Die optimale Losgröße im Spannungsfeld zwischen Rüstzeiten ... · 2x VW-Teil TAG-MK 58917...
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Fabrikanlagen und LogistikInstitut für
Prof. Dr.-Ing. habil. Peter Nyhuis
LeibnizUniversität Hannover
Losgrößenverfahren -Die optimale Losgröße im Spannungsfeld zwischen Rüstzeiten und Beständen
Dipl.-Ing. Andreas FischerDipl.-Ing. Tim Busse
Wedemark, 27.09.2006
Bild 1© Institut für Fabrikanlagen und Logistik
Inhalt
1. Vorstellung des Instituts für Fabrikanlagen und Logistik 1. Vorstellung des Instituts für Fabrikanlagen und Logistik
2. Grundlagen der Losgrößenbildung2. Grundlagen der Losgrößenbildung
3. Anwendung und Wechselwirkungen der Losgrößenbildung3. Anwendung und Wechselwirkungen der Losgrößenbildung
Bild 2© Institut für Fabrikanlagen und Logistik
Das IFA als integraler Bestandteil des PZH[PZH GmbH]
• Ca. 230 Wissenschaftliche Mitarbeiter• Ca. 110 Technische Mitarbeiter/Verwaltungsangestellte• Ca. 400 Studentische Hilfskräfte• Ca. 800 Studierende• Nutzfläche: 22.000 m²• 14 Firmen mit ca. 45 Mitarbeitern
Leitsätze PZH• Konzentration der Produktionstechnik und Abbildung der
Prozesskette durch die Zusammenführung von 6 Instituten• Förderung der Kommunikation durch anspruchsvolle
Architektur• Integration von Wissenschaft und Industrie
1 1
1
2
22
2
3
1 Versuchshallen und Labore 2 Bürobereich 3 Hörsaal und Bibliothek
Bild 3© Institut für Fabrikanlagen und Logistik
Organisationsstruktur des IFA
Prozesssicherheit Wertschöpfung
Fabrikplanung (FAP)
Prozessfähigkeit
Layout
Werks-struktur Aufgaben
Anlagen
Fertigung
Lager
Montage
Produktionsmanagement (PM) Produktionsanlagen (PA)
Arbeitswissenschaft (AWI)
Arbeitsorganisation Arbeitswirtschaft Arbeitsgestaltung
Mensch
Bild 4R. Kluge© Institut für Fabrikanlagen und Logistik
Losgröße im Spannungsfeld zwischen Rüstzeiten und Beständen
hohe Termintreue
kurzeDurchlaufzeit
hoheAuslastung
niedrige Bestände
Liefer
treue Lieferzeit
Kapitalbind
ungs
kost
enHerstellkosten
L o g i s t i k l e i s t u n g
L o g i s t i k k o s t e n
Wirtschaft-lichkeit
Geringe Herstellkosten bedingen hohe Losgrößen. Diese widersprechen jedoch dem Ziel nach geringen Beständen.
G4046SW_Wd
Bild 5© Institut für Fabrikanlagen und Logistik
Inhalt
1. Vorstellung des Instituts für Fabrikanlagen und Logistik 1. Vorstellung des Instituts für Fabrikanlagen und Logistik
2. Grundlagen der Losgrößenbildung2. Grundlagen der Losgrößenbildung
3. Anwendung und Wechselwirkungen der Losgrößenbildung3. Anwendung und Wechselwirkungen der Losgrößenbildung
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Konventionelle Verfahren der Losgrößenberechnung
Verfahren derLosgrößenberechnung
stochastisch
Bestellrhythmus-verfahrenBestellmengen-verfahrenBestellpunkt-verfahren
statisch
Grundmodell (ANDLER)erweitertes Grundmodell
WAGNER-WHITIN-AlgorithmusSILVER-MEAL-Verfahrendynamische oder gleitendewirtschaftliche Loßgröße/VergleichswertmethodeCost-Balancing-Concept/Part-Period-AlgorithmusVerfahren nach Groff
deterministisch
dynamisch
G1830NP
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Losgrößenbestimmung nach Andler
Losgröße x [Stück]
Lage
rhal
tung
skos
ten
K L[€
/Jah
r]
Stückkosten[€/Stück]Kapitalbindungs-kostensatz [%]
S
p
KL = x • S • p
200
:
:
Losgröße x [Stück]
Auf
trags
aufla
geko
sten
KA
[€/J
ahr]
Auftragsauflage-kosten [ € ]Jahresbedarf[Stück/Jahr]
E
mKA = E • mx
:
:
Losgröße x [Stück]
KGes = KL + KA
Optimale Losgröße x0:
x0 = p • s200 • E • m
Jähr
liche
losa
bhän
gige
Kos
ten
KG
es[€
/Jah
r]
G1804NP
Bild 8© Institut für Fabrikanlagen und Logistik
Anwendungsvoraussetzungen für die Losgrößen-bestimmung nach dem Grundmodell von Andler
• Die Kosten je Einheit sind unabhängig von der Losgröße.
• Der Bedarf ist bekannt und konstant.
• Fehlmengen sind nicht zugelassen.
• Die Produktionsgeschwindigkeit ist unendlich groß.
• Die Kosten für die Lagerung und den Auftragswechsellassen sich hinreichend genau bestimmen.
• Die Fertigungs- und Lagerkapazitäten sind unbegrenzt.
• Es liegt eine einstufige Fertigung vor.
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Anforderungen an ein zeitgemäßes Losgrößenbestimmungsverfahren
Rüstkosten
x
Lagerkosten
x = Losgröße
HerkömmlicheBetrachtung derZusammenhänge
Flexibilität
x
mittl. Durchlaufzeit
x
ZusätzlichenotwendigeBetrachtung derZusammenhänge
Ausbringung
xKapitalbindung
x
Termineinhaltung
x
Eilaufträge
x
HF-Bestand
x
G1810NP
Bild 10© Institut für Fabrikanlagen und Logistik
Anwendungsvoraussetzungen für dynamische Rechenverfahren (hier: Wagner-Whitin)
• Die Kosten je Einheit sind unabhängig von der Losgröße.
• Der Bedarf ist zeitpunktgenau bekannt.
• Fehlmengen sind nicht zugelassen.
• Jede Auflage erfordert konstante Rüstkosten.
• Die Kosten für die Lagerung und den Auftragswechsellassen sich hinreichend genau bestimmen.
• Die Fertigungs- und Lagerkapazitäten sind unbegrenzt.
• Es liegt eine einstufige Fertigung vor.
• …
Dynamische Losgrößenverfahren bieten sehr exakte Lösungen an. Die Berechnungen sind jedoch komplex und zeitintensiv. Darüber hinaus ist die zeitpunktgenaue Kenntnis von diversen Größen notwendig.
G1837NP
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Prinzip der durchlauforientierten Losbildung
des Absatzverlaufes
AbsatzBeschaffung
Kapitalbindungskosteneines Produktions-auftrags infolge:
Produktion
der Liegezeiten in der Produktion
der Auftragsbearbeitung
Kapitalbindung im Auftragsdurchlauf
Zeit
Wer
t
Berücksichtigung der Kapitalbindungs-kosten im Rahmen der Losbildung
Auftragswechselkosten
X1 (Grundmodell)
Fertigungslosgröße
Losa
bhän
gige
Kos
ten
X2 (Integrierter Ansatz)X3 (durchlauforientierte Losbildung)
G1813NP
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Ableitung der durchlauforientierten Losbildung
Losab-hängigeKosten
Auftrags-wechsel-kosten
Lager-haltungs-
kosten
Fertigungs-bestandskosten
(Durchführungszeit)
Fertigungs-bestandskosten(Übergangszeit)
KL
+ + +=
+ + += mx E
200p s x (s + s0 ) p m
ZDFΣ200 UZ
Losabhängige Kosten
(s + s0 ) p m ZUEΣ200 UZ
Berechnung optimaler Losgrößen dKdx : = 0
Grundmodell (ANDLER):
200 m EΣp s
X01 =
Durchlauforientierte Losbildung:
60 UZp s +
KAPΣX03 =
200 m ΣE(s + s0 ) p m FG te
ZDFZUE
::
Durchführungszeit [BKT]Übergangszeit [BKT]
Variablen
KLmsEp
:::::
Losabhängige Kosten [€]Bedarf [Stück]Herstellkosten [€/Stück]Auftragswechselkosten [€]Kapitalbindungssatz [%]
s0 : Materialkosten [€/Stück]
UZ : Dispositionszeitraum [BKT]:FG Flußgrad [-] ((ZDF + ZUE)/ZDF)
:te Bearbeitungszeit [min/Stück]KAP : Kapazität je Tag [Std/BKT]
G1815NP
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Wirkungsweise der durchlauforientierten Losbildung
Reduzierung der LosgrößenHarmonisierung der Auftragszeiten
hohe Kapitalbindungskostenin der Fertigungstarke Losgrößenreduzierung
Auftrags-wiederholkosten
große Bearbeitungszeiten:
Losgröße
Kos
ten
Lagerung
Bearbeitungszeit
Liegezeit
geringe Kapitalbindungskostenin der Fertigunggeringe Losgrößenreduzierung
kleine Bearbeitungszeiten:
Losgröße
Kos
ten
G1814NP
Bild 14© Institut für Fabrikanlagen und Logistik
Zusammensetzung losabhängigerKosten für ausgewählte Losgrößenverfahren
Konventionelle Kostenbewertung
Losabhängige Kosten(relativ zum Grundmodell)
200 % 150 100 50
0
Erweiterte Kostenbewertung
Losabhängige Kosten(relativ zum Grundmodell)
200%15010050
0Integrierter Ansatz
Grundmodell(Andler)
Wagner-Whitin-verfahren
Losgrößen-bestimmungs-
verfahren
RüstkostenLagerhaltungskosten Fertigungsbestands-
kosten
DurchlauforientierteLosbildung
Lot for Lot (2 Wo.)
G1817f
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Inhalt
1. Vorstellung des Instituts für Fabrikanlagen und Logistik 1. Vorstellung des Instituts für Fabrikanlagen und Logistik
2. Grundlagen der Losgrößenbildung2. Grundlagen der Losgrößenbildung
3. Anwendung und Wechselwirkungen der Losgrößenbildung3. Anwendung und Wechselwirkungen der Losgrößenbildung
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Beispiel-Untersuchungsbereich (MKH 416 )
Fertigwarenlager
Verpackungsmaterial+ Zubehör (9x P-Teile)
3x P-Teile
TAG-MK58917 1511
Zubehör2x VW-Teil
TAG-MK58917
Montage + Endprüfung
TAG-VorfertigungEinsprache
Scheibe
TAG-VorfertigungInnenrohr
13091
TAG-RRKondensator-Kapsel
58926Montage + Prüfung
TAG-VorfertigungAußenrohr
14612
TAG-BU (2.Etage)Chassis mit
LP 86017Montage + Prüfung
10x P-Teile
Chassis589302x LP-Best.
TAG-DaseiPlatte
Dämpfung
TAG-Vorf.Flanschhülse
Rohr
TAG-Vorf.Gewindering
Buchse2x ScheibeGehäuse
Gaze
Steckerhülse86012
TAG-HandWellenlötung
TAG-Vorf.Fräsen
SchleifenNieten
TAG-Vorf.Bohren
WaschenSchleifenLackieren
TAG-PanaSMD-Best.
TAG-HandSpule
7x P-Teile 1x P-Teile TAG-Vorf.Lackieren
ExternGravur
ExternOberfläche
TAG-Vorf.Außenrohr
SägenDrehenStanzen
Sandstrahlen
Bild 17© Institut für Fabrikanlagen und Logistik
Stückliste MKH 416
001511
058917
014476
55638
086017
014612
013091
020182
010628
040235
040236
058936
010723
086012
058930
011150
010589
053890
058945
053826
053884
058941
053886
011983
084486
057445
033691
058965
033420
028633
084487
Stufe XStufe 0Stufe 1Stufe 2Stufe 3Stufe 4
LagerLagerLagerLagerLager
058934
0
M : Mfg. Assembly or Sub-Assembly
: Extern
083229
: Phantom
Bild 18© Institut für Fabrikanlagen und Logistik
Vorgehen zur Losgrößenbestimmung
Vorgehen zur Losgrößenbestimmung
1. Ermittlung des Gesamtbedarfs je Baugruppe unter Berücksichtigung der Mehrfachverwendungen.
2. Berechnung der wirtschaftlich optimalen Losgrößen.
3. Reduktion der wirtschaftlich optimalen Losgrößen auf maximal drei Monatsbedarfe.
4. Anpassung der Losgrößen an ein Vielfaches der Verbraucherlosgröße (um Restmengen zu vermeiden). Die Losgrößen sollten sich hierbei am wirtschaftlichen Optimum orientieren.
5. Bei geradlinigen Materialflüssen ist die Vermeidung der Lagerung durch angepasste Losgrößen zu überprüfen.Insbesondere für die Losgrößen der durchlaufzeitbestimmenden Baugruppen gilt: Sie sollten klein und falls möglich über Fertigungsstufen hinweg konstant sein.
AVG1 AVG2AVG1 AVG2 AVGn
wirtschaftliche LG1657 Teile
wirtschaftliche LG234 Teile
monatl. Verbrauch400 Teile
Beispiel zur Losgrößenbestimmung
gewählte LG1200 Teile
gewählte LG200 Teile
12
3 4 5
2
4
Lager oder Puffer?
LG = Losgröße
Bild 19© Institut für Fabrikanlagen und Logistik
Schritt 1: Ermittlung des Gesamtbedarfs
0
250
500
750
1000
1250
1500
1750
2000
2250
2500
01.0
1.20
05
31.0
1.20
05
02.0
3.20
05
01.0
4.20
05
01.0
5.20
05
31.0
5.20
05
Datum
Men
ge (k
umm
ulie
rt)
Lagerabgang MKH 416 (1511)Lagerzugang Mikrofon (58917)Lagerzugang Etui (55638)
Durchlaufdiagramm der Baugruppen vor dem Verpacken
Bild 20© Institut für Fabrikanlagen und Logistik
Schritt 2: Berechnung der wirtschaftlich optimalen Losgrößen
Durchlauforientierte Losbildung
60 UZp s +
KAPΣX03 =
200 m ΣE(s+s0) p m FG te
Baugruppe Bezeichnung LG (Plan) gefertigte LG Rüstzeit Rüst-
kostenBearbeitungs-
kostenwirtschaftlich optimale LG
Potenzial (opt. LG)
[Stück] [Stück] [Stunden] [€] [€] [Stück] [€]
58917 Mikrofon 150 45 0,1 4,36 10,22 22 513,0186017 Chassis 426 68 0,1 4,36 24,97 25 986,2458936 Kapsel 270 47 0,07 3,05 9,32 46 0,8311983 Außenrohr 580 436 0,085 3,71 5,34 73 927,0557445 Spule 775 208 0,1 4,06 8,23 93 155,4433691 Außenrohr 425 353 0,1 4,06 0,07 143 95,1233420 Außenrohr roh 1000 1000 3,96 283,58 10,81 798 115,6253826 Systemscheibe 1920 1074 7,65 547,82 9,44 1249 10,5058930 Chassis 600 373 10,25 734,00 10,97 1220 3528,9713091 Innenrohr 440 141 0,1 4,36 3,34 179 3,8353884 Gehäuse 800 488 2 81,20 2,56 1117 205,8784486 LP-SMD 700 709 0,1 7,16 1,65 303 75,1120182 Einsprache 560 417 0,1 4,36 0,50 291 8,8286012 Steckerhülse 1000 457 6,25 447,56 6,74 1454 1728,5753890 Gew.ring 800 815 3 121,80 1,20 2259 247,8458945 Buchse 960 967 2,5 109,05 1,07 2324 155,5653886 Systemscheibe 960 774 4,25 304,34 1,68 3116 915,3210723 Dämpfung 1000 1000 0,03 1,22 0,17 675 1,2283229 LP-SMD 850 853 0,1 7,16 0,17 773 0,3758965 Spulenkörper 1000 1000 0,1 4,06 0,28 637 5,7558941 Gaze 675 1350 0,1 4,06 0,02 1837 0,8810628 Scheibe 1100 1100 0,42 17,05 0,13 2902 24,8711150 Flansch 1000 812 2,75 196,93 2,08 2211 393,8710589 Platte 1000 1000 0,1 4,06 0,04 2798 8,95
10109,63LG = Losgröße definierter Wert
Bild 21© Institut für Fabrikanlagen und Logistik
Schritt 3 und 4: Ergebnis der Losgrößenanpassung
001511
058917
014476
55638
086017
014612
013091
020182
010628
040235
040236
058936
010723
086012
058930
011150
010589
053890
058945
053826
053884
058941
053886
011983
084486
057445
033691
058965
033420
028633
084487
058934
0
M
: Phantom
: Mfg. Assembly orSub-Assembly
: Extern
083229
Lager
Lager
Lager
Lager
Lager
Lager
Lager
Lager
Lager
Lager
Lager
Lager
Lager
Lager
Lager
Lager
Lager
Lager
Lager
Lager
Lager
Lager
Lager
Lager
Lager
Lager
Lager
Lager : Umlaufbestand
: KG-Lager
1000 799
1000 918
353 (298)
1000 2214
208 95
709 416
812 2214
1000 690
457 1454
853 1585
373 1238
436 87
141 197
45 26
1100 2937
417 570
86 26
47 51
774 3132
1350 3977
488 1121
1074 1251
967 2340
815 2275
200
100
200
1200
100
400
1200
800
1200
1200
1200
200
50
50
1200
400
50
50
5000
400
1200
1200
1200
1200
1200
1200
Bedarf:
ca. 400 / Monat
123
123
123
: gefertigte Losgröße
: optimale Losgröße
: gewählte Losgröße
5000
1200
Bild 22© Institut für Fabrikanlagen und Logistik
Wechselwirkungen zwischen Losgrößen und Bestandsanteilen im Lager
Zeit
Bestand
Sicherheitsbestand
mittlererBestand(Soll)
Losg
röße
Losbestand
Der Sicherheitsbestand wird über die Wiederbeschaffungs-zeit und damit indirekt über die Losgröße beeinflusst.
Der Losbestand wird direkt über die Losgröße beeinflusst
Bild 23© Institut für Fabrikanlagen und Logistik
Lagerbestandspotenzial für das MKH 416
Ist-Situation
Festlegen eines angepassten
SicherheitsbestandesReduzierung des mittleren Lagerbestandswertes um
10,8 %
Stufe 1
Einbeziehung der optimierten Losgrößen
Reduzierung des mittleren Lagerbestandswertes um
58,9 %
Stufe 2
Reduzierung der Durchlaufzeiten um 30 %Reduzierung des mittleren
Lagerbestandswertes um64,3 %
Stufe 3
ohne Sicherheits-bestand
Reduzierung des mittleren Lagerbestandswertes um
76,8 %
Stufe 4
Bauteil Bezeichnung Losgröße durchschnittlicher Bestand Stückkosten mittlerer
Bestandswert
86017 Chassis 426 385 € 77,94 € 29.975,0757445 Spule 775 1158 € 22,27 € 25.784,7258936 Kapsel 270 249 € 37,48 € 9.333,0211983 Außenrohr 580 317 € 22,92 € 7.256,7684486 LP-SMD 700 1226 € 4,60 € 5.636,1753884 Gehäuse 800 951 € 5,49 € 5.216,6158930 Chassis 600 742 € 6,61 € 4.906,4033691 Außenrohr 425 343 € 13,76 € 4.716,6214476 Schnellwechselkl. 400 2303 € 1,72 € 3.967,0353826 Systemscheibe 1920 480 € 7,74 € 3.714,3853890 Gew.ring 800 1582 € 1,86 € 2.948,5955638 Etui 400 635 € 4,08 € 2.592,5820182 Einsprache 560 568 € 3,51 € 1.993,3513091 Innenrohr 440 330 € 5,94 € 1.961,1658941 Gaze 675 5607 € 0,34 € 1.920,9610723 Dämpfung 1000 1749 € 0,94 € 1.643,0153886 Systemscheibe 960 1529 € 0,95 € 1.448,2058945 Buchse 960 1441 € 0,99 € 1.427,8386012 Steckerhülse 1000 705 € 2,00 € 1.413,4883229 LP-SMD 850 1588 € 0,80 € 1.276,4458965 Spulenkörper 1000 1370 € 0,53 € 729,8040235 Schraube / Mutter 5000 17044 € 0,02 € 414,1811150 Flansch 1000 1951 € 0,20 € 396,2910628 Scheibe 1100 939 € 0,29 € 268,1440236 Schraube / Mutter 5000 25380 € 0,01 € 205,5810589 Platte 1000 1823 € 0,10 € 180,0758917 Mikrofon 150 0 € 162,97 € 0,0033420 Außenrohr roh 1000 0 € 12,38 € 0,00
€ 121.326 definierte Werte
Ist-Situationmittlere Bestände MKH 416= Summe aus KG- und
Umlaufbestand
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Zusammenfassung des Projekts
Ziele • Sinnvolle Losgrößen • Niedrige Umlaufbestände • Verringerte Durchlaufzeiten• Hohe Flexibilität der Produktion• Hohe Lieferbereitschaft
Die Losgrößen werden unter Berücksichtigung wirtschaftlicher undproduktionsspezifischer Aspekte bestimmt und um durchschnittlich11 % gesenkt.
Sinnvolle Losgrößen
Niedrige Bestände Durch Anpassung der Sicherheitsbestände in den Lagerstufen und Einbeziehung der ermittelten, sinnvollen Losgrößen können die Lagerbestände für Bauteile des MKH 416 um 58,9 % gesenkt werden.
Die Analyse der Arbeitssysteme weist Ansätze zur Umlaufbestandsreduzierung auf (Engpass-Arbeitssysteme).
Verringerte Durchlaufzeiten Die Auftrags-Durchlaufzeit kann bei Einhaltung der Plandaten aufgrund der reduzierten Losgrößen (besonders im Durchlaufzeit bestimmenden Pfad) verringert werden.
Hohe Flexibilität der Produktion Die Verringerung der Losgrößen und die Senkung der Bauteilbestände steigern die Flexibilität der Produktion .
Bild 25© Institut für Fabrikanlagen und Logistik
Umsetzung der Maßnahmen zur Bestandsreduzierung
15/08/05 Losgrößen und Sicherheitsbestände für MKH 416 (1511) exemplarisch angepasst(Reduzierung der Baugruppenbestände von 120 T€ auf 70 T€ bis 31/10/05)
15/09/05 IFA Logistik- und Softwareschulung der Mitarbeiter (PRP)
30/09/05 Umsetzung der Ergebnisse auf die gesamte MKH-Linie (9 Produkte)
30/09/05 Überprüfung und Korrektur der Wiederbeschaffungszeiten bei Baugruppen mit externen Arbeitsgängen (Oberfläche, Gravur usw.)
30/11/05 Umsetzung der Ergebnisse auf wesentliche HF-Produkte (25 Produkte)
30/11/05 Umsetzung der Ergebnisse auf wesentliche MK/RR-Produkte (40 Produkte)
30/04/06 Umsetzung der Ergebnisse auf alle sinnvollen Produkte (70% aller Produkte)
parallel Nachhaltigkeit der optimierten Fertigungslosgrößen wird durch eine kontinuierliche Wiederholung der Methode gewährleistet (bisher: zeitbezogenen; zukünftig: bedarfsbezogen)
Bild 26© Institut für Fabrikanlagen und Logistik
Kontakte
Für weitere Fragen stehen wir gerne zur Verfügung:
Institut für Fabrikanlagen und Logistik
Prof. Dr.-Ing. habil. P. NyhuisAn der Universität 230823 Garbsen
Tel.: 0511 / 762-2440Fax.: 0511 / 762-3814www.ifa.uni-hannover.de
Ihre Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Andreas Fischer Durchwahl: [email protected]
Dipl.-Ing. Tim Busse Durchwahl: [email protected]