungen, die nur in einer bestimmten Periode auftreten. Eine häufig auftretende
110
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
Verschiedene Entwicklungsarten
Grafische Darstellung der Entwicklungen des markierten Werts
Aktuell betrachtetes Systemlastszenario
Einmalige (unstetige) Veränderungen
Stetige Veränderungen
einmalige Veränderung ist z.B. eine Steigerung der auf Lager gehaltenen Artikel auf
Grund einer geplanten Fusion mit einem Unternehmen oder Übernahme eines
Konkurrenten zu einem bestimmten Termin.
Abbildung 5-8: Entwicklungen der Kundenauftragseigenschaften
Um einen besseren Überblick über die eingegebenen prozentualen Veränderungen
zu gewinnen, können diese in einem Diagramm angezeigt werden.
Prozess
Bei der Speicherung des Systemlastszenarios werden die eingegeben Veränderungen in den Datenbestand der Planungsumgebung übernommen. Dabei wird für
jede eingegebene Entwicklung ein Datensatz in der Datenbanktabelle StetigePrognose und für jede Periode jeder Entwicklung ein Datensatz in der Datenbanktabelle
EinmaligePrognose angelegt. Die enthaltenen prozentualen Veränderungen einer
Periode beziehen sich immer auf die Vorperiode und sind damit relative Veränderungen.
Aus diesen angelegten Datensätzen setzt sich die Datenbanktabelle GesamtPrognose zusammen. Hierbei wird für jede Periode jeder Entwicklung ein neuer Datensatz generiert, in dem die prozentualen Veränderungen bezogen auf die Aus-
111
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
gangsperiode mit t=0 über die relativen stetigen und einmaligen Veränderungen
berechnet werden.
Ergebnis
Ergebnis des Moduls Systemlastszenario sind die Datensätze in den Datenbanktabellen Systemlastszenario, StetigePrognose, EinmaligePrognose und GesamtPrognose (siehe Abbildung 5-9). Die Datensätze beschreiben die prognostizierten
bzw. zu betrachtenden Veränderungen der Artikel- und Kundenauftragsstruktur.
Abbildung 5-9: Ausschnitt DB-Schema für das Systemlastszenario
5.1.5 Erzeugung der Sortimente
Durch die Definition der Szenarien sind die zu untersuchenden Zeitpunkte festgelegt. Für jeden Zeitpunkt wird ein Sortiment benötigt, das um mögliche Veränderungen angepasst ist. Die Generierung erfolgt in zwei Schritten. Zunächst wird im ersten Schritt eine Basismenge an Artikeln erzeugt. Diese Basismenge enthält so viele
112
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
Artikel wie maximal in der Periode, in der das Sortiment nach prognostizierten Daten am größten ist, benötigt werden. Diese Basisartikel werden als ArtikelUnveränderlich bezeichnet. Bei der Generierung wird die prognostizierte Entwicklung der
Artikeleigenschaften noch nicht berücksichtigt.
In einem zweiten Schritt werden dann die generierten Artikel aus der Datenbanktabelle ArtikelUnveränderlich den einzelnen Perioden zugewiesen und deren Eigenschaften auf die entsprechende Zukunftsentwicklung angepasst (vgl. Abschnitt
5.1.4).
Nach erfolgreichem Durchlauf steht für jede zu betrachtende Periode entsprechend
ihrer prognostizierten Entwicklung ein vollständiges Sortiment zur Verfügung.
Submodul ArtikelUnveränderlich
In diesem Submodul wird die über den gesamten Planungshorizont benötigte Anzahl an Artikeln ohne Hochrechnung der Artikeleigenschaften generiert.
Eingangsdaten
Eingangsdaten dieses Moduls sind zum einen die definierten Artikelklassen, die
zuvor in der Datenbanktabelle Artikelverteilung gespeichert wurden und zum anderen, falls vorhanden, die importierten Vergangenheitsdaten aus der Datenbanktabelle OriginalArtikel.
Prozess
Da je nach Eingabe mehrere Artikelklassen definiert wurden, muss der in Abbildung
5-10 dargestellte Generierungsablauf für jede Artikelklasse durchgeführt werden.
Zunächst wird die über den gesamten Planungshorizont maximal benötigte Artikelanzahl über die prognostizierten Entwicklungen ermittelt. Für jeden zu erzeugenden
Artikel werden die Artikeleigenschaften über die in der Artikelklasse festgelegten
Verteilungsfunktionen ermittelt.
113
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
Abbildung 5-10: Ablauf bei der Generierung der unveränderlichen Artikel
Ergebnis
Nach erfolgreichem Durchlauf des in Abbildung 5-10 beschriebenen Prozesses
stehen in der Datenbanktabelle ArtikelUnveraenderlich sämtliche während des Planungshorizonts benötigten Artikel. Die Artikeleigenschaften sind noch auf die Startperiode bezogen.
114
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
Submodul ArtikelVeränderlichPeriode
Im Submodul ArtikelVeränderlichPeriode werden die Sortimente für jede Periode
einer jeden Entwicklungsart erzeugt. Dabei werden die im vorangegangenem Submodul generierten Artikel den jeweiligen Perioden zugeordnet und deren Artikeleigenschaften je nach prognostizierter Entwicklung entsprechend verändert.
Eingangsdaten
Die Eingangsdaten für dieses Submodul sind die zum Projekt gehörenden Datensätze der Datenbanktabelle ArtikelUnveraenderlich und GesamtPrognose, die die
Informationen über die prozentualen Veränderungen der Artikeleigenschaften beinhalten.
Prozess
Die Datenverarbeitung in diesem Submodul orientiert sich an dem Ablaufdiagramm
in Abbildung 5-11.
Abbildung 5-11: Ablauf bei der Erzeugung der Sortimente für jede zu untersuchende Periode
115
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
Zunächst wird das aktuelle Sortiment für die Startperiode festgelegt, in dem die benötigte Anzahl an Artikeln aus der zuvor generierten Artikelmenge abgerufen und
mit der Startperiode verknüpft abgespeichert wird. Nachfolgend wird ausgehend
von dem Sortiment der Startperiode jede Entwicklungsart separat abgearbeitet.
Hierzu wird zunächst das Sortiment der Vorperiode in eine temporäre Liste geladen. Wächst ein Sortiment in der Artikelanzahl, so werden weitere Artikel aus der
Basismenge der ArtikelUnveränderlich, die noch nicht in der Vorperiode enthalten
waren, ermittelt. Schrumpft ein Sortiment hingegen von der einen Periode zur
nächsten, so wird dieses um die entsprechende Artikelanzahl reduziert. Das Ausscheiden ist dabei für jeden Artikel gleich wahrscheinlich. Das so ergänzte bzw.
reduzierte Sortiment der Vorperiode kann danach für die momentan aktive Periode
gespeichert werden.
Ergebnis
Ergebnis sind Sortimente für jede Periode jeder Entwicklungsart, welche in der Datenbanktabelle ArtikelVeraenderlichPeriode mit Verknüpfung auf die Datenbanktabelle GesamtPrognose gespeichert sind.
5.1.6 Erzeugung der Kundenaufträge
Eingangsdaten
Eingangsdaten dieses Moduls sind zum einen die definierten Kundenauftragsklassen, die zuvor in der Datenbanktabelle Kundenauftragsverteilung gespeichert wurden und zum anderen, falls vorhanden, die importierten Vergangenheitsdaten aus
der Datenbanktabelle OriginalKundenauftrag, OriginalKAPosition und OriginalArtikel. Zusätzlich werden die Daten über die prognostizierte Entwicklung aus der Datenbanktabelle GesamtPrognose benötigt.
Prozess
Der in Abbildung 5-12 dargestellte Ablauf wird für jede Tagesform1 und deren benötigte Anzahl an Simulationsläufen durchlaufen. Mindestens wird der Prozess einmal
für den Normaltag und einmal für den Spitzentag ausgeführt; sollen z.B. drei Normaltage einer Periode einer Entwicklungsart simuliert werden, so werden auch drei
1
Bei der Tagesform werden Spitzentage und Normaltage unterschieden. An Spitzentagen müssen
viele Positionen bearbeitet werden (mehr als Durchschnitt plus Standardabweichung bei vorliegenden Originaldaten). An Normaltagen muss eine durchschnittliche Anzahl an Positionen kommissioniert werden.
116
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
Simulationsläufe benötigt und der dargestellte Prozess muss dreimal ausgeführt
werden.
Zunächst werden für die Generierung der Kundenaufträge die prognostizierten
Entwicklungsdaten aus der Datenbanktabelle GesamtPrognose benötigt. Die Datensätze wurden im Abschnitt 5.1.4 im Modul Systemlastszenario erzeugt und werden in eine temporäre Liste geladen. Jeder Datensatz stellt eine Periode einer bestimmten Entwicklungsart dar und der nachfolgende Ablauf muss für jeden einzelnen Datensatz wiederholt werden.
Zusätzlich werden die zum Planungsprojekt verknüpften Datensätze der Datenbanktabelle Kundenauftragsverteilung ausgelesen. Da je nach zuvor getätigter Eingabe mehrere Kundenauftragsklassen definiert sind, muss der nun folgende Ablauf
für jede einzelne Klasse durchlaufen werden.
Als nächstes wird das komplette bereits im Abschnitt 5.1.5 generierte Sortiment zu
dem aktuell betrachteten Datensatz GesamtPrognose als Häufigkeitstabelle geladen. Dabei stellt die ArtikelId das Merkmal und die Zugriffshäufigkeit dessen Ausprägung dar.
Die Kundenauftragsliste, die nachfolgend generiert wird, ist genau für einen Simulationslauf gedacht. Entsprechend wird ein neuer Datensatz in der Datenbanktabelle
Simulationslauf angelegt und mit der aktuell betrachteten GesamtPrognose verbunden. Die Anzahl der benötigten Kundenaufträge für diese Kundenauftragsliste
wird dem aktuell betrachteten Datensatz GesamtPrognose entsprechend der Tagesform entnommen.
Soll sich die Auftragseingangsverteilung nach der Originalverteilung richten, d.h.
nach den Bestellzeitpunkten wie sie in den importieren realen Kundenauftragsdaten
vorliegen, so wird eine weitere Häufigkeitstabelle erzeugt, deren Merkmal die Bestellzeitpunkte in den importierten Originaldaten und deren Ausprägung die Anzahl
der Vorkommnisse ist. Nach welcher Verteilung sich die Generierung richten soll,
ist in dem bereits gelesenen Datensatz der Kundenauftragsverteilung verankert.
117
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
Zum aktuellen Systemlastszenario verknüpfte Datensätze aus Datenbanktabelle ‚GesamtPrognose’
auslesen und ersten Datensatz betrachten
START
Zum aktuellen Planungsprojekt verknüpfte Datensätze aus Datenbanktabelle ‚Kundenauftragsverteilung’
auslesen und ersten bzw. nächsten Datensatz betrachten
Alle Artikel zum betrachteten Datensatz ‚GesamtPrognose’ mit den Zugriffshäufigkeiten in eine
temporäre Häufigkeitstabelle laden
Einen Simulationslauf anlegen und mit betrachteten Datensatz ‚GesamtPrognose’ verknüpfen
Zu generierende Kundenauftragsanzahl für entsprechende Periode und Tagesform ermitteln
Auftragseingangsverteilung
nach Originalverteilung?
ja
nein
Bestellzeitpunkte aus importierten
Originaldaten auslesen und als
Häufigkeitstabelle temporär laden
Sollen Aufträge zu
Tagesbeginn
bekannt sein?
ja
nein
Bestellzeitpunkt auf
00:00:00 Uhr setzen
Zwischenankunftszeit für
aktuelles Zeitfenster ermitteln
Fülle ein Array mit Größe=Auftragsanzahl mit der Positionsanzahl pro Kundenauftrag über die Funktion
ermittleWertZuVerteilung und rechne die durchschnittliche Positionsanzahl mit
Ermittle auf Basis der gewünschten Genauigkeit der Kennzahl Positionen/Kundenauftrag eine untere
sowie obere Grenze
Liegt die durchschnittliche
Positionsanzahl innerhalb der
definierten Grenzen?
ja
ja
Ermittle einen Bestellzeitpunkt aus
zuvor geladener Häufigkeitstabelle bzw.
über die Zwischenankunftszeit und
erzeuge einen Datensatz in der
Datenbanktabelle ‚Kundenauftrag’
nein
Tausche einen beliebigen
Wert durch einen neuen
ja
Lese und entferne den obersten Wert aus dem Array mit den Positionsanzahlen und ermittle aus der
temp. Artikelhäufigkeitstabelle entsprechend viele unterschiedliche Artikel und betrachte den ersten
Menge/Position
entsprechend der
Originalverteilung ?
ja
Lade die Häufigkeitstabelle Menge/Position
zum aktuellen Artikel aus den Originaldaten
nein
ja
Schreibe einen Datensatz in die Datenbanktabelle ‚KAPosition’ mit Verknüpfung auf den
betrachteten Artikel, den zuletzt angelegten Kundenauftrag und der über die Funktion
ermittleWertZuVerteilung ermittelten Menge
Weiterer Artikel ermittelt?
ja
nein
Weiteren Kundenauftrag anlegen?
nein
Weitere Kundenauftragsverteilung?
nein
Weitere GesamtPrognose?
ENDE
nein
Abbildung 5-12: Ablauf bei der Erzeugung der Kundenaufträge für alle Perioden einer
Tagesform
118
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
Weitere Möglichkeiten für die Auftragseingangsverteilung wären zum einen, dass
die Kundenaufträge zu Tagesbeginn gänzlich bekannt sind. In diesem Fall wird der
Bestellzeitpunkt generell auf „00:00:00 Uhr“ gesetzt. Zum anderen, dass die Auftragseingangsverteilung zuvor klassifiziert eingegeben wurde. Dann existiert für
jede Kundenauftragsklasse ein eigener Datensatz in der Datenbanktabelle Kundenauftragsverteilung, d.h. für den aktuellen Schleifendurchlauf können alle Aufträge gleichmäßig auf die definierte Zeitspanne (Start- und Endzeitpunkt) verteilt werden. Für diesen Fall wird eine Zwischenankunftszeit berechnet und für die weitere
Kundenauftragsgenerierung zu Grunde gelegt.
Um ein hohes Maß an Übereinstimmung der Kennzahl Positionen je Kundenauftrag
mit der definierten zu erhalten, wird die Positionsanzahl bereits vorab für sämtliche
in diesem Durchgang zu generierenden Kundenaufträge ermittelt und in einem Array zwischengespeichert. Die Ermittlung erfolgt über die Funktion ermittleWertZuVerteilung, in der die Berechnungsformeln für die Exponential-, Normal- und
Gleichverteilung hinterlegt sind, sowie eine Funktion, die aus einer Häufigkeitstabelle Werte liefert. Über das Array kann somit bereits vorab die Kennzahl Positionen je
Kundenauftrag ermittelt und beeinflusst werden. Liegt die Kennzahl in einem vorgegebenen Genauigkeitsbereich kann mit dem nächsten Schritt fortgefahren werden, ist dies nicht der Fall, werden so lange zufällig Werte durch neue Werte ersetzt, bis die Kennzahl den Anforderungen genügt.
Darauf aufbauend erfolgt die Ermittlung eines Bestellzeitpunkts für den ersten bzw.
nächsten Kundenauftrag, dessen Positionsanzahl bereits durch den ersten bzw.
nächsten Arrayeintrag definiert ist. Der Bestellzeitpunkt wird entsprechend der zuvor geladenen Auftragseingangsverteilung bestimmt und ein Datensatz für den
neuen Kundenauftrag wird in der Datenbanktabelle Kundenauftrag angelegt und mit
dem zuvor erzeugten Datensatz für den Simulationslauf verknüpft. Abhängig von
der Positionsanzahl werden daraufhin Artikel aus der temporär geladenen Artikelhäufigkeitstabelle ermittelt. Jeder Artikel darf maximal einmal pro Kundenauftrag
ermittelt werden. Soll sich die Menge je Position an der Originalverteilung orientieren wird für jeden Artikel dessen Häufigkeitstabelle aus den Originaldaten geladen
und entsprechend ein Wert ermittelt. Wurde hingegen eine Standardverteilung definiert kann direkt über die Hilfsfunktion ermittleWertZuVerteilung ein Wert erzeugt
werden. Damit ist eine Position vollständig ermittelt und wird als Datensatz in der
Datenbanktabelle KAPosition gespeichert und mit dem entsprechenden Artikel und
Kundenauftrag verknüpft.
119
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
Ergebnis
Das Ergebnis dieses Moduls sind Kundenaufträge, die über ihre Verknüpfung zu
einem Simulationslauf zu Kundenauftragslisten zusammengefasst sind. Ein Simulationslauf bezieht sich immer auf einen Normal- oder Spitzentag einer Periode einer
prognostizierten Entwicklung. Für jeden Simulationslauf wird mit diesem Prozess
ein Datensatz in der Datenbanktabelle Simulationslauf erzeugt. Die Kundenaufträge
werden in den Datenbanktabellen Kundenauftrag und KAPosition gespeichert und
werden mit Datensätzen aus ArtikelVeraenderlichPeriode sowie Simulationslauf
verknüpft.
5.1.7 Bildung von Artikelgruppen
Im Modul der Artikelgruppenerzeugung werden aus den in Abschnitt 5.1.5 generierten Artikeln Artikelgruppen gebildet (vgl. auch [Wäscher 2004]). Die Artikelgruppen
können auf Basis folgender Kriterien gebildet werden:
Zugriffshäufigkeit
Umschlagshäufigkeit
Volumen
Gewicht
Produktgruppe (aus den Originaldaten bzw. je nach definierter Generierung)
Für jedes dieser Kriterien können beliebig viele Grenzen k1…kn eingegeben werden, bei denen eine Artikelgruppe enden bzw. eine neue anfangen soll (vgl. Abbildung 5-13).
Abbildung 5-13: Grenzen für ein Kriterium bei der Artikelgruppenbildung
Je nach Anzahl der gewünschten Artikelgruppenbildungskriterien n und Anzahl der
Grenzen k ergibt sich folgende Anzahl an Artikelgruppen:
120
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
4
V1/S6RT18WW64 X% 1
Y?
(Gl. 5.1)
In Abbildung 5-14 ist ein Beispiel für eine Artikelgruppenbildung nach den Kriterien
Zugriffshäufigkeit und Volumen mit jeweils zwei Grenzen dargestellt. Eine mögliche
Zuordnung zu den Bausteinen eines Modells wird über die Legende angedeutet.
Abbildung 5-14: Beispiel einer Artikelgruppenbildung und zugehöriger Bausteinzuweisung
Eingangsdaten
Eingangsdaten dieses Moduls sind die Datensätze der Artikel aus der Datenbanktabelle ArtikelVeraenderlichPeriode. Dazu werden noch die ausgewählten Artikelgruppenbildungskriterien mit den individuell definierten Grenzen benötigt. Die Eingabemaske für diese Grenzen ist in Abbildung 5-15 dargestellt.
121
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
Artikelgruppenbildungskriterien auswählen
x
Artikelgruppenbildung starten
x
Beliebig viele Grenzen für ausgewählte Kriterien eintragen
Abbildung 5-15: Eingabemaske für die Artikelgruppenbildungskriterien und Grenzen
Die Eingaben werden zusätzlich in der Datenbanktabelle Kriterium gespeichert und
der entsprechenden Artikelgruppe zugewiesen.
Prozess
Für die Artikelgruppenerzeugung wird für jede resultierende Artikelgruppe eine
SQL-Abfrage dynamisch mit den entsprechenden Grenzen als Schranken generiert. Über diese SQL-Abfragen werden anschließend genau die Artikel mit den entsprechenden Eigenschaften ausgelesen. Diese Artikel werden einer zuvor angelegten Artikelgruppe zugeordnet und die Zuordnung in der Datenbank gespeichert.
Ergebnis
Als Ergebnis dieses Moduls sind alle gewünschten Artikelgruppen angelegt und
Datensätze der Datenbanktabelle ArtikelVeraenderlichPeriode einem Datensatz
aus Artikelgruppe zugeordnet.
5.2 Abbildung der Planungsvarianten
Bevor die modellunabhängigen Daten für die verschiedenen Planungsvarianten
aufbereitet werden können, müssen diese dem Datenmodell bekannt gemacht werden. Für die Modellierung der Kommissioniersysteme wird eine Beschreibungssprache definiert, mit deren Hilfe Modelle bzw. Kommissioniersysteme als Rechnermodell gespeichert werden können. Häufig müssen Kommissioniersysteme mit
sehr heterogenen Artikeln, d.h. mit unterschiedlichen Eigenschaften bzgl. Sperrig-
122
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
keit, Abmessungen und Gewicht, umgehen können. Um dies zu bewerkstelligen,
werden innerhalb eines Kommissioniersystems mehrere Bereiche gebildet, die unterschiedliche Kommissioniertechniken anwenden. Jedes Modell muss deshalb aus
mehreren Bereichen modelliert werden können, die seriell oder parallel miteinander
gekoppelt werden. Mit der Anordnung der Bereiche wird das Organisationssystem
festgelegt. Das Materialflusssystem innerhalb eines Bereichs wird durch die Einbettung eines Simulationsbausteins definiert, welcher die anzuwendende Kommissioniertechnik vorgibt. Die Modellierung, dass ein Modell aus 1-n Bereichen besteht
und jedem Bereich genau ein Simulationsbaustein zugeordnet wird, kann als strukturiertes Entity-Relationship-Modell (SERM) veranschaulicht werden (vgl. Abbildung
5-16).
Abbildung 5-16: SERM für die Modellierung einer Planungsvariante
In Abbildung 5-17 wird die Planungsumgebung dargestellt, mit deren Hilfe eine
schnelle Modellierung durchgeführt werden kann.
Zunächst werden Bereiche angelegt, die per Drag & Drop1 platziert werden können.
Diese werden dann über Kanten nach dem gewünschten Organisationssystem verbunden. Des Weiteren muss für jeden Bereich einer der folgenden Typen festgelegt
werden:
Bereich der 1. Stufe
Bereich der 2. Stufe
Zusammenführungsbereich
Jedes Modell beginnt dem Fluss folgend von links nach rechts mit 1-n Bereichen
der 1. Stufe und endet mit 1-m Zusammenführungsbereichen, wobei m ≤ n ist.
Werden mehrere Zusammenführungsbereiche verwendet, ist nicht mehr sicherge-
1
Der Begriff Drag & Drop bedeutet im Sinnzusammenhang "anklicken, herüberziehen und anordnen durch Loslassen". Damit ist in dieser Arbeit die einfachste Art des Zusammensetzens von
Bausteinen zu einem Gesamtsystem gemeint.
123
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
stellt, dass ein Kundenauftrag genau einem Lieferauftrag entspricht. Werden in einem Kundenauftrag mehrere Artikel bestellt, die in verschiedenen Bereichen gelagert werden, müssen mehrere Lieferaufträge zu diesem Kundenauftrag angelegt
werden sofern nicht der gleiche Zusammenführungsbereich von beiden Bereichen
erreichbar ist.
Abbildung 5-17: Modellierungsumgebung für Planungsvarianten
Die Zuordnung von Simulationsbausteinen zu den modellierten Bereichen erfolgt
per Drag & Drop aus der Bausteinbibliothek. Die in Abschnitt 1 entwickelten Simulationsbausteine stehen in der Bausteinbibliothek vorkonfiguriert zur Verfügung, so
dass im Wesentlichen nur die Dimensionen des Kommissionierlagers und der Ladungsträger für die Bereitstelleinheiten festgelegt werden müssen. Im unteren Feld
der Modellierungsumgebung stehen alle Artikelgruppen, die mit Hilfe des Moduls
aus Abschnitt 5.1.7 gebildet werden können, für die Zuordnung bereit. Diese sind
ebenfalls per Drag & Drop den Bausteinen zuzuweisen und bestimmen maßgeblich
mit der definierten Reichweite die Größe des Kommissionierbereichs. Die Reichweite eines Kommissionierlagers gibt die Zeit an, bis der gesamte Lagerbestand
einmal umgeschlagen ist.
124
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
5.3 Erzeugung der modellabhängigen Daten
Nach dem Abbilden der Planungsvarianten müssen die modellunabhängigen Daten
zu modellabhängigen Daten umgewandelt werden.
Es sind Lagerspiegel1 für jeden Kommissionierbereich zu erstellen (vgl. Abschnitt
5.3.1), die erforderlichen Kommissionieraufträge aus den Kundenaufträgen zu erzeugen (vgl. Abschnitt 5.3.2) und zu optimieren. Für die Optimierung können Aufträge in Batch2es zu einer Menge zusammengenfasst werden (vgl. Abschnitt 5.3.3),
aus denen in einem zweiten Schritt Auftragsserien gebildet werden (vgl. Abschnitt
5.3.4). Die Auftragsreihenfolge wird in Abschnitt 5.3.5 ermittelt. Abschließend werden Zusammenführungsaufträge (vgl. Abschnitt 5.3.6) angelegt, welche in den Zusammenführungsbereichen benötigt werden.
5.3.1 Erzeugung der Lagerspiegel
Damit in der Simulation Wegezeiten ermittelt werden können, ist es erforderlich,
dass für jedes in Abschnitt 5.1.5 erzeugte Sortiment ein Lagerspiegel existiert. Dieser wird über das Modul Lagerspiegelerzeuger gebildet. Die eindeutige Identifizierung eines Lagerplatzes innerhalb eines Bausteins orientiert sich an der Nummerierung, die in Abbildung 5-18 dargestellt ist.
Jeder Baustein kann in mehrere Zonen, jede Zone in mehrere Gassen, jede Gasse
in mehrere Spalten und jede Spalte in mehrere Zeilen untergliedert werden. Die
entsprechenden Parameter werden im Schritt der Dimensionierung definiert und
können der Datenbank entnommen werden. Die Nummerierung beginnt generell
bei eins und endet bei der maximalen Anzahl.
Bei der Generierung des Lagerspiegels wird von einer Lagerplatzvergabe ausgegangen, bei der eine Schnellläuferkonzentration am Beginn der Gasse besteht
(ABC-verteilt) [Heskett 1963], so dass für die Artikel mit der höchsten Zugriffshäufigkeit auch die geringsten Wege entstehen (vgl. [Kallina 1976], [Malmborg 1996],
[Heskett 1964]). Zusätzlich wird auf Basis des Merkmals der Zugriffshäufigkeit versucht, die Zonen sowie Gassen möglichst gleichmäßig auszulasten. Dies wird sichergestellt, indem die Artikel nach Zugriffshäufigkeit absteigend sortiert im Zonen-
1
Unter einem Lagerspiegel ist die Zuordnung der Artikel zu Lagerplätzen zu verstehen.
2
Unter einem Batch ist ein Auftragsstapel zu verstehen.
125
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
durchlauf 1-n, n-1, 1-n, …, n-1 der Reihenfolge nach verteilt werden. Der Gassendurchlauf erfolgt nach gleichem Prinzip. Obwohl der Lagerspiegel idealisiert wird,
orientiert dieser sich dennoch an der Realität.
Kommissionierstufe 1
Baustein 3
Gasse 2
Gasse 1
Platznummer:
003 02 02 02 03
Gasse 2
Gasse 1
Zeile 5
Zeile 4
Zeile 3
Zeile 2
Zeile 1
Spalte 6
Spalte 4
Spalte 2
Zone 2
Spalte 5
Spalte 3
Spalte 1
Zone 1
Abbildung 5-18: Nummerierung der Dimensionierungsparameter in einem Baustein [ten
Hompel 2007d]
Eingangsdaten
Eingangsdaten dieses Moduls können ohne weitere Benutzerinteraktion aus den
Datenbanktabellen Baustein, Zone, ArtikelVeraenderlichPeriode und Artikelgruppe
sowie deren Verknüpfungstabellen gewonnen werden.
Aus Baustein wird eine Bausteinliste mit den Dimensionierungsparametern
SBL_AnzahlGassenJeZone, SBL_AnzahlSpaltenJeGasse und SBL_AnzahlZeilen
benötigt. Aus Zone wird die Zonenanzahl ermittelt. Über die verknüpften Datensätze der Artikelgruppe werden die einem Baustein zugewiesenen Datensätze aus
ArtikelVeraenderlichPeriode, für die ein Lagerspiegel erzeugt werden muss, ausgelesen.
126
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
Prozess
Die Idee bei der Erzeugung des Lagerspiegels liegt darin, die Lagerplätze in eine
nach kürzesten Wegen sortierte Reihenfolge zu bringen, die zusätzlich der zuvor
beschriebenen Gleichverteilung auf Zonen und Gassen Rechnung trägt. Es ergeben sich zwei Listen, eine mit den Lagerplätzen von gut nach schlecht und eine mit
den Artikeln von hoher nach geringer Zugriffshäufigkeit sortiert. Im letzten Schritt
müssen dann nur noch die jeweils obersten Listeneinträge unter der Berücksichtigung der notwendigen Lagerplatzanzahl für den entsprechenden Artikel miteinander verknüpft werden. Auch andere Lagerbelegungen, wie z.B. eine chaotische Lagerplatzvergabe, sind durch Resortierung der Artikelliste möglich.
Zunächst wurde eine Funktion naechsterLagerplatz umgesetzt, die gemäß der zuvor beschriebenen Liste die Lagerplätze von gut nach schlecht sortiert und einzeln
zurückliefert.
Bei Beginn der Erzeugung für einen Baustein wird diese Funktion mit den Startparametern Zone=0, Gasse=1, Zeile=1, Spalte=1, Zonen-Durchgangszähler=0, Gassen-Durchgangszähler=0 und Spaltenadditiv=0 initialisiert. Gemäß Abbildung 5-19
wird zunächst die Zone nach dem Prinzip 1…n, n…1, 1…n usw. durchlaufen und
entsprechend gesetzt. Immer wenn die Zone den maximalen Wert plus eins oder
null annimmt, wird auch der Wert für die Gasse neu ermittelt. Dies geschieht ebenfalls nach dem Prinzip 1…n, n…1, 1…n usw. Nur wenn der Gassenwert die Gassenanzahl plus eins oder null annimmt, wird in einem weiteren Schritt auch die Zeile verändert. Da die Zeilenhöhe in diesem Projekt keine Auswirkung auf die Kommissionierzeit hat, wird sie von eins bis Zeilenanzahl hoch gezählt. Ist eine Spalte
voll, also die Zeile auf dem Wert der Zeilenanzahl angekommen, so wird diese wieder auf eins zurückgesetzt und die Spalte weitergezählt. Beim Weiterzählen der
Spalte werden zwei Fälle beachtet. Besteht die Zone nur aus einer Regalzeile und
damit keiner echten Gasse, so wird in der Mitte begonnen und bei jeder Erhöhung
abwechselnd links und rechts ausgegeben. Um die entsprechende Spalte zu berechnen wird ein Spaltenadditiv ermittelt, das abwechselnd positiv und negativ ist
und in Summe mit dem vorangegangen Spaltenwert die neue Spalte ergibt. Im
zweiten Fall besteht die Zone aus mindestens einer Gasse und die Spalten werden
einfach von eins bis Spaltenanzahl hoch gezählt.
Ein mehrmaliger Durchlauf dieser Funktion führt bei Zonenanzahl=3, Gassenanzahl=2, Spaltenanzahl=30 und Zeilenanzahl=5 zu der in Tabelle 5-1 dargestellte
Reihenfolge der Lagerplätze:
127
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
Tabelle 5-1:
Reihenfolge der Lagerplatzvergabe
Zone
Gasse
Spalte
Zeile
1
1
1
1
2
1
1
1
3
1
1
1
3
2
1
1
2
2
1
1
1
2
1
1
1
2
1
2
2
2
1
2
usw.
Artikeln aus der Datenbank geladen werden kann, muss für jeden Artikel die beBevor die zweite Liste, die nach Zugriffshäufigkeit absteigend sortierte Liste mit den
nötigte Anzahl an Behältern im Kommissionierlager berechnet werden. Dies erfolgt über die Gl. 5.2:
(Z2S · [(
,(
(Gl. 5.2)
ö
-
ä
$ü %
\
"
!
(Z2S
[(
]
^
,(
%
$
(
`
-)
% \
[
%
ü
a
) \
%
-)
,ü
-
ä
'! %
b 1, … ]
b 1, … ^
Somit sind alle Vorarbeiten geleistet, um mit der Verknüpfung der anfangs erwähnten Listen zu beginnen. Generell muss dieser Prozess für jeden Baustein erfolgen,
so dass zunächst gemäß Ablaufdiagramm (in Abbildung 5-20) alle zum aktuell betrachteten Modell zugeordneten Bausteine samt der Dimensionierungsparameter
Zonenanzahl, Gassenanzahl je Zone, Spaltenanzahl je Gasse und Zeilenanzahl in
eine temporäre Liste geladen werden können.
128
Gasse ermitteln
Zeile ermitteln
Spalte ermitteln
Funktion naechsterLagerplatz
Zone ermitteln
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
Abbildung 5-19: Ablauf bei der Reihenfolge der Lagerplatzvergabe
129
Erzeugung der Lagerspiegel
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
Abbildung 5-20: Ablauf bei der Erzeugung der Lagerspiegel
Im Anschluss wird für den ersten bzw. nächsten Baustein die Liste mit den Artikeln
geladen. Diese wird wie bereits zuvor beschrieben nach der Zugriffshäufigkeit absteigend sortiert und beinhaltet die Attribute ArtikelId und AnzahlBehälterJeArtikel.
Für jeden dieser Artikel beginnend beim ersten Listeneintrag wird der Reihenfolge
nach durch die Funktion naechsterLagerplatz ein Lagerplatz ermittelt. Müssen für
einen Artikel mehrere Lagerplätze belegt werden, da dieser entsprechend der definierten Mindestreichweite mehrere Behälter im Kommissionierlager benötigt, so
werden die direkt angrenzenden Lagerplätze auf eine BlackList gesetzt. Die auf
dieser BlackList verzeichneten Lagerplätze dürfen nicht belegt werden. Aus diesem
Grund muss beim Aufruf der Funktion naechsterLagerplatz immer zuerst geprüft
130
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
werden, ob der zurückgegebene Lagerplatz verwendet werden darf oder nicht. So
lange Lagerplätze zurück geliefert werden, die auf der BlackList stehen, wird die
Funktion einfach wiederholt ausgeführt. Ist ein freier Lagerplatz gefunden, wird dieser in der Datenbanktabelle Kommissionierlagerort als Datensatz angelegt und direkt über die Zuordnungstabelle Lagerspiegel mit dem entsprechenden ArtikelVeraenderlichPeriode verknüpft.
Ergebnis
Das Ergebnis dieses Moduls ist die Lagerplatzzuordnung sämtlicher Artikel. Es
werden Datensätze in die Datenbanktabellen Kommissionierlagerort und Lagerspiegel getätigt. Für jeden einzelnen Baustein besteht für jede Periode damit ein
fester Lagerspiegel. Der Lagerspiegel kann sich nur von Periode zu Periode ändern, ist also für alle Simulationsläufe einer bestimmten Periode und Entwicklungsart fest.
5.3.2 Erzeugung der Kommissionieraufträge
Das Modul Behälterauftragserzeuger wird benötigt, um die noch modellunabhängigen Kundenaufträge, die für alle Modelle (Kommissioniersystemvarianten) eines
Planungsprojekts dieselben sind, auf modellspezifische Kommissionieraufträge
bzw. Behälteraufträge umzuwandeln. Wenn ein Modell nur aus einem Bereich besteht, ist die Umwandlung sehr einfach, da die Behälteraufträge im Wesentlichen
den Kundenaufträgen entsprechen. Es wird lediglich eine Gewichts- und Volumenprüfung vorgenommen, die bei Überschreitung der zulässigen Höchstwerte zu einer
Aufteilung des Kundenauftrags auf mehrere Behälteraufträge führt. Darüber hinaus
müssen auch bei Verzicht einer Gewichts- und Volumenbeschränkung des Kommissionierbehälters Behälteraufträge erzeugt werden, da die Kundenaufträge innerhalb eines Planungsprojekts nur einmal existieren und in den Aufträgen sowie
Auftragspositionen aus der Simulation ermittelte modellspezifische Zeitverbräuche
gespeichert werden sollen.
Begründet durch die zumeist heterogene Artikelstruktur besteht ein Kommissioniersystem in der Regel aus mehr als einem Bereich, was auch die Bildung von Teilaufträgen bei einstufigen Systemen und die Zusammenfassung von Artikeln bei zweistufigen Systemen voraussetzt. Behälteraufträge sollen Bereichsweise angelegt
werden und Informationen über den nachfolgenden Bereich und evtl. anschließendem Behälterauftrag des nächsten Bereiches beinhalten. Die Information, welcher
131
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
Vorgängerbehälterauftrag bereits ausgeführt sein muss bevor ein entsprechender
Nachfolgebehälterauftrag ausgeführt werden kann, ergibt sich implizit.
Die Idee für dieses Modul ist die Aufteilung der Kundenauftragspositionen über die
rückwärtsorientierte Topologie eines Modells unter Kenntnis der gelagerten Artikel
in den einzelnen Bausteinen der jeweiligen Bereiche. Bei der Umsetzung des Prozesses wurde von folgenden Einschränkungen ausgegangen:
am Ende jedes möglichen Materialflusses existiert immer ein Zusammenführungsbereich
jede Artikelgruppe (AG) ist genau einem Zusammenführungsbereich zugeordnet, einem Zusammenführungsbereich können mehrere Artikelgruppen
zugeordnet werden
jede Artikelgruppe ist einem Kommissionierbereich zugeordnet, einem
Kommissionierbereich können mehrere Artikelgruppen zugeordnet werden
die zugeordneten Artikelgruppen eines Zusammenführungsbereichs sind
den Vorgängerbereichen1 des jeweiligen Zusammenführungsbereichs zugeordnet
Eingangsdaten
Für den Prozess dieses Moduls werden die Datensätze der Datenbanktabelle Bereich, Baustein, Topologie, Artikelgruppe, Ladungsträger, Kundenauftrag und KAPosition sowie die Verknüpfungstabellen Artikelgruppe_Baustein und Artikelgruppe_ArtikelVeraenderlich benötigt. Die benötigten temporären Listen werden mit folgenden Attributen geladen:
Kundenauftragsliste (KAId, KAPositionId, ArtikelgruppeId, Volumen, Gewicht, Menge, Bestellzeitpunkt)
Zusammenführungsbereichsliste (BereichId)
Vorgängerbereichsliste (BereichId)
Artikelgruppenliste (ArtikelgruppenId)
Prozess
Der in Abbildung 5-21 dargestellte Ablauf für die Umwandlung der noch modellunabhängigen Kundenaufträge in modellspezifische Behälteraufträge bezieht sich
1
Als Vorgängerbereich wird in dieser Arbeit ein Kommissionierbereich bezeichnet, der sich in einer
Materialflussbeziehung vor einem anderen Kommissionierbereich bzw. Zusammenführungsbereich befindet.
132
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
auf ein Modell, d.h. wenn mehrere Modelle für ein Planungsprojekt simuliert werden
sollen, muss dieser Prozess für jedes Modell angewendet werden.
Abbildung 5-21: Ablauf bei der Umwandlung der Kundenaufträge in Behälteraufträge
Zunächst werden alle Zusammenführungsbereiche abgerufen. Damit sind die Bereiche gemeint, die mit keinem nachfolgenden Bereich verbunden sind. Über die
dem Zusammenführungsbereich zugewiesenen Artikelgruppen werden alle Kundenauftragspositionen in eine temporäre Liste geladen, welche Artikel aus diesen
Artikelgruppen beinhalten. Da alle diese Kundenauftragspositionen über genau die-
133
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
sen Zusammenführungsbereich abgewickelt werden sollen, wird für jede Position
temporär als NachfolgeBereich die Id des Zusammenführungsbereichs gesetzt.
Anschließend wird diese temporäre Liste abgearbeitet, beginnend bei den ersten
Vorgängerbereichen des Zusammenführungsbereichs bis zu den Vorgängerbereichen, die selbst keine Vorgänger mehr haben. Immer wenn eine Kundenauftragsposition einem Bereich zugeordnet werden kann, wird für diese eine Behälterauftragsposition angelegt und ein Behälterauftrag mit dem aktuell gesetztem temporären Attribut NachfolgeBereich als auch NachfolgeBehälterauftrag geschrieben. Bei
gleichbleibender KundenauftragId wird kein neuer Behälterauftrag angelegt, sondern die neue Behälterauftragsposition dem bereits angelegten Behälterauftrag zugewiesen. Für alle noch nicht zuweisbaren Kundenauftragspositionen eines Kundenauftrags von dem mindestens eine Kundenauftragsposition im betrachteten Bereich bedient werden konnte wird das temporäre Attribut NachfolgeBereich auf den
Bereich gesetzt und NachfolgeBehälterauftrag auf den Behälterauftrag der für die
bediente Kundenauftragsposition angelegt wurde.
Nach vollständigem Durchlauf aller Vorgängerbereiche bis zu den Wurzeln ist bei
korrekter Zuweisung der Artikelgruppen zu den Bereichen die komplette Kundenauftragsliste in Behälteraufträge umgewandelt.
Bei zweistufigen Systemen sind noch keine Behälteraufträge für die erste Stufe
entstanden. Diese können erst nach erfolgter Serienbildung gebildet werden und
werden im Modul der Serienbildung erläutert.
Ergebnis
Als Ergebnis dieses Moduls sind alle Kundenaufträge auf die verschiedenen Kommissionierbereiche verteilt und in Form von Behälteraufträgen in der Datenbank
abgespeichert.
5.3.3 Batchbildung für die Stapelverarbeitung
Das Modul Batchbildung ist erforderlich, um die Behälteraufträge in Optimierungsblöcke für die nachfolgende Serienbildung aufzuteilen. Generell werden zwei Möglichkeiten der Blockbildung abgedeckt. Zum einen eine Batchbildung nach einer
Anzahl an Behälteraufträgen und zum anderen nach einer definierten Zeitspanne.
Um Batches nach dem ersten Fall zu bilden, wird lediglich ein Zähler benötigt, der
nach Erreichen der gewünschten Anzahl an Behältereraufträgen die BatchId erhöht
und selbst wieder zurückgesetzt wird. Ist z.B. eine Anzahl von 20 definiert worden,
134
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
so werden die 20 Behälteraufträge mit frühestem Startzeitpunkt (welcher sich aus
dem Bestellzeitpunkt des Kundenauftrags implizit ergibt), die noch keine BatchId
zugewiesen bekommen haben, zu einem Batch zusammengefasst.
Im Fall einer Batchbildung nach Zeitspanne werden die Behälteraufträge auch in
der Reihenfolge ihres frühesten Startzeitpunkts nach der Strategie First Come First
Serve (FCFS) abgearbeitet. Die Anzahl der zusammengefassten Behälteraufträge
ist dabei jedoch variabel und erfolgt nach Zeitfenstern. Wird z.B. definiert, dass dieses Zeitfenster 1800 Sekunden (30 Minuten) groß sein soll, so erhalten alle Behälteraufträge, deren Bestellzeitpunkt innerhalb einer halben Stunde liegt, die gleiche
BatchId.
Die gebildeten Batches werden für die Bildung von Serien im Modul Serienbildung
als Optimierungsblöcke verwendet.
Eingangsdaten
Für die Batchbildung werden Informationen zur Einteilung der Batches und die nach
Simulationsläufen sortierten Behälteraufträge benötigt. Die erforderlichen Datensätze sind in den folgenden Datenbanktabellen abgelegt:
Modell (Batchgroesse, Batchtyp)
Simulationslauf (SimulationslaufId)
Behälterauftrag (BehälterauftragId, fruehesterStartzeitpunkt)
Prozess
Die Bildung der Batches erfolgt immer für das aktuell in der Planungsumgebung
ausgewählte Modell und richtet sich nach dem in Abbildung 5-22 dargestelltem Ablaufdiagramm.
Bevor der Prozess startet werden die Werte für die benötigten Variablen Zeitgrenze
(Startwert 00:00:00 Uhr), Zeitadditiv (Startwert abhängig von Batchgröße) und BAZähler (Startwert 1) initialisiert. Das Zeitadditiv ist ein konstanter Wert, der die Größe des Zeitfensters bei der Batchbildung nach Zeit annimmt und auf die Zeitgrenze
addiert wird, wenn ein neues Batch gebildet wird.
Zunächst werden die Simulationsläufe in eine temporäre Liste geladen, um diese
nacheinander abzuarbeiten. Für den aktuell betrachteten Simulationslauf werden
sämtliche Behälteraufträge in eine weitere temporäre Liste geladen und entsprechend ihres frühesten Startzeitpunkts, der sich aus dem Bestellzeitpunkt des Kun-
135
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
denauftrags ergibt, aufsteigend sortiert. Diese Liste wird dann der Reihe nach abgearbeitet.
Abbildung 5-22: Ablauf bei der Batchbildung
Soll die Batchbildung nach Zeitfenstern erfolgen, so wird für jeden Behälterauftrag
geprüft, ob der früheste Startzeitpunkt noch vor der aktuellen Zeitgrenze liegt. Ist
dies der Fall, so kann dem Behälterauftrag die aktuelle BatchId zugeordnet und mit
dem nächsten Behälterauftrag fortgefahren werden. Liegt der früheste Startzeitpunkt bereits nach der aktuellen Zeitgrenze wird ein neues Batch begonnen. Dies
erfolgt durch Inkrementierung der BatchId um eins und einer Erhöhung der Zeitgrenze. Die Erhöhung erfolgt durch ein Zeitadditiv, das so lange hinzugerechnet
136
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
wird, bis der früheste Startzeitpunkt des nächsten Behälterauftrags wieder vor der
Zeitgrenze liegt. Durch eine Sortierung der Behälteraufträge nach frühesten Startzeitpunkten können keine Behälteraufträge folgen, die in einem früheren Zeitfenster
liegen. Der früheste Startzeitpunkt wird jeweils mit der aktuellen Zeitgrenze aktualisiert.
Für eine Batchbildung nach Anzahl erfolgt für jeden Behälterauftrag eine Inkrementierung der Variable BAZähler um eins. Ist die Variable kleiner oder gleich der zulässigen Batchgröße, kann dem Behälterauftrag die aktuelle BatchId zugewiesen
werden. Ansonsten wird ein neues Batch begonnen und die Variable BAZähler auf
1 zurückgesetzt.
Ist die temporäre Liste der Behälteraufträge abgearbeitet wird bei noch vorhandenen weiteren Simulationsläufen mit dem Nächsten fortgefahren.
Ergebnis
Nach Ausführung dieses Moduls ist jeder Behälterauftrag einem Batch zugewiesen.
5.3.4 Bildung von Auftragsserien
Bei der Serienbildung wird eine bestimmte Anzahl an Behälteraufträgen zusammengefasst, die ein Kommissionierer gleichzeitig bearbeiten soll. Als Beispiel kann
hier ein Kommissionierwagen angesehen werden, auf dem 6 Behälter Platz finden.
Dementsprechend könnte der Kommissionierer bis zu 6 Behälter gleichzeitig bearbeiten. Die Zusammensetzung der Serie soll einen möglichst kleinen Weg zu den
Bereitstelleinheiten erfordern. Demnach würde die optimale Zusammensetzung
einer Serie mit 6 Behältern genau einen Artikel mit der Stückzahl 6 oder mehr erfordern. Dies ist nur im seltensten Fall möglich, da zum einen die Optimierungsmöglichkeit von dem Zeitpunkt des Auftragseingangs abhängt und zum anderen
eine große Breite des Artikelsortiments zu den unterschiedlichsten Aufträgen führt.
Um dennoch eine möglichst gute Zusammensetzung solcher Serien zu erhalten,
können diese nach verschiedenen Zielkriterien optimiert werden. Mögliche Zielkriterien sortiert nach ihrer möglichen Zeitersparnis sind
Anzahl gleicher Artikel,
Anzahl gleicher Spalten,
Anzahl gleicher Gassen,
Anzahl gleicher Zonen,
Anzahl gleicher Bausteine.
137
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
Für die Serienbildung wird nachfolgend ein Zielkriterienalgorithmus dargestellt, welcher Serien zusammenstellt. Eine Serie kann nur Behälteraufträge des gleichen
Batches beinhalten.
Eingangsdaten
Eingangsdaten dieses Moduls sind die Datensätze aus den Datenbanktabellen Simulationslauf, Behälterauftrag und Bereich.
Modul Serienbildung
Prozess
Der Prozess der Serienbildung erfolgt nach dem Ablaufdiagramm in Abbildung 5-23
und muss zunächst die Behälterauftragslisten nach Simulationsläufen, Bereichen
und Batches, welche die Optimierungsblöcke bilden, trennen.
Abbildung 5-23: Ablauf bei der Serienbildung
138
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
Dazu werden alle Simulationsläufe zu dem ausgewählten Systemlastszenario geladen und nacheinander betrachtet. Zu einem Simulationslauf werden die Bereiche
zu dem ausgewählten Modell durchlaufen und für einen Bereich die verschiedenen
BatchIds in eine temporäre Liste geladen. Somit können die Optimierungsblöcke
nun der Reihe nach abgearbeitet werden.
Wird in dem entsprechenden Bereich die Seriengröße gleich eins gefordert, so wird
für jeden Behälterauftrag genau eine Serie angelegt mit der dieser dann verknüpft
wird.
Bei Auftragsserien mit der Seriengröße größer eins wird zunächst eine Startkonfiguration für eine Serie gebildet. Diese besteht aus so vielen Behälteraufträgen wie
die Seriengröße groß ist. Es werden nur Behälteraufträge berücksichtigt, welche
noch keiner Serie zugewiesen wurden. Werden weniger Behälteraufträge gefunden
als in eine Serie passen, kann diese Serie direkt gespeichert werden. Dazu wird ein
Datensatz in der Datenbanktabelle Serie angelegt und die bestimmten Behälteraufträge entsprechend verknüpft.
Sind genügend Behälteraufträge im Optimierungsblock vorhanden, mit denen mehr
als ein Serienauftrag gebildet werden kann, werden für die Behälteraufträge der
Startkonfiguration zunächst Zielwerte innerhalb der Serie berechnet. Die Routine
prüft für den Fall des Zielkriteriums „Anzahl gleicher Artikel“ jede Position eines Behälterauftrags auf Übereinstimmung in den anderen Behälteraufträgen der aktuellen
Serienkonfiguration. Wird für eine Behälterauftragsposition z.B. der Artikel 4711
benötigt und kommt dieser in zwei weiteren Behälterauftragspositionen der Serienkonfiguration vor, so erhält die Behälterauftragsposition den Zielwert zwei. Durch
Addition der Zielwerte der Behälterauftragspositionen ergibt sich der Zielwert des
Behälterauftrags. Da die Serienzusammenstellung dieser Startkonfiguration rein
zufällig erfolgt ist, wird nun in der Restmenge der Behälteraufträge des Optimierungsblocks geprüft ob ein Behälterauftrag vorhanden ist, der einen besseren Zielwert vorzuweisen hat. Um dies zu prüfen müssen die Zielwerte aller in Frage kommender Behälteraufträge bezüglich der aktuellen Serienkonfiguration ermittelt werden.
Wird ein Behälterauftrag gefunden, der einen besseren Zielwert vorweisen kann als
der Behälterauftrag mit dem schlechtesten Zielwert der aktuellen Serienzusammenstellung, so wird dieser ausgetauscht und die Zielwerte werden neu berechnet.
Ist dies nicht der Fall, wird die ermittelte Serie in die Datenbank eingetragen und es
139
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
wird geprüft ob weitere Behälteraufträge vorhanden sind, für die noch Serien gebildet werden müssen.
Im Anschluss an die Serienbildung werden bei einem zweistufigen Modell noch die
Behälteraufträge der ersten Stufe erzeugt. Die Erzeugung orientiert sich an dem
Ablaufdiagramm in Abbildung 5-24.
Lade alle Simulationsläufe (SimulationslaufId) s=1...n zu dem aktuell
betrachteten Systemlastszenario in eine temporäre Liste und betrachte s=1
START
Lade eine Liste (Zeilen k=1...m) mit den Spalten vonBereich, nachBereich und
Seriengroesse, wobei nur nachBereiche aufgeführt werden, die eine zweite
Stufe darstellen und Seriengroesse sich auf den vonBereich bezieht, betrachte
Zeile k=1
Lade die Serienaufträge a=1...q der zweiten Stufe (also zum nachBereich) und
betrachte a=1
Fasse Positionen mit gleichen Artikeln der Serie a zusammen, es entstehen
p=1...r Positionen, betrachte p=1
Lege eine Serie t an; setze Zähler=0
Lege für Position p eine Behälterauftragsposition mit Behälterauftrag an und
ordne diesen der Serie t zu; erhöhe Zähler um eins
p=r?
nein
p=p+1
nein
a=a+1
nein
k=k+1
nein
s=s+1
ja
nein
Zähler=Seriengröße?
ja
a=q?
ja
k=m?
ja
s=n?
ja
ENDE
Abbildung 5-24: Ablauf bei der Behälterauftragserzeugung der 1. Stufe bei 2-stufigen
Systemen
Dabei wird zunächst eine Tabelle erzeugt, welche die Materialflussbeziehungen
zwischen erster und zweiter Stufe mit vonBereich und nachBereich beinhaltet. Zusätzlich wird die benötigte Seriengröße für die erste Stufe (vonBereich) mit ausgelesen. Anschließend werden die Serienaufträge der zweiten Stufe (nachBereich)
geladen und die beinhalteten Behälterauftragspositionen mengenmäßig zusammengefasst. Die sich ergebenden Positionen sind die Behälterauftragspositionen
140
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
der ersten Stufe und auf Grund der Vereinbarung, dass die Behälteraufträge der
ersten Stufe artikelrein sind, auch gleichzeitig die Behälteraufträge. Diese werden
dann direkt der Reihenfolge nach entsprechend der Seriengröße zu Serien zusammengefasst.
Ergebnis
Als Ergebnis des Moduls Serienbildung sind alle Behälteraufträge genau einer Serie zugewiesen. Die Serien sind in der Datenbanktabelle Serie gespeichert und entsprechende Verknüpfungen zu den Behälteraufträgen sind aktualisiert. Auch bei
Seriengröße gleich eins erhält jeder Behälterauftrag eine Serie, in diesem Fall ist
der Arbeitsinhalt einer Serie gleich dem eines Behälterauftrags.
Darüber hinaus sind sämtliche bei zweistufigen Systemen benötigte Behälteraufträge für die erste Stufe inklusive der Serienbildung in den Datenbanktabellen Serie,
Behaelterauftrag und Behaelterauftragsposition gespeichert.
5.3.5 Bildung von Auftragsreihenfolgen
Dieses Modul wurde geschaffen, um die gebildeten Serien in eine feste Reihenfolge für die Simulation zu bringen. Da bereits eine Gleichverteilung der Zugriffshäufigkeiten über die Zonen bei den Artikeln vorgenommen wurde, wird auf einen zeitaufwändigen Algorithmus verzichtet und die Serien lediglich durchnummeriert, so
dass Simulationsläufe reproduzierbar sind. In diesem Modul wären zusätzliche Potentiale vorhanden, um über Algorithmen, wie beispielsweise eine Zielkriteriensuche, die Gleichauslastung der einzelnen Zonen zu optimieren. Es sei jedoch angemerkt, dass eine solche Optimierung einen weiteren zusätzlichen Zeitbedarf erfordert und den Planungsablauf verlangsamt. Aus diesem Grund wurde auf eine weitere Optimierung verzichtet. Eine Alternative mit der am ehesten eine optimale
Gleichauslastung erreicht werden würde, ist eine entsprechende Freigabesteuerung in der Laufzeit einer Simulation. Diese Steuerung könnte die Belastungen mit
protokollieren und nach dem PULL-Prinzip die Aufträge ziehen, für die noch Bearbeitungskapazitäten vorhanden sind.
Eingangsdaten
Für dieses Modul werden die Datensätze der Datenbanktabelle Simulationslauf,
Bereich und Serie benötigt.
141
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
Prozess
Der Prozess der Serienreihenfolgebildung wird von dem Ablaufdiagramm in Abbildung 5-25 bestimmt.
START
Lade alle zum aktuell betrachteten Systemlastszenario verknüpfte Simulationsläufe
(SimulationslaufId) s=1...n in eine temporäre Liste und betrachte s=1
Lade alle Bereiche b=1...n zum aktuell betrachteten Modell in eine temporäre Liste und
betrachte b=1
Lade alle Serien m=1...n zum Simulationslauf s und Bereich b in eine temporäre nach
frühesten Startzeitpunkt sortierte Liste und betrachte m=1
Serie m mit NachfolgeSerie m+1 aktualisieren
m=m+1
Noch mehr als eine weitere Serie in Liste?
nein
ja
b=b+1
Serie m mit NachfolgeSerie -1 aktualisieren
Noch weitere Bereiche vorhanden?
ja
s=s+1
nein
Noch weitere Simulationsläufe vorhanden?
ja
nein
ENDE
Abbildung 5-25: Ablauf bei der Reihenfolgebildung der Serien
Zunächst werden alle Simulationsläufe, die mit dem aktuell betrachteten Systemlastszenario verknüpft sind, in eine temporäre Liste geladen. Für einen Simulationslauf erfolgt ein Abruf der vorhandenen Bereiche aller Modelle in eine weitere temporäre Liste. Anschließend werden die Datensätze aus der Datenbanktabelle Serie
ermittelt, die dem aktuell betrachteten Simulationslauf und Bereich zugewiesen
sind. Diese Liste wird nach frühestem Startzeitpunkt aufsteigend sortiert, der für
jeden Behälterauftrag innerhalb der Serie der gleiche ist, weil diese nur innerhalb
des Optimierungsblocks aus der Batchbildung vereint werden können. Die Liste
wird top-down abgearbeitet und jeweils die aktuell betrachtete Serie mit der danach
folgenden Serie reihenfolgeverknüpft. Bei der letzten Serie in der Liste wird die
NachfolgeSerie auf -1 gesetzt, um das Ende zu signalisieren.
142
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
Ergebnis
Das Ergebnis dieses Prozesses ist das gesetzte Attribut NachfolgeSerie in der Datenbanktabelle Serie. Damit ist eine feste Reihenfolge, wie diese Serien in die Simulation eingesteuert werden sollen, vorgegeben.
5.3.6 Ableitung von Zusammenführungsaufträgen
Die in diesem Modul zu erstellenden Zusammenführungsaufträge stellen im wesentlichen Sinne die Kundenaufträge dar, die zusätzlich mit den dafür benötigten
Behälteraufträgen verknüpft sind und zum anderen Attribute enthalten, in denen die
aus der Simulation zu ermittelnden Zeitwerte über Startzeitpunkt und Dauer der
Konsolidierung abgespeichert werden können.
Eingangsdaten
Die Eingangsdaten für dieses Modul sind zum einen die Zusammenführungsbereiche aus der Datenbanktabelle Bereich sowie eine über eine SQL-Abfrage gewonnene Tabelle mit den Attributen BehaelterauftragId und KundenauftragId über die
für die Zuordnung angelegten Datenbanktabellen Kundenauftrag, KAPosition, BAPos_KAPos, BAPosition und Behaelterauftrag.
Prozess
Der Prozess bei der Erstellung der Kundenaufträge richtet sich nach dem in Abbildung 5-26 angegeben Ablauf.
Zunächst werden alle Zusammenführungsbereiche in eine temporäre Liste geladen,
um sie nacheinander zu durchlaufen. Für einen zu betrachtenden Bereich werden
alle Kundenaufträge mit allen zugeordneten Behälteraufträgen (die Behälteraufträge, die als NachfolgeBereich auf den entsprechenden Zusammenführungsbereich
verweisen) geladen, die auf Grund der Artikelgruppenzuweisung über diese Zusammenführung laufen müssen. Für jeden Kundenauftrag, der über den Zusammenführungsbereich läuft, wird ein Datensatz in der Datenbanktabelle Serie angelegt, wenngleich die Serie in diesem Zusammenhang eine andere Bedeutung erlangt. Die Serie steht hier für einen Zusammenführungsauftrag, auf den alle Behälteraufträge (mit entsprechendem NachfolgeBereich) des gleichen Kundenauftrags
verweisen.
143
Anlegen der Zusammenführungsaufträge
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
Abbildung 5-26: Ablauf bei der Erstellung der Zusammenführungsaufträge
Ergebnis
Das Ergebnis sind gespeicherte Datensätze in der Datenbanktabelle Serie auf die
Behälteraufträge verweisen, aber selbst auf keinen Behälterauftrag verweisen. Diese werden als Zusammenführungsauftrag verwendet. Während der Simulation werden diese Datensätze dann um die entsprechenden Zeitverbräuche ergänzt.
5.3.7 Ergebnis der Datenvorbereitung
Das Ergebnis der Datenvorbereitungsphase sind lückenlose Datensätze, die sämtliche Informationen beinhalten, welche für die dynamischen Daten während der Simulation benötigt werden. Diese Daten können über SQL-Abfragen in beliebige
Form gebracht werden. Ein Beispiel ist in Tabelle 5-2 wiedergegeben.
144
5 Modellierung erforderlicher WMS-Funktionen als Datengrundlage
SerieId
BehaelterauftragId
NachfolgeBAId
NachfolgeBereichId
BausteinId
Zone
BAPositionId
Gasse
Spalte
Zeile
Menge
Beispiel einer Behälterauftragsliste für einen Bereich
FruehesterStartzeitpunkt
Tabelle 5-2:
7:00:00
7:00:00
7:00:00
7:00:00
7:00:00
7:00:00
8:00:00
8:00:00
8:00:00
8:00:00
8:00:00
8:00:00
8:00:00
8:00:00
8:00:00
...
55
55
55
55
55
55
56
56
56
56
56
56
57
57
57
...
2325
2325
2227
2325
2227
2325
2322
2266
2322
2200
2266
2322
2182
2366
2312
...
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-1
...
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
10
...
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
9
...
3
4
6
8
11
16
1
3
3
6
7
7
6
6
12
...
2866
2867
2686
2869
2685
2868
2860
2761
2859
2638
2762
2861
2606
2964
2841
...
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
...
2
2
1
36
1
1
17
1
1
11
1
3
1
10
14
...
2
1
2
6
7
8
6
4
4
5
1
3
1
4
5
...
1
1
1
1
2
1
1
1
1
1
1
4
1
4
1
...
Da jede Id in der Datenbank eindeutig ist und genau auf einen Datensatz verweist,
kann für jede Positionszeile in obiger Eingangstabelle über die BehaelterauftragId
und BAPositionId direkt auf die entsprechenden Datensätze der Datenbanktabellen
Behaelterauftrag und BAPosition zugegriffen werden. Somit können die in der Simulation ermittelten Zeitverbräuche ohne Umwege in der Datenbank gespeichert
werden.
145
6 Entwicklung einer Ausführungsumgebung für die
Simulationsbausteine
In Kapitel 4 wurden die abgegrenzten elementaren Kommissionierverfahren als parametrierbare Simulationsbausteine entwickelt und zu einer Bausteinbibliothek zusammengefasst. Um diese Bausteine verwenden zu können, werden WMS Funktionen benötigt, die als Datengrundlage in Kapitel 5 nachgebildet wurden. Diese
sollen nun die Simulationsbausteine verwenden und mit Daten versorgen. Es wird
eine Infrastruktur benötigt, in der die Bausteine durch Einbettung betrieben werden
können. Diese Infrastruktur hat die Aufgabe einen Simulationsbaustein mit den in
Kapitel 5 erzeugten Auftrags- und Artikeldaten sowie Personal zu versorgen und
darüber hinaus die ermittelten Ausführungszeiten, welche in den AuftragsBes von
jedem Baustein selbstständig protokolliert werden, zu speichern. Darüber hinaus
bietet eine solche Umgebung die Möglichkeit, die in Abschnitt 5.2 modellierten Planungsvarianten automatisch zu erzeugen und zu simulieren.
Zur Entwicklung der Ausführungsumgebung wird zunächst in Abschnitt 6.1 die Abbildung eines Kommissionierbereichs vorgestellt. In diesen wird ein Simulationsbaustein zur Ausführung eingebettet. Um den Simulationsbaustein mit Personal zu
versorgen, wird eine Personalverwaltung in der Ausführungsumgebung benötigt
(vgl. Abschnitt 6.2). Im Abschnitt 6.3 wird die automatische Generierung und Simulation der Planungsvarianten im Rahmen einer Experimentverwaltung und steuerung aufgezeigt.
6.1 Kommissionierbereich
Ein Kommissionierbereich stellt die Infrastruktur für den Betrieb eines Simulationsbausteins zur Verfügung. In diesen wird ein Simulationsbaustein eingebettet und
entsprechend der modellierten Parameter über den Aufruf der Methode M_init initialisiert (vgl. Abschnitt 3.2). Der Baustein wird mit einer internen und externen
Quelle sowie mit einer Senke verbunden (vgl. Abbildung 6-1).
147
6 Entwicklung einer Ausführungsumgebung für die Simulationsbausteine
Kommissionierbereich
Quelle (intern)
Quelle (extern)
Protokollierung
Auftragssteuerung
Baustein
Senke
Abbildung 6-1: Kommissionierbereich
Über die Quellen gelangen Auftragsinformationen in den Baustein. Die externe
Quelle enthält Behälteraufträge mit Auftragsinformationen aus evtl. vorgelagerten
Bereichen (abhängig von der Modellierung). Diese Behälteraufträge werden in dem
empfangenden Kommissionierbereich fortgesetzt oder konsolidiert. Die interne
Quelle versorgt das über den Simulationsbaustein realisierte Kommissioniersystem
mit weiteren Aufträgen, deren erste Position in diesem System kommissioniert wird.
Über die Senke werden die Kommissionierbehälter an nachfolgende Bereiche weitergegeben - sofern diese existieren, ansonsten werden diese vernichtet. Zudem
enthält jeder Bereich Tabellen für die Ergebnisprotokollierung. Diese Informationen
werden aus dem AuftragsBe zwischen Verlassen des Bausteins und Verlassen des
Bereichs in eine Tabelle übertragen. Zusätzlich wird dem Baustein Zugang zu Personal gewährt. Die dazu erforderliche Personalverwaltung wird nachfolgend erläutert.
6.2 Personalverwaltung
Die Personalverwaltung wird aus einem Werkerpool, dem Broker und einem
Schichtkalender aufgebaut, so dass die Systematik aus Abschnitt 3.4 angewendet
werden kann. In dem Werkerpool werden die Kommissionierer erzeugt und mit den
Diensten ausgestattet, die Ihnen das Arbeiten in den gewünschten Kommissionierzonen erlauben. Die Arbeitszeiten der Kommissionierer werden in dem hinterlegten
Schichtkalender eingetragen. Diese bestehen aus Arbeitsbeginn, Arbeitsende und
148
6 Entwicklung einer Ausführungsumgebung für die Simulationsbausteine
evtl. Pausen. Der Werkerpool wird grundsätzlich über Personenflusskanten bei der
Generierung einer Planungsvariante mit jedem Kommissionierbereich verbunden.
Diese Kante wird vom Kommissionierbereich mit dem eingebetteten Simulationsbaustein verbunden.
6.3 Experimentverwaltung und -steuerung
Die Hauptfunktionen der Experimentverwaltung und -steuerung sind das Lesen und
Schreiben von Daten, die automatische Generierung des Kommissioniersystems
und die Durchführung von Simulationsläufen.
Für die automatische Generierung des Kommissioniersystems müssen im ersten
Schritt die Modellierungsdaten aus der Datenbank gelesen werden. Hierzu sind für
ein Planungsprojekt alle Modelle in eine Liste einzulesen, die der Reihe nach simuliert werden sollen. Die für jedes Modell auszuführenden Schritte werden für das
erste Modell erläutert. Es wird zunächst die Bereichstopologie des Modells geladen
und erzeugt, d.h. die modellierten Kommissionierbereiche werden erzeugt und über
Materialflusskanten entsprechend verknüpft, so dass sich ein gerichteter Materialfluss zwischen den Bereichen ergibt. Beim Erzeugen des Bereichs wird der Parametersatz des Simulationsbausteins aus der Datenbank abgefragt und der Simulationsbaustein initialisiert. Zu jedem Modell werden die Simulationsläufe geladen.
Jeder Simulationslauf steht für eine bestimmte Kommissionierauftragsliste. Nach
vollständiger Abarbeitung der Aufträge werden die ermittelten Ergebnisse in die
Datenbank zu den entsprechenden Positionen gespeichert und der nächste Simulationslauf bzw. das nächste Modell geladen. Der Vorgang wird in Abbildung 6-2 verdeutlicht.
149
6 Entwicklung einer Ausführungsumgebung für die Simulationsbausteine
Abbildung 6-2: Ablauf bei der automatischen Modellerzeugung
150
7 Kennzahlenermittlung
Nach Durchführung der Simulationsläufe werden die ermittelten Daten zu Kennzahlen komprimiert. Die Kennzahlen werden in der Datenbanktabelle Kennzahlen verwaltet. Die zur Berechnung notwendigen Formeln sind über SQL-Abfragen in der
Windows-Applikation PlanKom hinterlegt. Über eine Hauptroutine werden alle implementierten Kennzahlen berechnet und je nach Kennzahlenebene in den Datenbanktabellen Kennzahlen_Modell, Bereich_Kennzahlen, Baustein_Kennzahlen,
Kennzahlen_Zone und Kennzahlen_Ressource gespeichert (vgl. Abbildung 7-1).
Zur Visualisierung können diese leicht aus der Datenbank entnommen und in Excel
als Diagramm dargestellt werden.
Abbildung 7-1: Datenbanktabellen für die Speicherung der Kennzahlen
Zusätzlich zur automatischen Kennzahlenermittlung können über die gewonnenen
Ergebniswerte auch Kennzahlen für bestimmte Auftragstypen gebildet werden (vgl.
Abbildung 7-2). Mögliche Clusterkriterien könnten neben dem Auftragstyp auch die
Positionsanzahl pro Auftrag oder der Zeitpunkt der Bearbeitung sein.
Abbildung 7-2: Komprimierung der ermittelten Daten zu Kennzahlen
151
7 Kennzahlenermittlung
Im Abschnitt 7.1 werden zunächst benötigte Investitions- und Kostenparameter erfasst. Anschließend wird im Abschnitt 7.2 die Berechnung der Kapitalwerte erläutert.
7.1 Eingabe benötigter Investitions- und Kostenparameter
In der Abbildung 7-3 ist eine Benutzereingabemaske der Planungsumgebung für
die Modellierung der anfallenden Investitionen in den Bereichen dargestellt.
Abbildung 7-3: Benutzereingabemaske für den Invest eines Bausteins
Da die Personalkosten von Periode zu Periode variieren können, wurde eine Benutzereingabemaske entwickelt, mit deren Hilfe sich die entsprechenden Personalkosten individuell einstellen lassen (vgl. Abbildung 7-4).
152
7 Kennzahlenermittlung
Abbildung 7-4: Benutzereingabemaske für die Eingabe der Personalkostensätze
Darüber hinaus sind die Kostenparameter für das Reservelager bzw. Nachschublager zu erfassen, da wie bereits erwähnt nur dann ein tatsächlicher Modellvergleich
stattfinden kann. Ein Kommissionierlager, das auf Grund seiner Systemtechnik kein
separates Nachschublager benötigt, darf in der Bewertung gegenüber einem Kommissionierlager, das ein Nachschublager erfordert, nicht benachteiligt werden. Hierzu wurde die in Abbildung 7-5 dargestellte Benutzereingabemaske entwickelt.
153
7 Kennzahlenermittlung
Abbildung 7-5: Benutzereingabemaske zur Modellierung der anfallenden Kosten im
Reservelager
7.2 Ermittlung der Kapitalwerte
Die Entwicklung der Erlöse, der Kosten und der Investitionen ist abhängig von der
unterstellten Veränderung der Planzahlen. Die Planzahlen basieren auf Prognosen,
die vom Planer erstellt werden. Diese Prognosen unterliegen einer Unsicherheit.
Um unterschiedliche Verläufe der Planzahlen zu berücksichtigen, kann der Planer
bis zu 3 verschiedene Entwicklungen definieren und zu jeder Entwicklung eine Eintrittswahrscheinlichkeit festlegen. Für jede Entwicklung wird separat eine Kapitalwertberechnung (vgl. [Carstensen 2008]) durchgeführt und auf Grundlage der Eintrittswahrscheinlichkeiten ein erwarteter Kapitalwert berechnet. Abbildung 7-6 zeigt
den schematischen Ablauf bei der Anwendung der Kapitalwertmethode.
154
7 Kennzahlenermittlung
Abbildung 7-6: Schematischer Ablauf für die Ermittlung des erwarteten Kapitalwertes am
Beispiel von drei Modellen und drei Entwicklungen
7.2.1 Berechnung des Kapitalwertes für eine Entwicklung
Der Planer kann durch seine Eingaben festlegen, welche Investitionen und Kosten
bei der Berechnung des Kapitalwertes berücksichtigt werden. Des Weiteren kann er
für jede berücksichtigte Größe festlegen, ob die Eingabe der Werte für jeden Baustein separat oder zusammengefasst für das ganze Modell erfolgt.
Für die Berechnung des Kapitalwertes können folgende Daten berücksichtigt werden. Die Indizes sind wie folgt definiert:
T - Planungszeitraum
m – Index für einen Baustein
t – Index für eine Periode im Planungszeitraum, der T Perioden umfasst
i - Kalkulatorischer Zins
I - Investitionen
155
7 Kennzahlenermittlung
Investitionen
Investitionen zum Zeitpunkt t=0: dDe
Unter Investitionen werden hier allgemein Sachinvestitionen verstanden. Die Sachinvestitionen beziehen sich auf das zu planende Kommissioniersystem und umfassen Investitionen in Immobilien, Gebäude, Systemtechnik und Informationstechnologie. Eine Erweiterung ist möglich.
31f
Erweiterungsinvestitionen zu einem späteren Zeitpunkt: dD/
Erweiterungsinvestitionen sind ebenfalls Sachinvestitionen, die nicht im Zeitpunkt
t=0 getätigt werden. Grund für solche Investitionen kann eine steigende Leistungsanforderung sein.
319
Ersatzinvestitionen: dD/
31f
titionen (dDe oder dD/
) ersetzt werden müssen. Gründe hierfür kann eine begrenzte
Ersatzinvestitionen werden dann notwendig, wenn im Planungszeitraum Sachinves-
Nutzungsdauer der Anlagegüter sein. Ersatzinvestitionen werden nur notwendig,
wenn die technische Nutzungsdauer überschritten wird. Diese ist nicht zwingend
gleich der Abschreibungsdauer.
Kosten
g
Personalkosten: ^D/
Personalkosten sind Kosten, die durch den Einsatz von Mitarbeitern im Kommissioniersystem entstehen. Die Kosten enthalten alle Lohn- und Lohnnebenkosten. Indirekte Personalkosten werden über die Position Gemeinkosten verrechnet (Mitarbeiter Lohnhaltung,…).
h
Wartungskosten: ^D/
Wartungskosten sind Kosten die notwendig sind, um Gebäude und technische Einrichtungen betriebsbereit zu halten. Wartungskosten können als Wert vom Planer
eingegeben werden. Es ist aber auch möglich, über eine Prozentangabe, die sich
auf die Investition bezieht, die Wartungskosten pro Jahr anzugeben.
i
Betriebskosten: ^D/
Betriebskosten beinhalten die Aufwendungen für Energie und andere Betriebsmit-
tel. Betriebskosten können als Wert vom Planer eingegeben werden. Es ist aber
auch möglich, über eine Prozentangabe, die sich auf die Investition bezieht, die
Betriebskosten pro Jahr anzugeben.
156
7 Kennzahlenermittlung
j
Gemeinkosten: ^D/
Unter Gemeinkosten werden die Aufwendungen zusammengefasst, die dem Kommissioniersystem nicht direkt zugerechnet werden können. Typischerweise sind
Verwaltungskosten Gemeinkosten. Sind die Gemeinkosten für alle untersuchten
Varianten gleich, so kann auf die Quantifizierung der Gemeinkosten verzichtet werden. Es ist zu beachten, dass die Gemeinkosten häufig proportional zu den Personalkosten sind.
k.
Kosten für gemietete Systemtechnik: ^D/
Wird aus betriebswirtschaftlichen Gründen auf die Investition in die Systemtechnik
(auch teilweise) verzichtet und stattdessen die für die Leistungserbringung notwendige Technik gemietet oder geleast, so müssen die dafür anfallenden Kosten berücksichtigt werden.
kj
Kosten für gemietete Gebäude: ^D/
Wird aus betriebswirtschaftlichen Gründen auf die Investition in ein eigenes Gebäude verzichtet und stattdessen Lagerfläche (-gebäude) gemietet oder geleast, so
müssen die dafür anfallenden Kosten berücksichtigt werden.
l
Verdrängungskosten: ^D/
Verdrängungskosten sind als kalkulatorische Kosten zu verstehen. Somit werden
Sie nur angesetzt, wenn die im Betrieb zur Verfügung stehende Fläche einen Engpass darstellt und auch andere Funktionsbereiche auf der für die Kommissionierung
verwendeten Fläche installiert werden könnten. Die Verdrängungskosten helfen,
den unterschiedlichen Flächenbedarf der Varianten monetär zu bewerten und in die
Investitionsrechnung einfließen zu lassen.
.
Sonstige Kosten: ^D/
Unter dem Punkt sonstige Kosten können vom Planer weitere Kosten berücksichtigt
werden.
Erlöse
Erlöse: D/
Die Kommissionierung generiert nur dann direkt Erlöse, wenn es sich um eine
Dienstleistung für Dritte handelt. In einigen Unternehmen finden sich Ansätze der
internen Leistungsverrechnung. Die Zahlungsströme von anderen Bereichen können auch als Erlöse aufgefasst werden.
157
7 Kennzahlenermittlung
Liquidationserlöse am Endes des Planungshorizonts: 7Dm
Unter Liquidationserlöse wird der Wert der Sachinvestitionen am Ende des Planungshorizontes verstanden. Liquidationserlöse sind eher kalkulatorischer Art, da
nur ein fiktiver Verkauf unterstellt wird. Dies ist notwendig, um die Vergleichbarkeit
der Varianten sicherzustellen. Durch unterschiedliche Investitionen und Nutzungsdauern ist der Buchwert der Anlageobjekte zwischen den Varianten unterschiedlich.
Dieser Unterschied wird über den Liquidationserlös in der monetären Bewertung
berücksichtigt. Für den Liquidationserlös wird eine lineare Abschreibung unterstellt.
Die Berechnung des Kapitalwertes (KW) eines Modells erfolgt laut der Gl. 7.1. Die
Zusammensetzung der Investitionen, der Kosten und der Liquidationserlöse ist in
den Gl. 7.2 bis Gl. 7.4 definiert. Die unterschiedlichen Investitionen sind im Folgenden zusammengefasst. Bei der Implementierung sind die unterschiedlichen Investitionen separat aufzuführen und unterschiedliche lange Nutzungsdauern zu berücksichtigen.
k
m
DY?
/Y?
D/ + dD/ ^D/
7Dm
^2 +dDe 1 /
1 /
(Gl. 7.1)
b 1, … , (
b 0, … , \
31f
319
dD/ dD/
dD/
(Gl. 7.2)
h
j
k.
kj
l
.
g
i
^D/ ^D/
^D/
^D/
^D/
^D/
^D/
^D/
^D/
(Gl. 7.3)
o b 1, … , (
o b 1, … , (
7Dm dDe + p\ ·
dDe
r
\q
(Gl. 7.4)
m
m
/Y?
/Y?
31f
319
dD/
dD/
31f
319
sdD/ + t\ + · q uv sdD/ + t\ + · q uv
\
\
o b 1, … , (
b 1, … , (
b 0, … , \
158
7 Kennzahlenermittlung
7.2.2 Berechnung des Kapitalwerts für ein Modell
Die für jede Entwicklung berechneten Kapitalwerte werden zu einem erwarteten
Kapitalwert zusammengefasst. Dies erfolgt durch die Gewichtung mit den Eintrittswahrscheinlichkeiten. Die Berechnung ist in Gl. 7.5 beschrieben.
^2 31f 34/f_?
· ^234/f_? Nebenbedingungen:
34/f_?
34/f_?
,
34/f_x
34/f_x
,
34/f_y
34/f_y
34/f_x
· ^234/f_x 1
34/f_y
· ^234/f_y
(Gl. 7.5)
H0
Zusätzlich zum erwarteten Kapitalwert werden noch der maximal und der minimal
erzielbare Kapitalwert berechnet und dem Planer zur Verfügung gestellt. Die Berechnung ist in Gl. 7.6 und Gl. 7.7 dargestellt.
^2 D0N max ^234/f_? , ^234/f_x , ^234/f_y ^2 D4 min ^234/f_? , ^234/f_x , ^234/f_y (Gl. 7.6)
(Gl. 7.7)
7.2.3 Kostenkennzahlen
Neben der Betrachtung des gesamten Planungshorizonts lassen sich mit Kostenkennzahlen einzelne Modelle oder Teile eines Modells monetär bewerten und vergleichen. Da sich die Kosten über die Zeit ändern können, müssen die folgenden
Kennzahlen jeweils für jede Periode neu bestimmt werden. Gründe für die Änderung der Kostenkennzahlen sind z.B. sich ändernde Lohnkosten oder Abschreibungen.
Für die Bewertung wird die Kennzahl Kosten pro Position als wichtigste Kennzahl
herangezogen. Aufbauend auf dieser Kennzahl werden die Kosten pro Auftrag bestimmt.
Kosten pro Position
Die Kosten pro Position können für das gesamte System oder für einen bestimmten
Bereich (Baustein) ausgewiesen werden. Wenn der Planer die Investitionen für jeden Baustein separat angegeben hat, werden die Kosten pro Position für jeden
Baustein und für das gesamte Kommissioniersystem berechnet.
159
7 Kennzahlenermittlung
Kosten pro Position und Baustein
Die Kosten pro Position in Periode t ergeben sich aus den Abschreibungen D/ in
der Periode t summiert mit den Kosten ^D/ in Periode t. Werden diese Kosten
gU9
durch die Anzahl der Positionen D/
in Periode t dividiert, so ergibt sich ein Kos-
tensatz pro Position. Die Gl. 7.8 zeigt die Formel zur Berechnung der Kosten pro
Position eines Bausteines.
gU9
%D/
D/ ^D/
gU9
D/
b 1, … , (
b 0, … , \
(Gl. 7.8)
Kosten pro Position für das gesamte Kommissioniersystem
Aufbauend auf der Berechnung der Kosten pro Position und Baustein können die
Kosten pro Position für das Gesamtsystem ermittelt werden. Die Berechnung ist in
der Gl. 7.9 dargestellt.
%/gU9 S
∑~
SY? D/ ^D/

gU9
D/
gU9
∑k
DY? D/
gU9
∑k
DY? D/ · }
(Gl. 7.9)
0
, `
ƒ „ ‚ S
d ƒ
SD/ D/ , `
… ƒ \ qS ‡
 \qS
€0
, `
ƒ \ qS † ƒ a
)% d'
! )
$ü `
o b 1, … , \
b 0, … , \
oder, wenn keine separaten Daten für jeden Baustein vorliegen:
%/gU9 / ^/
/gU9
o b 1, … , \
b 0, … , \
160
7 Kennzahlenermittlung
Kosten pro Auftrag / Auftragstyp
Auf Basis der Kennzahl Kosten pro Position können die Kosten pro Auftrag ermittelt
werden. Im einfachsten Fall wird die durchschnittliche Anzahl von Positionen pro
Lieferauftrag ermittelt und mit der Kennzahl Kosten pro Position multipliziert (siehe
Gl. 7.10).
%/
V8:
gU9
ˆ81‰Š
· %/gU9
(Gl. 7.10)
o b 1, … , \
b 0, … , \
Bei unterschiedlichen Lieferaufträgen ist diese Kennzahl nur von geringer Aussagekraft. Für diesen Fall kann der Planer Auftragstypen bestimmen, so z.B. einen
Kleinauftrag mit 3 Positionen oder einen Großauftrag mit 20 Positionen. Die Kosten
für jeden Auftragstyp (Index z) ergeben sich wie in Gl. 7.11 dargestellt.
%/
V8:_‹
gU9
gU9
mOW_‹ · %/
(Gl. 7.11)
o b 1, … , a
o b 1, … , \
b 0, … , \
b 1, … , a
7.2.4 Zeiten für die Bewertung
Für die Bewertung werden unterschiedliche Zeiten herangezogen. Bei den Zeiten
handelt es sich um Durchschnittswerte. Um auch die Dynamik eines Kommissioniersystems ersichtlich zu machen, werden zu dem Durchschnittswert auch die maximalen und minimalen Werte angegeben.
In der Abbildung 7-7 ist der Kommissionierprozess beispielhaft dargestellt. Im Beispiel wird ein Lieferauftrag in drei Kommissionieraufträge zerlegt, die parallel in drei
Bausteinen bearbeitet werden.
161
7 Kennzahlenermittlung
Kommissionierung
KA 1
Lieferauftrag
liegt vor
Auftragssteuerung
Kommissionierung
KA 2
Zusammenführung
Warenausgang
(Senke)
Kommissionierung
KA 3
tSLA
KA 3
tSKA1
t0KA1 tS
tEKA 2
t EKA1 tEKA3
tELAZ
[T]
tSLAZ
t0KA 2
t0KA3
tSKA 2
Legende
t
t
t
LA
S
LAZ
S
LAZ
E
Lieferauftrag liegt vor
(Bestellzeitpunkt)
t
0
Start der Zusammenführung der
Kommissionieraufträge
t
S
Ende der Zusammenführung der
Kommissionieraufträge
t
KAi
KAi
KAi
E
Freigabe des Kommissionierauftrags i
durch die Auftragssteuerung
Start der Bearbeitung des Kommissionierauftrags i
durch den Kommissionierer
Ende der Bearbeitung des Kommissionierauftrags i
durch den Kommissionierer
Teilprozess
Abbildung 7-7: Messpunkte für die Ermittlung der Durchlaufzeiten am Beispiel eines
Modells mit 3 parallelen Zonen
Die in der Abbildung 7-7 angegebenen Zeitpunkte werden für jeden Lieferauftrag,
Kommissionierauftrag bzw. Position eines Kommissionierauftrags gespeichert. Für
die Auswertung werden die folgenden Zeitpunkte herangezogen:
Bestellzeitpunkt des Lieferauftrags
Freigabe des Kommissionierauftrags
Start der Bearbeitung eines Kommissionierauftrags (Startzeitpunkt der ersten Position eines Kommissionierauftrags)
162
7 Kennzahlenermittlung
Ende der Bearbeitung eines Kommissionierauftrags (Endzeitpunkt der letzten Position eines Kommissionierauftrags)
Startzeitpunkt der Zusammenführung eines Lieferauftrags
Endzeitpunkt der Zusammenführung eines Lieferauftrags
Die Auswertungssoftware bekommt über eine Schnittstelle nur die hier aufgeführten
Zeitpunkte übermittelt. Die entsprechende Zusammenfassung der Daten erfolgt
direkt in der Datenbank. Neben den Zeitpunkten werden in der Datenbank noch
weitere Werte berechnet und an die Auswertungssoftware übergeben. Folgende
Werte werden berechnet:
Bearbeitungszeit einer Position eines Kommissionierauftrags bezogen auf:
o Auftragstyp (Großauftrag, Kleinauftrag, Eilauftrag,…)
o Baustein
Bearbeitungszeit des Kommissionierauftrags bezogen auf:
o Auftragstyp (Großauftrag, Kleinauftrag, Eilauftrag,…)
o Baustein
Bearbeitungszeit des Lieferauftrags bezogen auf:
o Auftragstyp (Großauftrag, Kleinauftrag, Eilauftrag,…)
In der Übersicht in Abbildung 7-7 sind die in der Auswertung berücksichtigten Kombinationen dargestellt. Im Folgenden wird die Bestimmung der einzelnen Kennzahlen beschrieben.
Abbildung 7-8: Für die Bewertung zu ermittelnde Durchlauf- und Liegezeiten
163
7 Kennzahlenermittlung
Durchlaufzeit (DLZ)
Die Durchlaufzeit gibt an, wie lange ein Objekt benötigt, um von einer definierten
Eintrittsstelle in das System bis zur definierten Austrittsstelle im System zu gelangen.
Für die Bewertung werden folgende Durchlaufzeiten unterschieden, die sich durch
unterschiedliche Systemgrenzen unterscheiden. Die Durchlaufzeit von der Auftragsfreigabe bis zum Startzeitpunkt der Zusammenführung wird hier mit brutto bezeichnet. Unter der angegebenen netto Durchlaufzeit ist in dieser Arbeit die reine
Kommissionierzeit vom Startzeitpunkt der Bearbeitung bis zur Fertigstellung des
Kommissionierauftrags zu verstehen.
Durchlaufzeit eines Lieferauftrags (A_DLZ) brutto / netto
Durchlaufzeit eines Kommissionierauftrags (K_DLZ) brutto / netto
Bruttodurchlaufzeit Kommissionierauftrag (K_DLZ):
ŒˆŽ_~ .VŽ + e~V_
(Gl. 7.12)
Nettodurchlaufzeit Kommissionierauftrag (K_DLZ):
4ˆŽ_~ 3~V_ + .~V_
(Gl. 7.13)
Liegezeit/ Wartezeit
Aufbauend auf den Durchlaufzeiten kann auch die Liegezeit eines Auftrags bestimmt werden. Liegezeiten können vor und nach Bearbeitung in einem Kommissionierbaustein auftreten, da z.B. auf einen anderen Kommissionierauftrag vor der
Zusammenführung des Lieferauftrags gewartet werden muss.
Die Gl. 7.14 beschreibt die Berechnung der gesamten Liegezeit. Die Liegezeit, die
vor der Bearbeitung eines Kommissionierauftrags vergeht, wird mit der Gl. 7.15 berechnet. Die Gl. 7.16 zeigt die Berechnung der Liegezeit bis zum Start der Zusammenführung.
164
7 Kennzahlenermittlung
 ŒˆŽ_~ + 4ˆŽ_~
(Gl. 7.14)
A .~V_ + e~V_
(Gl. 7.15)
4 .VŽ + 3~V_
(Gl. 7.16)
Termintreue
Die Kennzahl Termintreue zeigt auf, ob die geforderte Durchlaufzeit erreicht wird
und somit die Aufträge rechtzeitig für den Versand bereitgestellt werden.
VŽ
Bei der Erzeugung der Aufträge wird ein Bereitstellungstermin 3_.URR
bestimmt. Die-
3VŽ verglichen.
ser gilt als Solltermin und wird mit dem in der Simulation bestimmten Ist-Termin
Die folgenden Kennzahlen können nur für die Lieferaufträge ausgewertet werden,
da nur für diese eine Soll-Bereitstellzeit bekannt ist.
Termintreue (qualitativ)
Die qualitative Termintreue gibt an, welcher Anteil der Lieferaufträge fristgerecht
bereitgestellt wurden.
80R 80R
∑q
$
Y? 
]
80R $
(Gl. 7.17)
VŽ
1, `
3VŽ … 3_.‘
‡
s
VŽ
0, `
3VŽ „ 3_.‘
Termintreue (quantitativ)
Die quantitative Termintreue eines Auftrags ergibt sich aus der Formel in Gl. 7.18.
Bei einem negativen Ergebnis wurde der Termin eingehalten bzw. der Auftrag früher fertig gestellt. Ist das Ergebnis positiv, so wurde der Solltermin überschritten.
VŽ
804 3VŽ + 3_.‘
(Gl. 7.18)
Für die Auswertung werden die Ergebnisse in einem Histogramm zusammengefasst. Ein Beispiel für ein solches Histogramm ist in der Abbildung 7-9 dargestellt.
165
7 Kennzahlenermittlung
Abbildung 7-9: Histogramm zur Terminabweichung
Die Auswertung kann für alle Lieferaufträge, für bestimmte Lieferauftragstypen oder
für bestimmte Zeitabschnitte durchgeführt werden.
Bearbeitete Kommissionieraufträge / Positionen pro Zeiteinheit
Diese Kennlinie gibt an, wie viele Kommissionieraufträge/ -positionen pro Zeiteinheit bearbeitet wurden. Für einen Zyklus werden nur Aufträge gezählt, deren Bearbeitung auch im Zyklus abgeschlossen wurde. Die Gl. 7.19 gibt an, wie die Anzahl
der Kommissionieraufträge pro Zyklus bestimmt werden kann.
~
R4_D
q
Y?
(Gl. 7.19)
… 3 † .
‡
s1, `
.
0, !
1, … , ] ^!!
)$ä
1, … , ( d
'
R4_D
’“”
R4_D•?
d
' – .R4_D .R4_D•?
Um die Anzahl der auszuwertenden Datensätze zu verringern, wird für die Bestimmung der Anzahl von Positionen pro Zeiteinheit basierend auf der Gl. 7.19 bestimmt. Da nur Positionen berücksichtigt werden, die zu einem abgeschlossenen
Kommissionierauftrag gehören, kann ein Fehler auftreten, da bei einem angefan-
166
7 Kennzahlenermittlung
genen Kommissionierauftrag einzelne Positionen bereits abgearbeitet wurden. Die
Gl. 7.20 stellt die Berechnungsvorschrift dar.
~
R4_D
q
· Y?
(Gl. 7.20)
1, `
.R4_D … 3’“_˜ † .R4_D•? ‡
0, !
1, … , ] ^!!
)$ä
1, … , ( d
'
—
d
' – .R4_D .R4_D•?
– "!!
^!!
)$ Bearbeitete Lieferaufträge pro Zeiteinheit
Diese Kennlinie gibt an, wie viele Lieferaufträge pro Zeiteinheit bearbeitet wurden.
Für einen Zyklus werden nur Aufträge gezählt, deren Bearbeitung auch im Zyklus
abgeschlossen wurde. Die Gl. 7.21 gibt an, wie die Anzahl der Lieferaufträge pro
Zyklus bestimmt wird.
q

R4_D
Y?
(Gl. 7.21)
1, `
.R4_D … 3™“š_˜ † .R4_D•? ‡
0, !
1, … , ] 7
$
)$ä
1, … , ( d
'
—
d
' – .R4_D .R4_D•?
Positionen / Picks pro Mitarbeiter und Zeiteinheit
Um die Leistung einzelner Ressourcen zu beurteilen, ist es notwendig, die von der
Ressource bearbeiteten Aufträge zu zählen. In der Datenbank wird zu jeder Position eines Kommissionierauftrags die ausführende Ressource gespeichert. Die Gl.
7.22 stellt den Algorithmus für die Auswertung dar.
167
7 Kennzahlenermittlung
›_S ƒ
R4_D
q
, %
Y?
o% b 1, … , ^
(Gl. 7.22)
1, `
.R4_D … 3’“_˜ † .R4_D•? ) % ƒ %‡
0, !
1, … , ] ^!!
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1, … , ( d
'
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d
' – .R4_D .R4_D•?
– "!!
^!!
)$ % ƒ – ))`
Z
!)
% – Z
!)
Für Planungen, bei denen eine unterschiedliche Anzahl von Picks simuliert wird,
kann auf Basis dieser Auswertung auch die Anzahl der Picks pro Zeiteinheit und
Ressource bestimmt werden. Dazu wird mit der entsprechenden Anzahl an
Picks der jeweiligen Position multipliziert.
Um das Ergebnis übersichtlicher zu gestalten, können die Ressourcen eines Bausteins zusammengefasst werden. Die entsprechenden Informationen finden sich in
der Datenbank.
Auslastung
Die Kennzahl Positionen pro Mitarbeiter und Zeit lässt eine Aussage über die Leistung des Systems nur zu, wenn in diesem Kontext auch die Auslastung der Ressource betrachtet wird. Ist die Ressource nicht voll ausgelastet, so liegt die theoretische Leistung der Ressource höher. Ist hingegen die Ressource voll ausgelastet
und kommt es zu einem Anstieg der Bruttodurchlaufzeit, so kann davon ausgegangen werden, dass die Ressource überlastet ist.
Die Auslastung lässt sich als eine Kennzahl (in %) oder als Kennlinie (beschäftigt
ja/nein über der Zeit) angeben.
Eine Ressource ist dann beschäftigt, wenn sie einen Kommissionierauftrag erhalten
hat und diesen bearbeitet. Die für die Auswertung notwendigen Informationen
enthält die Datenbank. Für die Auswertung müssen alle Positionen der Kommissionieraufträge herausgefiltert werden, die von der auszuwertenden Ressource bearbeitet wurden.
168
7 Kennzahlenermittlung
Folgende Auslastungen können berechnet werden:
Gesamtauslastung (für einen Tag)
Auslastung pro Schicht
Auslastung für einen Zyklus
Die Gl. 7.23 stellt die Berechnung der Auslastung für die Ressource dar. Die Auslastung eines Bausteins wird nach Gl. 7.24 ermittelt. Es wird unterstellt, dass nur
die für die Auswertung relevanten Daten herangezogen werden und vorab eine Filterung in der Datenbank vorgenommen wurde. Die oben genannten drei Arten unterscheiden sich so nur durch die Filterung der Daten.
d
E "!!
% d
E Z
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S
48/‹
)
Z
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) `
T690D/ )
)`
)
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œS )) Z
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%
S
48/‹
Auslastung einer Ressource:
œ S
T690D/
S
48/‹
(Gl. 7.23)
q
3 + .
Y?
o% b 1, … , ^
b 1, … , ]
Auslastung eines Bausteins:
~
œ œS · F%
i
SY?
F% —
1, `
% b -)
7 ‡
0, `
% ž -)
7 (Gl. 7.24)
Zeitanteile
Der Kommissioniervorgang setzt sich zusammen aus der Greifzeit, der Wegzeit
und fixen Zeitanteilen für die Auftragsannahme und den Auftragsabschluss.
Anhand der einzelnen Zeitanteile kann der Planer die Lagerstruktur im Baustein
bewerten und unterschiedliche Modelle für das gleiche Artikelspektrum beurteilen.
Für diesen Zweck muss die Simulation die unterschiedlichen Zeitanteile für jede
Ressource protokollieren.
169
7 Kennzahlenermittlung
Die einzelnen Zeiten können separat tabellarisch oder graphisch (Kuchendiagramm) ausgewiesen werden. Dabei werden die einzelnen Zeiten in ihrem Verhältnis
zur aktiven Zeit der Ressource dargestellt (Wartezeiten wegen fehlender Aufträge
werden dabei nicht berücksichtigt).
170
8 Beispielhafte Anwendung
Die Anwendung des simulationsgestützen Planungsablaufs wurde bereits in
mehreren Vorveröffentlichungen zu dieser Arbeit nachgewiesen. In [Ulbrich 2007]
wurde das Vorgehensmodell für den Planungsablauf dargestellt und die
wesentlichen Schritte erläutert. In einer weiteren Untersuchung wurde der Einfluss
der Artikel- und Auftragsstruktur auf die Dimensionierung eines Zone-PickingSystems ermittelt [Ulbrich 2008]. Gestaltungsempfehlungen für die Integration von
Abkürzungsmöglichkeiten in manuellen Kommissioniersystemen wurden erarbeitet
und veröffentlicht [Ulbrich 2009a].
An dieser Stelle soll auf die Restrukturierung eines Kommissioniersystems im
Versandhandel als beispielhafte Anwendung der simulationsgestützen
Planungsumgebung eingegangen werden [Ulbrich 2009b].
8.1 Neuplanung eines manuellen Kommissioniersystems
Eine Firma betreibt seit ca. fünf Jahren einen stark wachsenden Online-Shop für
Vollwertkost und gluten-freie Nahrungsmittel. Um dem steigenden Kostendruck und
dem stark umkämpften Markt zu begegnen, möchte der Betreiber in ein größeres
Gebäude umziehen. Am neuen Standort sollen die Logistikkosten reduziert und die
Kommissionierlagerkapazitäten für das angestrebte Wachstumsziel erhöht werden.
8.1.1 Definition der Planungsaufgabe
Auf Grund der veränderterten Anforderungen soll das Kommissioniersystem neu
geplant und die entstehenden Kommissionierkosten für einen Planungshorizont von
drei Jahren untersucht werden.
8.1.2 Zu berücksichtigende Anforderungen
Der bestehende Kommissionierprozess wird mit Hilfe von MTM analysiert. Aus dem
genutzten Warehouse-Management-System werden die aktuellen Auftrags- und
Artikelstrukturdaten als Grundlage für die Planungsaufgabe verwendet. In der
Ausgangssituation besteht das Sortiment aus 3.042 Artikeln und die
Zugriffshäufigkeiten der Artikel folgen einer klassischen Pareto-Verteilung. Die
Auftragsstruktur besteht aus 1.500 Aufträgen je Tag bei einer durchschnittlichen
Positionsanzahl von 4 je Auftrag mit im Mittel je 1,5 Entnahmeeinheiten. Die
zukünftige Geschäftsentwicklung wird mit drei unterschiedlichen Szenarien
171
Beispielhafte Anwendung
beschrieben. Dabei wird in einem ersten positiven Szenario ein Sortimentwachstum
von 8% bei einem gleichzeitigen Auftragswachstum von 10% pro Jahr
prognostiziert. In einem zweiten positiven Szenario wird das Wachstum etwas
geringer eingestuft. Es wird ein Artikelwachstum von 4% und ein Auftragswachstum
von 5% angenommen. Das dritte Szenario geht als Vergleichsbasis zu den anderen
von konstant bleibenden Artikel- und Auftragsstrukturen aus.
8.1.3 Modellierung der Planungsvarianten
Die maximalen Dimensionen des Kommissioniersystems sind bereits durch einen
vorab geschlossenen Mietvertrag für das neue Gebäude festgelegt worden. Auf
Grund der schnellen Marktveränderungen des Geschäftsfeldes werden bereits im
Vorfeld hohe Investitionen in die Automatisierungstechnik ausgeschlossen, so dass
das neue Kommissioniersystem nach einem PzW-Prinzip aufgebaut sein soll.
Im Folgenden werden die verschiedenen Planungsvarianten vorgestellt, welche als
Lösungen erarbeitet und modelliert wurden.
Kopfgang der Gassen als Hauptgang, Basis mittig am Rand, keine
Abkürzungsmöglichkeiten (Typ 1A),
Kopfgang der Gassen als Hauptgang, Basis mittig am Rand, eine
Abkürzungsmöglichkeit in den Gassen (Typ 1B),
Kopfgang der Gassen als Hauptgang, Basis mittig am Rand, zwei
Abkürzungsmöglichkeiten in den Gassen (Typ 1C),
Kopfgang der Gassen als Hauptgang, Basis mittig am Rand, maximale
Anzahl (fünf) an Abkürzungsmöglichkeiten in den Gassen (Typ 1D),
Mittelgang als Hauptgang, Basis in der Mitte vor dem
Kommissionierbereich, keine Abkürzungsmöglichkeiten (Typ 2A),
Mittelgang als Hauptgang, Basis in der Mitte vor dem
Kommissionierbereich, eine Abkürzungsmöglichkeit (Typ 2B),
Mittelgang als Hauptgang, Basis in der Mitte vor dem
Kommissionierbereich, zwei Abkürzungsmöglichkeiten (Typ 2C),
Mittelgang als Hauptgang, Basis in der Mitte vor dem
Kommissionierbereich, maximale Anzahl (drei) an
Abkürzungsmöglichkeiten (Typ 2D),
172
Beispielhafte Anwendung
Mittelgang als Hauptgang, Basis in der Mitte innerhalb des
Kommissionierbereichs, keine Abkürzungsmöglichkeiten (Typ 3A),
Mittelgang als Hauptgang, Basis in der Mitte innerhalb des
Kommissionierbereichs, eine Abkürzungsmöglichkeit (Typ 3B),
Mittelgang als Hauptgang, Basis in der Mitte innerhalb des
Kommissionierbereichs, zwei Abkürzungsmöglichkeiten (Typ 3C),
Mittelgang als Hauptgang, Basis in der Mitte innerhalb des
Kommissionierbereichs, maximale Anzahl (drei) an
Abkürzungsmöglichkeiten (Typ 3D).
Abkürzungen
Basis
Verpackung
Versand
Die Planungsvarianten vom Typ 1B, 2A und 3A werden zur Veranschaulichung in
Abbildung 8-1, Abbildung 8-2 und Abbildung 8-3 dargestellt.
Abbildung 8-1: Darstellung der Planungsvariante Typ 1B
173
Versand
Verpackung
Basis
Verpackung
Versand
Beispielhafte Anwendung
Abbildung 8-2: Darstellung der
Abbildung 8-3: Darstellung der
Planungsvariante Typ 2A
Planungsvariante Typ 3A
Zusätzlich zu den unterschiedlichen Layouts werden verschiedene Prozessvarianten analysiert und ausgearbeitet. Eine der offenen Fragen ist, wie groß die Seriengröße sein soll, d.h. wie viele Aufträge gleichzeitig in einem Sammelgang von einem Kommissionierer bearbeitet werden sollen. Die Bearbeitung von Auftragsserien hat den Vorteil, dass die Pickdichte1 höher ist als bei Einzelaufträgen und somit
die benötigte Zeit je Position sinkt. Begrenzt wird die maximale Anzahl an Aufträgen, die zu einer Auftragsserie zusammengefasst werden können, im Wesentlichen
von Gewicht und Volumen der zu kommissionierenden Artikel. Durch die Kennzahl
des durchschnittlichen Artikelgewichts und –volumens wurde die Auftragsseriengröße auf maximal sechs festgelegt.
Die Variation der genannten Parameter führt zu einem in Abbildung 8-4 dargestellten Untersuchungsraum, für den insgesamt 2.160 Simulationsläufe durchgeführt
wurden.
1
Die Pickdichte ist ein Maß zur Beschreibung der Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Positionen eines Kommissionierauftrags. Bei einer hohen Pickdichte sind die Abstände kürzer.
174
Beispielhafte Anwendung
Abbildung 8-4: Übersicht des Untersuchungsraumes
8.1.4 Ergebnisse und Bewertung
In der Tabelle 8-1 werden die über Simulation ermittelten durchschnittlichen Kommissionierzeiten je Position dargestellt.
175
Beispielhafte Anwendung
Tabelle 8-1:
Durchschnittliche Kommissionierzeiten in [Sekunden] je Position im unterstellten Systemlastszenario „Positiv A“ im Jahr 2009 (Durchschnitt gebildet aus
je fünf Simulationsläufen)
Auftragsseriengröße
Planungsvariante
eins
drei
sechs
Kopfgang der Gassen als Hauptgang, Basis mittig am Rand, keine
Abkürzungsmöglichkeiten (Typ 1A)
21,60
13,20
9,84
Kopfgang der Gassen als Hauptgang, Basis mittig am Rand, eine
19,80
12,60
9,90
18,82
12,61
10,05
18,86
12,63
10,90
Mittelgang als Hauptgang, Basis in der Mitte vor dem
Kommissionierbereich, keine Abkürzungsmöglichkeiten (Typ 2A)
19,80
12,00
9,18
Mittelgang
dem
19,75
12,20
9,66
dem
19,78
12,21
9,84
dem
an
19,80
12,22
10,38
18,00
11,40
8,88
Mittelgang als Hauptgang, Basis in der Mitte innerhalb des
Kommissionierbereichs, eine Abkürzungsmöglichkeit (Typ 3B)
18,10
11,70
9,24
Mittelgang als Hauptgang, Basis in der Mitte innerhalb des
18,25
11,72
9,50
18,30
11,73
10,00
Abkürzungsmöglichkeit in den Gassen (Typ 1B)
Kopfgang der Gassen als Hauptgang, Basis mittig am Rand, zwei
Abkürzungsmöglichkeiten in den Gassen (Typ 1C)
Kopfgang der Gassen als Hauptgang, Basis mittig am Rand,
maximale Anzahl (fünf) an Abkürzungsmöglichkeiten in den Gassen
(Typ 1D)
als
Hauptgang,
Basis
in
der
Mitte
vor
Kommissionierbereich, eine Abkürzungsmöglichkeit (Typ 2B)
Mittelgang
als
Hauptgang,
Basis
in
der
Mitte
vor
Kommissionierbereich, zwei Abkürzungsmöglichkeiten (Typ 2C)
Mittelgang als Hauptgang, Basis
Kommissionierbereich,
maximale
in
der Mitte vor
Anzahl
(drei)
Abkürzungsmöglichkeiten (Typ 2D)
Mittelgang als Hauptgang, Basis in der Mitte innerhalb des
Kommissionierbereichs, keine Abkürzungsmöglichkeiten (Typ 3A)
Kommissionierbereichs, zwei Abkürzungsmöglichkeiten (Typ 3C)
Mittelgang als Hauptgang, Basis in der Mitte innerhalb des
Kommissionierbereichs,
maximale
Anzahl
Abkürzungsmöglichkeiten (Typ 3D)
176
(drei)
an
Beispielhafte Anwendung
Die ermittelten Kommissionierzeiten je Position werden für die verschiedenen Planungsvarianten in Abbildung 8-5 in einem Diagramm dargestellt.
Sekunden je Auftragsposition
11,0
10,0
9,0
Kopfgang
Mittelgang & Basis am Rand
Mittelgang und Basis im Zentrum
8,0
keine
eine
zwei
max.
Anzahl an Abkürzungsmöglichkeiten
Abbildung 8-5: Kommissionierzeit je Position bei einer Auftragsseriengröße von sechs
Der markierte Wert in Abbildung 8-5 ist unter allen untersuchten Planungsvarianten
die bestmögliche erzielbare Kommissionierzeit je Auftragsposition. Dies liegt darin
begründet, dass durch die zentrale Lage der Basis die Anteile der Gassenwechselzeiten reduziert werden können. Ein großer Nachteil dieser Variante stellt jedoch
der Transport der Auftragsbehälter von der Basis zum Versandbereich dar. Um hier
einen kontinuierlichen Fluss zu ermöglichen, wird eine Fördertechnik benötigt. Diese muss mit einem Ebenenwechsel konzipiert sein und erhöht die Investition.
Dies zeigt, dass eine Auswahl der Planungsvariante nicht allein auf der erreichbaren Leistung, sondern unter Berücksichtigung der Kosten getroffen werden muss.
Um die Kommissionierkosten und daraus die Kosten je Auftrag bzw. Position zu
ermitteln, werden aus den Investitionen die Abschreibungen je Jahr ermittelt und
mit den jährlichen Betriebskosten summiert. In der Abbildung 8-6 werden die Kosten je Auftrag für die untersuchten Planungsvarianten dargestellt.
177
Beispielhafte Anwendung
0,98
Kopfgang, Typ 1
Euro je Auftrag bzgl. der Kommissionierkosten
Mittelgang & Basis am Rand, Typ 2
0,97
Mittelgang & Basis zentral, Typ 3
0,96
0,95
0,94
0,93
0,92
0,91
0,90
keine
eine
zwei
Anzahl an Abkürzungsmöglichkeiten
Abbildung 8-6: Kostenvergleich zwischen den Planungsvarianten
Wie in der Abbildung 8-6 durch die Markierung hervorgehoben, sind die Kosten je
Auftrag im Vergleich zu allen untersuchten Planungsvarianten bei der Variante vom
Typ 2A - Mittelgang mit der Basis am Rand - am geringsten. Dieses Ergebnis wird
auch von einer Veröffentlichung von [Schulte 2003] bestätigt. Zusätzlich zu den
Kosten in der Gegenwart müssen darüber hinaus die Kosten in der Zukunft berücksichtigt werden. Der Kostentrend über den Planungshorizont für die Planungsva-
Euro je Auftrag bzgl. der Kommissionierkosten
riante vom Typ 2A wird in Abbildung 8-7 dargestellt.
0,95
0,90
0,85
Szenario "Positiv A"
0,80
Szenario "Positiv B"
Szenario "Konstant"
0,75
2009
2010
2011
Jahre
Abbildung 8-7: Kostenplan für die Planungsvariante Typ 2A
178
2012
Beispielhafte Anwendung
Mit den dargestellten, über die Simulation ermittelten Kennzahlen, lassen sich Planungsvarianten transparent und quantifizierbar vergleichen. Die ausgeprägte und
detaillierte Kenntnis der Leistungs- und Kostenkennzahlen über den gesamten Planungshorizont erhöht die Qualität und Validität des Planungsergebnisses wesentlich im Vergleich zu einer statischen Kostenbetrachtung ohne Zukunftsbezug. Bei
dieser Planungsaufgabe wird letztlich auf Basis des ermittelten Kennzahlengerüsts
die Planungsvariante vom Typ 2A (Mittelgang und Basis am Rand) empfohlen.
179
9 Zusammenfassung und Ausblick
Nicht selten bestimmen Kommissioniersysteme maßgeblich die langfristige Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen. Die Planung muss eine Vielzahl an Anforderungen der Gegenwart und der Zukunft berücksichtigen, um die Zukunftsfähigkeit
eines Kommissioniersystems sicherzustellen. Die hohe Dynamik solcher Systeme
und insbesondere die Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Kommissionierbereichen können ohne rechnergestützte Hilfsmittel nicht berücksichtigt werden.
Viele Planungen der Vergangenheit beruhen auf Erfahrungswerten aus früheren
Projekten und dem Bauchgefühl des Planers. Um die Entscheidung für oder gegen
ein Kommissioniersystem besser abzusichern, werden neue digitale Werkzeuge
benötigt, mit deren Hilfe quantifizierbare Kennzahlen in einer begrenzten Zeit ermittelt werden können.
Die Ablaufsimulation ist ein anerkanntes Planungswerkzeug für die Bewertung der
Dynamik in Materialflusssystemen. Der Einsatz findet jedoch meist in einer sehr
späten Phase der Planung statt, in der Änderungen nur noch begrenzt möglich
sind. Grund für die späte Einbindung der Simulation ist der hohe zeitliche Aufwand
für die Modellerstellung und die damit verbundenen Kosten. Diese Arbeit zeigt auf,
dass durch eine Standardisierung des Planungsvorgehens und der Modellierung
von parametrierbaren Simulationsbausteinen das Werkzeug der Ablaufsimulation
planungsbegleitend genutzt werden kann. Es wird eine simulationsgestützte Planungsumgebung konzipiert, umgesetzt und beispielhaft angewandt.
In den theoretischen Grundlagen zu Beginn der Arbeit werden der Begriff der Planung, die anzuwendende Methodik sowie das Werkzeug der Ablaufsimulation und
die wesentlichen Merkmale beschrieben.
Für die Erstellung der Simulationsbausteine wird zunächst eine allgemeine Systematik aufgezeigt. Es erfolgt eine Abgrenzung verschiedener Kommissionierverfahren, um ähnliche Prozessabläufe in parametrierbaren Bausteinen zusammenzufassen. Diese sind die klassische Person-zur-Ware-Kommissionierung, Person-zurWare-Kommissionierung im Hochregallager mit manuellen Regalbediengeräten,
Person-zur-Ware-Kommissionierung in Zonen mit statischer Bereitstellung, klassische Ware-zur-Person-Kommissionierung, inverse Kommissionierung und Kommissionierung in Zonen mit statischer & dynamischer Artikelbereitstellung. Um die
Bausteine beliebig zu kombinieren und in einen Bausteinkasten zu integrieren,
werden vor ihrer Entwicklung die Schnittstellen definiert, ein Format für die Auf-
181
Zusammenfassung und Ausblick
tragsdaten festgelegt und eine einheitliche Modellierung der Kommissionierer bzw.
des Personals gewählt. Des Weiteren werden die von der Simulation zu ermittelnden Zielgrößen, der Einsatz von Methods-Time-Measurement sowie die an die
Entwicklung anschließenden Verifikations- und Validierungsmöglichkeiten aufgezeigt.
Die Entwicklung der Simulationsbausteine wird vom konzeptionellen Aufbau mit
schematischen Layouts bis zur Verifikation und Validierung des Simulationsbausteins dargestellt. Dabei wird auf verwendete Abstraktionsmechanismen wie z.B. die
strenge Modularisierung eingegangen. Die Versorgung der entstandenen Simulationsbausteine mit den passenden Daten erfolgt durch die Nachbildung von Warehouse-Management-System-Funktionen. Eine Funktion stellt dabei die Transformation des Kundenauftrags in Kommissionieraufträge entsprechend des modellierten
Kommissioniersystems dar. Aber auch Funktionen von der Datengenerierung über
die Artikelgruppenbildung bis hin zur Auftragsserienbildung wurden implementiert.
Es entstand eine relationale Datenbank, in der das Gerüst aller Planungsdaten erzeugt und gehalten werden kann.
Die Entwicklung einer Ausführungsumgebung zur Einbettung der Simulationsbausteine dient der Anbindung der Bausteine an die nachgebildeten WarehouseManagement-System-Funktionen. Durch diese Umgebung lassen sich modellierten
Kommissioniersystemvarianten automatisch erzeugen und die Simulationsläufe
ohne Benutzereingriff durchführen.
Um nach der Simulationsphase Entscheidungen treffen zu können, wird die Kennzahlenermittlung zur Verdichtung der ermittelten Daten dargestellt. Die Darstellung
eines Praxisbeispiels weist die Anwendbarkeit nach. Eine Empfehlung für ein
Kommissioniersystem allein auf Basis der Artikel- und Auftragsstruktur kann ohne
die Kenntnis über projektspezifische Einflussfaktoren nicht erfolgen. Da bereits das
Optimierungsproblem der Wegfindung in manuellen Kommissioniersystemen als
NP-vollständig bekannt ist, ist auch die Kommissioniersystemplanung nicht in polynomieller Zeit optimal zu lösen. Durch den simulationsgestützten Systemvergleich
kann aber eine Näherungslösung ermittelt werden, die der besten modellierten Planungsvariante entspricht. Aus einer Untersuchung vieler Lösungsmöglichkeiten lassen sich Trends hinsichtlich einer optimalen Lösung erkennen.
Durch die Ermittlung von Kennzahlen für Planungsvarianten in Abhängigkeit der
Artikel- und Auftragsstruktur, welche erstmalig bereits in der Grobplanungsphase
182
Zusammenfassung und Ausblick
mit hoher Genauigkeit bestimmbar sind, wird die Sicherheit bei der Kommissioniersystemauswahl erhöht. Dies trägt zu einer signifikanten Verbesserung und Absicherung des Planungsergebnisses bei.
Neben der Nutzung der Planungsumgebung zur Lösung von Planungsaufgaben,
lassen sich für definierte Szenarien Gestaltungsempfehlungen gemäß bereits erfolgter Veröffentlichungen ableiten [Ulbrich 2009a, Ulbrich 2008].
Die langfristige Nutzung einer Planungsumgebung für Kommissioniersysteme hängt
wesentlich von dem Übereinstimmungsgrad der abbildbaren Modelle mit den realen
Systemen zusammen. D.h. ein wichtiger weiterer Entwicklungsschritt ist die ständige Weiterentwicklung der Bausteinbibliothek. Dies können Erweiterungen von bestehenden Bausteinen sein, die zusätzliche Strategien wie z.B. Largest-Gap oder
Dynamic Programming in der Wegfindung umfassen, aber auch innovative Steuerungen von neu auf dem Markt angebotenen automatisierten Kommissioniersystemen. Grundsätzlich können auch einzelne Module der Warehouse-ManagementSystem-Funktionen ausgetauscht bzw. erweitert werden, um die Steuerung zu verbessern. Denkbar sind hier z.B. auftragsorientierte Lagerbelegungsstrategien.
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Datenbankschema
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Anhang
198
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