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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur automatischen Bestimmung einer Korrektur-Zeitspanne zur Korrektur
einer Ist-Vorlaufzeit
für die
Lieferung eines Vorprodukts, das von einem Lieferglied eines Fertigungsnetzwerks
hergestellt wird.
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Ein komplexes Endprodukt, z. B. ein
Kraftfahrzeug, wird heute meist in einem umfangreichen Fertigungsnetzwerk
von miteinander verbundenen Liefergliedern gefertigt. Beispielsweise
liefern zwei Lieferglieder A und B zwei Vorprodukte V_A und V_B
an ein nachfolgendes Lieferglied, das ein Zwischenprodukt erzeugt und
dafür die
Vorprodukte V_A und V_B verwendet. Das Zwischenprodukt wird an ein
weiteres nachfolgendes Lieferglied oder an einen Endabnehmer im
Fertigungsnetzwerk, z. B. einen Hersteller von Kraftfahrzeugen,
geliefert.
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Das Vorprodukt, dessen Vorlaufzeit
bestimmt werden soll, wird von einem bestimmten Lieferglied des Fertigungsnetzwerkes
hergestellt. Bestand und Bedarf des Vorprodukts werden durch Vielfache
einer vorgegebenen Basismenge gemessen. Die Basismenge ist beispielsweise
ein Stück
des Vorproduktes. Mit dem Begriff „Vorlaufzeit" („lead time") für ein bestimmtes
Vorprodukt wird die Zeitspanne bezeichnet, die zwischen der Fertigstellung
einer bestimmten Menge des Vorprodukts durch ein Lieferglied und
der Verwendung dieser Menge bei einem Endab nehmer des Fertigungsnetzwerkes
verstreicht. Der Endabnehmer verwendet die Menge beispielsweise
dadurch, daß er
Zwischenprodukte, die nachfolgende Lieferglieder unter Verwendung
des Vorprodukts herstellen, in sein Endprodukt einbaut.
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Die Kenntnis der richtigen Vorlaufzeit
für das
Vorprodukt ist sowohl für
den Hersteller des Vorprodukts als auch für den Endabnehmer ein kritischer
Faktor – insbesondere
dann, wenn der Bedarf des Endabnehmers über der Zeit schwankt. Ein
schwankender Bedarf wird beispielsweise durch eine zeitlich variable
Nachfrage nach dem Endprodukt oder durch eine kundenindividuelle
Fertigung des Endproduktes, bei dem das Vorprodukt nur in einigen
Varianten des Endproduktes verwendet wird und das Endprodukt erst
nach Vorliegen eines Kundenauftrags gefertigt wird, verursacht.
Wird von einer zu großen
oder zu kleinen Vorlaufzeit ausgegangen, so reagiert das Lieferglied,
welches das Vorprodukt herstellt, zu früh bzw. zu spät auf Bedarfsänderungen
für das
Vorprodukt. Dann können
Lieferengpässe
auftreten, in deren Folge der Endabnehmer Nachfragen von Kunden
nicht rechtzeitig befriedigen kann. Oder Lagerbestände bei
einem Lieferglied oder beim Endabnehmer werden größer als
erforderlich, was z. B. erhöhte
Kosten für
Lagerhaltung und für
gebundenes Kapital und das Risiko von Schäden am zwischengelagerten Vorprodukt
zur Folge hat. Im Extremfall kann ein nachfolgendes Lieferglied
oder der Endabnehmer überzählige Vorprodukte
im Lager überhaupt
nicht mehr verwenden, z. B. weil die Produktion des Endprodukts
beendet wird.
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Von Liefergliedern wird erwartet,
daß sie
auf Bedarfsänderungen
flexibel reagieren können
und ihre Produktion je nach Bedarf steigern oder reduzieren können. Daher
wird ein Verfahren gewünscht,
um die Vorlaufzeit zu bestimmen, wobei die Zeitspanne zwischen Fertigstellung
durch das Lieferglied und Verwendung durch den Endabnehmer unabhängig von
der fertiggestellten Menge des Vorproduktes sein soll.
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Ein klassisches Vorgehen besteht
darin, die „lokalen
Vorlaufzeiten" zwischen
jeweils einem Lieferglied und einem unmit telbar nachfolgenden Lieferglied
zu addieren und so eine Vorlaufzeit für die Zeitspanne zwischen der
Fertigstellung bei einem Lieferglied und der Verwendung beim Endabnehmer
zu bestimmen. Aus H. L. Lee, V. Padmanabhan, S. Whang: „Der Peitscheneffekt
in der Absatzkette",
Harvard Business Manager Nr. 4 (1997), ist ein als „Peitscheneffekt" („bullwhip
effect") bezeichneter
Nachteil dieses Vorgehens bekannt: Die Varianz der Bestellmengen
und damit der „lokalen
Vorlaufzeiten" nimmt
mit zunehmender Entfernung im Fertigungsnetzwerk zwischen Lieferglied
und Endabnehmer zu. Für
die gesamte Vorlaufzeit zwischen Lieferglied und Endabnehmer kann
lediglich ein großes
Intervall angegeben werden. Die Gefahr ist groß, daß zu viele oder zu wenige Exemplare
des Vorprodukts geliefert werden, was die oben beschriebenen Nachteile
hat und überdies
zu erhöhten
Lagerbeständen
und nicht benötigten
Kapazitätsreserven
führt.
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In
US
5,231,567 wird ein Produktionsplanungssystem offenbart,
das u. a. die Vorlaufzeit („lead
time") aus einer
Fertigungskapazität
(„production
capacity") und einem
zeitlich veränderlichen
Bedarf („work
demand") bestimmt.
Im wesentlichen erzeugt das System einen Produktionsplan mit zeitlichen
Aussagen. Hierzu wird eine Vorrichtung zur Schätzung der Vorlaufzeit („lead time
estimate module")
verwendet, das nach einem Ausführungsbefehl
(„lead
time estimate command")
eine Vorlaufzeit aus Daten über
Fertigungskapazität
und Bedarf bestimmt. In einer Ausführungsform wird die Vorlaufzeit
in Abhängigkeit
von veränderter
Fertigungskapazität
mittels Justierungsdaten („capacity
adjustment data")
verändert.
Im einzigen Ausführungsbeispiel,
die beschreibt, wie die Vorlaufzeit bestimmt wird, wird ein neuronales
Netz angewendet, das als Eingangsgrößen Kapazität und Bedarf und als Ausgangsgröße die Vorlaufzeit
hat. Verwiesen wird auf ein Lehrbuch über die Theorie der neuronalen
Netze.
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Bekanntlich wird ein neuronales Netz
mit Stichproben trainiert, die in diesem Falle aus zuvor ermittelten
Wertepaaren für
Kapazität,
Bedarf und Vorlaufzeit bestehen. Zur Bestim mung der Vorlaufzeit
bei gegebenen Werten für
Kapazität
und Bedarf „generalisiert" ein neuronales Netz über die
Stichproben. Damit werden Vorlaufzeiten aus der Vergangenheit in
die Zukunft fortgeschrieben, auch dann, wenn diese sich als nicht
optimal erwiesen haben. Die Druckschrift weist keinen Weg auf, wie
Verbesserungen im Fertigungssystem, die z. B. zu einem besseren,
störungsärmeren Materialfluß führen, berücksichtigt
werden. Eine weitere Begrenzung ist, daß die Schätzung der Vorlaufzeit die Kenntnis
der jeweiligen Fertigungskapazität
erfordert.
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In
US
5,819,232 wird ein Verfahren zur Regelung eines Lagerbestands
offenbart. Der Bedarf des Kunden wird vorhergesagt, dabei werden
mögliche
Bedarfsschwankungen berücksichtigt.
Für den
Lagerbestand werden eine obere und eine untere Schranke bestimmt.
Der Produktionsplan wird so bestimmt, daß der tatsächliche Lagerbestand zwischen
oberer und unterer Schranke liegt. Hierbei wird die Vorlaufzeit
für einen
Kundenauftrag („customer
order lead time")
berücksichtigt,
sie muß zureichend
genau bekannt sein. Nicht offenbart wird, wie diese Vorlaufzeit
ermittelt wird. Um das Verfahren nach
US
5,819,232 ausführen
zu können,
muß es
möglich
sein, die Vorlaufzeit als statistische Zufallsgröße auszudrücken. Ähnlich wie bei
US 5,231,567 werden auch für die Bestimmung
der Parameter der Zufallsgröße Stichproben
benötigt,
und Vorlaufzeiten werden aus der Vergangenheit in die Zukunft fortgeschrieben.
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Aus
JP
11175636 ist ein Simulationssystem für Planung des Warenversandes
bekannt. Um eine Vorlaufzeit („production
lead time") zu bestimmen,
wird eine Verarbeitungszeit für
jeden einzelnen Prozeß („waiting
time") benötigt.
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Aus
JP
00172768 ist eine Vorrichtung bekannt, um den Sicherheitsbestand
eines Lagers zu ermitteln. Eine Obergrenze für die Vorlaufzeit wird bestimmt,
die eingehalten werden muß,
damit der Lagerbestand einen vorgegebenen Sollbestand nicht unterschreitet.
Daraus werden eine maximale und eine durchschnittliche Versandmenge
(„shipping
volume") abgeleitet.
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In
JP
08096037 ist eine Vorrichtung zur Bestimmung eines Zeitplans
(„calendar
calculation device") offenbart.
Eine zusammengesetzte Vorrichtung zur Konstruktion eines Zeitplans
(„calendar
table") mit Zugriff auf
zwei Zeitpläne
für Kalendertage
und für
Datumsangaben von Arbeitsschritten erzeugt einen zusammengesetzten
Zeitplan. Eine Berechnungseinheit greift auf diesen Zeitplan und
auf einen Datenspeicher mit Randbedingungen zu und erzeugt ein Berechnungsergebnis,
z. B. eine Vorlaufzeit („lead
time"). Nicht offenbart
wird, wie diese Berechnung durchgeführt wird.
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In
JP
08287149 wird eine Methode zur Produktionsplanung offenbart.
Aufgabe ist, den Zeitverzug zwischen zwei aufeinanderfolgenden Liefergliedern
zu bestimmen. Anlieferungstermine beim Endabnehmer und daraus abgeleitete
Termine zur Fertigstellung von Vorprodukten („passing reference days") werden mittels Meßdaten aus
dem Datum der Anlieferung bestimmt. Benötigt wird eine vollständige Kenntnis
der Lieferglieder, wie sie bei verschiedenen Liefergliedern in einem
Unternehmen verfügbar
sein können,
aber in der Regel nicht bei rechtlich selbständigen Liefergliedern.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
ein Verfahren zu schaffen, das eine Vorlaufzeit für ein Vorprodukt
eines Liefergliedes in einem Fertigungsnetzwerk optimiert, ohne
daß ein
Modell des Fertigungsnetzwerkes oder die Kenntnis von Fertigungskapazitäten benötigt werden.
Das Verfahren soll auch bei einem zeitlich veränderlichen Bedarf an dem Vorprodukt
anwendbar sein.
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Die Aufgabe wird durch das Verfahren
nach Anspruch 1, die Vorrichtung nach Anspruch 11 und dem Computerprogramm-Produkt
nach Anspruch 12 oder Anspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
sind in den Unteransprüchen
angegeben.
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Die Erfindung sieht vor, daß eine Soll-Lieferkurve
und eine Bestandskurve ermittelt werden. Die Soll-Lieferkurve gibt
für mehrere
Zeitpunkte die aufgrund des Bedarfs eines Endabnehmers des Fertigungsnetzwerkes
jeweils zu liefernde Menge des Vorprodukts an. Die Zeitpunkte und
Mengen der Soll-Lieferkurve beziehen
sich auf das Lieferglied, z. B. sind es Soll-Stückzahlen jeweils bezogen auf
den Zeitpunkt, an dem die gefertigten Exemplare des Vorprodukts
die Fertigungsstätte
des Liefergliedes verlassen. Die Bestandskurve gibt für mehrere
Zeitpunkte die jeweils vom Lieferglied fertiggestellte und noch
nicht von einem nachfolgenden Lieferglied verwendete Menge des Vorprodukts
an. Eine Korrektur-Zeitspanne für
die Ist-Vorlaufzeit wird durch eine Auswahl aus einer Menge von
möglichen
Zeitpunkten ausgewählt.
Hierfür
wird für
jede mögliche Zeitspanne
eine Simulations-Bestandskurve berechnet. Eine solche Simulations-Bestandskurve
für eine
mögliche
Zeitspanne gibt für
mehrere Zeitpunkte an, welche Menge des Vorprodukts zum jeweiligen
Zeitpunkt vom Lieferglied fertiggestellt und noch nicht von einem
nachfolgenden Lieferglied verwendet worden wäre, wenn die vom Lieferglied
für das
Vorprodukt benötigte
Vorlaufzeit um die Zeitspanne gegenüber der Ist-Vorlaufzeit verändert worden
wäre. Für die Berechnung
einer solchen Simulations-Bestandskurve werden die Soll-Lieferkurve und die
Bestandskurve verwendet. Als Korrektur-Zeitspanne wird unter der Menge der
möglichen
Zeitspannen eine solche Zeitspanne ausgewählt, die optimal bezüglich eines
Optimierungs-Kriteriums ist. Dieses Optimierungs-Kriterium basiert
auf den berechneten Simulations-Bestandskurven. Beispielsweise ist
das Optimierungs-Kriterium die Streuung einer Simulations-Bestandskurve.
Diejenige mögliche
Zeitspanne wird als Korrektur-Zeitspanne ausgewählt, die zu einer Simulations-Bestandskurve
führt,
die die geringste Streuung unter allen Simulations-Bestandskurven
aufweist.
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Die ermittelte Korrektur-Zeitspanne
ist optimal für
die tatsächlich
aktuell gültigen
Bestands- und Bedarfswerte und damit dem aktuellen Fertigungsprozeß. Das Verfahren
vermeidet es, Werte der Vergangenheit für die Zukunft fortzuschreiben,
zu generalisieren oder zu extrapolieren. Nicht erforderlich ist
es, die Vorlaufzeit als statistische Zufallsgröße zu behandeln oder ein neuronales
Netz zu trainieren, das die Vor laufzeit vorhersagt. Dank der Erfindung,
insbesondere des Optimierungs-Kriteriums, wird automatisch, nachvollziehbar,
wiederholbar und objektiv eine bestimmte Zeitspanne als Vorlauf
zeit bestimmt.
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Das Verfahren benötigt keine Informationen über das
Fertigungsnetzwerk oder über
andere Lieferglieder, sondern lediglich eine Bestandskurve für dasjenige
Lieferglied, welches das Vorprodukt herstellt, und eine Soll-Lieferkurve
aus Sicht des Liefergliedes. Weiterhin wird kein Wissen über oder
ein Modell z. B. mit einzelnen Prozeßschritten oder Zeitspannen
für Fertigungsschritte
bei der Herstellung des Vorproduktes oder eines Zwischen- oder Endproduktes,
für dessen
Herstellung das Vorprodukt verwendet wird, benötigt. Dieser Vorteil kommt
insbesondere dann zum Tragen, wenn das Fertigungsnetzwerk rechtlich
selbständige
Unternehmen umfaßt
und ein Endabnehmer die Fertigungsabläufe eines Liefergliedes nicht
im Detail kennt. Es ist noch nicht einmal erforderlich, die Ist-Vorlaufzeit für das Vorprodukt
zu kennen. Das Verfahren benötigt
die Kenntnis dieses Parameters nicht. In einer weiter unten beschriebenen
Ausführungsform
wird hingegen die Ist-Vorlaufzeit ermittelt
und für
die Bestimmung der Soll-Lieferkurve
verwendet. Die Ist-Vorlaufzeit wird z. B. aus Betriebsprotokollen,
aus Vorgaben für
das Lieferglied oder aufgrund einer Schätzung ermittelt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermittelt eine
Korrektur-Zeitspanne
insbesondere dann, wenn der Bedarf um einen gleichbleibenden Mittelwert
schwankt, und auch dann, wenn der durchschnittliche Bedarf und damit
eine Ausgleichsgerade durch die Soll-Lieferkurve ansteigt oder absinkt.
Letzteres ist beispielsweise dann der Fall, wenn der Endabnehmer
die Produktion einer neuen Baureihe hochfährt oder die einer auslaufenden
Baureihe herunterfährt.
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Insbesondere weil das Verfahren kein
Modell und kein neuronales Netz auswertet, benötigt das Verfahren nur wenig
Rechenkapazität
und wenig Rechenzeit. Diejenigen Daten, die für das erfindungsgemäße Verfahren
benötigt
werden, stehen insbesondere bei einer Serienfertigung ohnehin zur
Verfügung.
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Im folgenden wird eine bevorzugte
Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
anhand der beiliegenden Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen:
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1. ein
schematisches Abbild eines Fertigungsnetzwerkes von Liefergliedern;
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2. eine
ausgewählte
Lieferkette im Netzwerk der Lieferglieder;
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3. ein
umgeformtes schematisches Abbild mit firmenübergreifenden Lagern;
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4. beispielhaft
eine Bestandskurve und eine Endabnehmer-Bedarfskurve für ein Zwischenprodukt;
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5. die
Bestandskurve von 4 und
eine aus 4 abgeleitete
Endabnehmer-Bedarfskurve für das
Vorprodukt;
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6. die
Bestandskurve von 4 und
eine aus 5 abgeleitete
Soll-Lieferkurve für
das Vorprodukt;
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7. zwei
Simulations-Bestandskurven für
die mögliche
Zeitspanne 0 Tage (oben) und 3 Tage (unten) auf Basis der Soll-Lieferkurve
und der Bestandskurve aus 6;
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B.
zwei weitere Simulations-Bestandskurven für die mögliche Zeitspanne 5 Tage (oben)
und –2 Tage
(unten) auf Basis der Soll-Lieferkurve und der Bestandskurve aus 6;
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9.
zwei Simulations-Bestandskurven für die mögliche Zeitspanne 3 Tage und
einem Standardbedarf von 500 (oben) bzw. 0 Stück (unten);
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10.
Soll-Lieferkurve und Bestandskurve bei Losgrößenfertigung;
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11.
Eine Simulations-Bestandskurve und eine um die Auswirkungen der
Losgrößen-Fertigung
bereinigte Simulations-Bestandskurve für das Beispiel der 10.
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1 zeigt
ein Abbild eines Fertigungsnetzwerks, in dem von einem Netzwerk 10 von
Liefergliedern 20 Vor- und Zwischenprodukte hergestellt
werden, die ein Endabnehmer 30 verwendet, um seinerseits
ein Endprodukt zu fertigen. Ein Endabnehmer bildet also eine Senke
des Fertigungsnetzwerks. Vor- und Zwischenprodukte sind hierbei
insbesondere Rohmaterialien, Halbzeuge, Komponenten und Teilsysteme
des Endproduktes. Der Begriff „Lieferglied" bezeichnet nicht
nur Fertigungsstätten
von physikalischen Ressourcen, sondern auch Dienstleister. Jedes
Lieferglied 20 in diesem Fertigungsnetzwerk 10 ist
in 1 in Form eines Kästchens
dargestellt, die Pfeile zwischen den Kästchen zeigen die Lieferrichtung
zwischen den Liefergliedern 20 an. Die Lieferglieder 20 beliefern
gemeinsam den Endabnehmer 30, der das letzte Glied des
Fertigungsnetzwerkes 10 darstellt. Die Mehrzahl der Lieferglieder 20 innerhalb
des Fertigungsnetzwerks 10 sind in Form von Lieferketten 40 vernetzt
voneinander abhängig,
wobei jeweils ein Lieferglied 20 das sich in der Lieferfolge anschließende Lieferglied 20 mit
Ware beliefert. Ein Beispiel für
Lieferglieder 20, die gemeinsam eine solche Lieferkette 40 darstellen,
ist in 1 dadurch dargestellt,
daß die
Kästchen
für die
beteiligten Lieferglieder schraffiert sind. Das Lieferglied 20.a liefert
im Beispiel der 1 an
das Lieferglied 20.b, das Lieferglied 20.b liefert
seinerseits an das Lieferglied 20.c, das Lieferglied 20.c liefert
seinerseits an das Lieferglied 20.d, und Lieferglied 20.d liefert
an den Endabnehmer 30. Die Lieferglieder 20.a bis 20.d bilden
zusammen die in 1 schraffiert
dargestellte Lieferkette.
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Wenn ein Unternehmen ein einziges
Produkt oder eine einzige Dienstleistung für verschiedene Abnehmer bereitstellt,
bildet es ein einziges Lieferglied mit mehreren nachfolgenden Liefergliedern.
Die Lieferkette verzweigt sich also an diesem Punkt. Falls es hingegen
verschiedene Produkte oder Dienst leistungen an verschiedenen Standorten
für den
Herstellungsprozeß liefert,
so ist dieses Unternehmen durch mehrere Lieferglieder im Netzwerk
vertreten.
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Das erfindungsgemäße Verfahren erfordert nicht
notwendigerweise die Kenntnis des Liefernetzwerks 10. Welche
Informationen benötigt
werden, wird weiter unten dargelegt.
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2 zeigt
ein konkretes Beispiel einer aus mehreren Liefergliedern 20 zusammengesetzten
Lieferkette 40: Hierbei handelt es sich beispielhaft um
den Herstellungsprozeß von
Lederkomponenten, die vom Endabnehmer 30 als Teil einer
Türinnenverkleidung
eines Personenkraftwagens verbaut werden. Die Lieferkette 40 umfaßt vier
Fertigungsstätten 20.d1, 20.d2, 20.e, 20.g,
von denen sich drei (die Fertigungsstätten 20.d1 [Lederzuschnitt
für graue
Leder], 20.d2 [Lederzuschnitt für nicht-graue Leder] und 20.e [Nähen des
Lederzuschnittes]) in Südafrika
und eine (Fertigungsstätte 20.g [Teilmontage
Türinnenverkleidung])
in Deutschland befinden. Weiterhin enthält die Lieferkette 40 ein
Transportunternehmen 20.f, das die Lederhalbzeuge aus Südafrika
nach Deutschland transportiert, und das Lieferglied 20.h [Endmontage
Türinnenverkleidung].
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Wie in 2 gezeigt
ist, verfügt
jedes Lieferglied 20 dieses Ausführungsbeispiels über mindestens eine
Prozeßstufe 60,
die eine oder mehrere Produktionsstufen, Transportstufen etc. umfassen
kann, und einen Ausgangspuffer 70. Wenn das Lieferglied 20 von
anderen Liefergliedern beliefert wird, hat es mindestens einen Eingangspuffer 50.
Die Puffer 50, 70 stellen Lagerbestände dar
und dienen dazu, den Materialfluß zwischen anderen in der Lieferkette 40 befindlichen
Liefergliedern 20 zumindest teilweise zu entkoppeln. So
stellt z.B. der Eingangspuffer 50.a der Fertigungsstätte 20.g sicher,
daß die
Fertigungsstätte 20.g genügend Lederhalbzeuge
zur Teilmontage der Türinnenverkleidung
zur Verfügung
hat, bis die nächste
Lieferung erfolgt. Um auch bei Lieferschwierigkeiten der Fertigungsstätten 20.d und 20.e oder
des Transporteurs 20.f Türinnenverkleidungen montieren
zu können,
kann es für
die Fer tigungsstätte 20.g sinnvoll
sein, ihren Eingangspuffer 50.a größer auszulegen.
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Um die Ermittlung der Korrektur-Zeitspanne
nicht mit Schwankungen zu erschweren, die beim Transport von Vor-
und Zwischenprodukten auftreten, wird das Abbild des Fertigungsnetzwerkes
vorzugsweise so umgeformt, wie es durch 3 illustriert wird. Derartige Schwankungen
können
z. B. deshalb auftreten, weil. mehrere Vor- oder Zwischenprodukte
zu einem Transport zusammengestellt und gemeinsam transportiert
werden. Für
die Ermittlung ist es aber nicht von Bedeutung, ob ein Vor- oder
Zwischenprodukt sich in einem Ausgangspuffer eines Liefergliedes,
auf dem Transport zwischen zwei Liefergliedern oder im Eingangspuffer
eines nachfolgenden Liefergliedes befindet. Daher werden im Abbild
des Fertigungsnetzwerkes 10 firmenübergreifende Lager gebildet,
indem Ausgangspuffer, transportierende Lieferglieder und Eingangspuffer
zu einem firmenübergreifenden
Lager zusammengefaßt
werden. Diese Ausgestaltungen erspart darüber hinaus Ermittlungen, z.
B. die, welche Stückgrößen sich
wann auf dem Transport befinden.
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So werden beispielsweise der Ausgangspuffer 70.g des
Liefergliedes 20.g und der Eingangspuffer 50.h des
nachfolgenden Liefergliedes 20.h zu einem firmenübergreifenden
Lager 25.g zusammengefaßt. Weiterhin werden der Ausgangspuffer 70.g des
Liefergliedes 20.g, das transportierende Lieferglied 20.f mitsamt seinem
Eingangspuffer 50.f und seinem Ausgangspuffer 70.f und
der Eingangspuffer 50.g des nachfolgenden Liefergliedes 20.g zu
einem weiteren firmenübergreifenden
Lager 25.f zusammengefaßt.
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Für
jedes Lieferglied 20 des Fertigungsnetzwerkes 10 läßt sich
mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens
eine Korrektur-Zeitspanne
zur Ist-Vorlaufzeit bestimmen. Eine Ausführungsform des Verfahren wird
im folgenden am Beispiel des Liefergliedes 20.d1 aus 3 erläutert. Das Lieferglied 20.d1 stellt
ein Vorprodukt V her, das nachfolgende Lieferglieder in Zwischenprodukten
verwenden, die ihrerseits vom Endabnehmer 30 zur Herstellung
des Endprodukts verwendet werden. In diesem Beispiel ist das Vorprodukt
V grauer Lederzuschnitt für
Türinnenverkleidungen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird auf einer
Datenverarbeitungsanlage, beispielsweise einem PC, durchgeführt. Diese
Datenverarbeitungsanlage hat Lesezugriff auf Datenspeicher, in denen
die für
die Bestandskurve und die für
die Soll-Lieferkurve
benötigten
Werte abgespeichert sind. Bei Bedarf werden die Werte auf Plausibilität geprüft und aufbereitet.
Fehlende Werte werden z. B. durch Interpolation geschätzt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren benötigt vorzugsweise
den zeitlichen Verlauf zweier variabler Größen, nämlich des Bestands und des
Bedarfs für
das vom Lieferglied hergestellte Vorprodukt V. Die zeitlichen Verläufe werden
in einer Bestandskurve bzw. einer Soll-Lieferkurve angezeigt.
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Die Bestandskurve gibt für mehrere
Zeitpunkte den Bestand des Vorprodukts V beim Lieferglied 20.d1 an,
das ist die jeweils vom Lieferglied (20.d1) fertiggestellte
und noch nicht von einem nachfolgenden Lieferglied verwendete Menge
des Vorprodukts V.
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Die Menge wird beispielsweise in
Stückzahlen
bestimmt. Die Bestände
werden vorzugsweise an jeweils einer bestimmten Uhrzeit an N aufeinanderfolgenden
Tagen bestimmt. Die mehreren Zeitpunkte sind also N aufeinanderfolgende
Tage. Der Zeitraum, den die N aufeinanderfolgenden Tage abdecken,
wird bevorzugt so groß gewählt, daß das Verfahren
robust gegenüber
Kapazitätseinbrüchen und
Kapazitätsausfällen beim Lieferglied 20.d1 ist.
Damit läßt sich
das erfindungsgemäße Verfahren
ohne Änderungen
auch dann anwenden, wenn das Lieferglied, welches das Vorprodukt
herstellt, einen Kapazitätseinbruch
aufweist. Die Dauer des Kapazitätseinbruchs
ist dann kurz im Vergleich zu dem durch die Zeitpunkte abgedeckten
Zeitraum. Insbesondere bei einer Serienfertigung z. B. in der Automobilindustrie
werden Stückzahlen
ohnehin über
einen längeren Zeitraum
hinweg aufgezeichnet.
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Der Zeitraum wird bevorzugt so festgelegt,
daß er
mindestens fünfmal
so lang wie der maximale Zeitraum zwischen Auftreten und Beseitigung
einer Lieferbeschränkung
bei dem das Vorprodukt V herstellende Lieferglied 20.d1.
Typischerweise lassen sich Kapazitätseinbrüche eines Liefergliedes 20 binnen
zehn Tagen beheben, so lehrt die bisherige Erfahrung. Daher wird
als Zeitraum für
die Bestandskurve mindestens das Fünffache von zehn Tagen gewählt, also
beträgt
in diesem Beispiel N mindestens 60 Tage.
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Eine weitere Ausgestaltung sieht
vor, daß in
der Bestandskurve keine absoluten Bestände angegeben werden, sondern
nur die jeweilige Veränderung
gegenüber
einem Anfangswert, z. B. einem Anfangsbestand oder einem Sollbestand
oder einem Durchschnittsbestand oder einem Standard-Bestand.
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Bevorzugt bezieht sich die Bestandskurve
auf ein firmenübergreifendes
Lager, im Beispiel der 3 ist
dies das Lager 25.d1. Für
die Durchführung
des Verfahrens braucht nicht unterschieden zu werden, wo im firmenübergreifenden
Lager sich wie viele Stück
des Vorprodukts V befinden. Die Stückzahlen im Ausgangspuffer,
Transit und nachfolgendem Eingangspuffer brauchen also nicht voneinander
unterschieden zu werden.
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Vielmehr reicht es aus, für einen
Zeitpunkt den gesamten Bestand im firmenübergreifenden Lager zu ermitteln
und die Bestände
für jeden
nachfolgenden Zeitpunkte dadurch zu ermitteln, daß der Zugang
in den Eingangspuffer und der Abgang aus dem Ausgangspuffer ermittelt
werden und der Zugang zum vorherigen Bestand addiert und der Abgang
subtrahiert wird.
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Die Soll-Lieferkurve gibt die Menge
des Vorprodukts V an, die zu liefern ist, um den Bedarf (die Nachfrage)
des Endabnehmers 30 am Vorprodukt V oder einem Zwischenprodukt
Z, das unter Verwendung des Vorprodukts V hergestellt wird, zu decken.
Der Bedarf bezieht sich jeweils auf eine Basis-Zeitspanne, z. B.
wird der Bedarf für
einen bestimmten Tag angegeben. Die Soll-Lieferkurve gibt bevorzugt
die Liefermenge an N aufeinanderfolgenden Tagen eines Zeitraums
an, wobei N und der Zeitraum wie oben beschrieben bestimmt werden.
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Das Lieferglied 20.d1 muß in der
Regel eine größere Menge
des Vorproduktes produzieren, beispielsweise weil einige Exemplare
des Vorprodukts nicht die geforderte Qualität besitzen, weil nachfolgende
Lieferglieder die Exemplare in Zwischenprodukten unzureichender
Qualität
einbauen oder weil einzelne Exemplare des Vorprodukts oder eines
mit dem Vorprodukt gefertigten Zwischenprodukts einer zerstörenden Prüfung unterzogen
werden. Dieser „Schwund" wird bevorzugt durch
einen prozentuellen Aufschlag auf die nachgefragte Menge des Vorprodukts
berücksichtigt.
In der Soll-Lieferkurve wird vorzugsweise bereits die erhöhte Soll-Liefermenge
berücksichtigt.
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Eine Soll-Liefermenge bezieht sich
jeweils auf den Zeitpunkt, an dem das Lieferglied 20.d1 das
Vorprodukt V fertiggestellt haben muß, damit es termingerecht bei
nachfolgenden Liefergliedern eingeht und letztlich der Bedarf des
Endabnehmers 30 gedeckt wird. Möglich ist, diese Bedarfe direkt
beim Lieferglied zu bestimmen, z. B. aus den Soll-Auslieferungszahlen
des Liefergliedes 20.d1.
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Eine bevorzugte Ausführungsform
sieht hingegen vor, eine Endabnehmer-Bedarfskurve zu ermitteln. Die
Bedarfe in dieser Endabnehmer-Bedarfskurve beziehen sich jeweils
auf den Zeitpunkt, an dem der Endabnehmer 30 die jeweilige
Menge des Vorprodukts – oder
eines Zwischenprodukts, für
dessen Herstellung das Vorprodukt benötigt wird – benötigt. Weiterhin wird die Ist-Vorlaufzeit
ermittelt, die das Lieferglied 20.d1 für die Lieferung des Vorprodukts
V benötigt.
Diese Ist-Vorlaufzeit
wird z. B. von Hand geschätzt
oder aus Verträgen zwischen
dem Lieferglied 20.d1 einerseits und nachfolgenden Liefergliedern
und/oder den Endabnehmer andererseits oder wie oben beschrieben
aus „lokalen
Vorlaufzeiten" näherungsweise
ermittelt. Mit Hilfe der Endabnehmer-Bedarfskurve und der Ist-Vorlaufzeit
wird die Soll-Lieferkurve ermittelt.
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In dem Beispiel der 1 bis 3 verwendet
der Endabnehmer 30 das Vorprodukt V nicht direkt, sondern
verwendet ein Zwischenprodukt, welches das Lieferglied 20.h
unter Verwen dung des Vorproduktes V herstellt, nämlich Türinnenverkleidungen. Bevorzugt
wird daher eine Stückliste
verwendet, welche für
die Endprodukte, die der Endabnehmer 30 ausliefert, und/oder
für die
Zwischenprodukte, die der Endabnehmer 30 verwendet, die
jeweils benötigten
Anzahlen der Vorprodukte angibt. Beispielsweise werden für eine graue
Türinnenverkleidung
u. a. zwei Stück
des Vorprodukts V, also grauer Lederzuschnitt, benötigt. Ein
Kraftfahrzeug benötigt
zwei Türinnenverkleidungen.
Für Autos
mit grauer Türinnenverkleidungen
werden vier Stück
des Vorprodukts V pro Auto benötigt.
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Die Endabnehmer-Bedarfskurve gibt
den Bedarf für
graue Türinnenverkleidungen
an. Mit Hilfe der Stückliste
sowie der Ist-Vorlaufzeit
wird aus dieser die Soll-Lieferkurve für das Vorprodukt V erzeugt.
In diesem Beispiel gibt die Soll-Lieferkurve 110 die
Stückzahlen
für grauen
Lederzuschnitt an.
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In 4 werden
beispielhaft eine Bestandskurve 100 für das Vorprodukt V und eine
Endabnehmer-Bedarfskurve 1100 für ein dem Endabnehmer 30 geliefertes
Zwischenprodukt Z gezeigt. Die Ausschnitte beziehen sich jeweils
auf einen Zeitraum von N = 20 Tagen. In diesem Beispiel ist ein
bestimmter Tag, z. B. der 1. März
2001, mit dem Tag 1 bezeichnet. Die Bestandskurve 100 zeigt
den zeitlichen Verlauf der Bestandsabweichung im firmenübergreifenden
Lager 25.d1 für
die Tage 1 bis 20, also für
den 1. März
2001 bis zum 20. März
2001. Die Werte geben die Abweichung des Bestandes bezogen auf den
Tag 1 an. An den Tagen 5, 6, 7, 8 und 9 beträgt die Abweichung –50 Stück des Vorproduktes
V, an allen anderen Tagen 0 Stück.
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Die Endabnehmer-Bedarfskurve 1100 zeigt
den zeitlichen Verlauf des Bedarfs, den der Endabnehmer 30 an
einem dem Endabnehmer geliefertes Zwischenprodukt, in diesem Beispiel
die Türinnenverkleidung,
hat. Der Bedarf ist für
die Tage 11 bis 30 aufgetragen. Diese Werte werden z. B. aus vorhandenen
Werten für
die Produktion des Endabnehmers 30 ermittelt.
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In 5 werden
die Bestandskurve der 4 und
eine mit Hilfe der Stückliste
erzeugte Endabnehmer-Bedarfskurve 1110 für das Vorprodukt
V gezeigt. Die Endabnehmer-Bedarfskurve 1110 zeigt den
zeitlichen Verlauf des Bedarfs, den der Endabnehmer 30 an
dem Vorprodukt V hat. Der Bedarf ist für die Tage 11 bis 30 aufgetragen.
Gemessen wird er in Stück
des Vorprodukts, in diesem Beispiel in Stück graues Leder. Die Zeitpunkte,
hier die Tage 11 bis 30, sind die Zeitpunkte, an denen der Endabnehmer
das Zwischenprodukt benötigt,
das unter Verwendung des Vorproduktes hergestellt wird, hier graue
Türinnenverkleidungen.
Am Tag 15, also dem 15. März
2001, benötigte
der Endabnehmer so viele graue Türinnenverkleidungen,
daß zu
ihrer Herstellung 550 Stück
graue Leder verwendet werden.
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In diesem Beispiel beträgt die geschätzte Ist-Vorlaufzeit
für das
Vorprodukt V 10 Tage. Die Endabnehmer-Bedarfskurve 1110 für das Vorprodukt
V wird um die Ist-Vorlaufzeit entlang der Zeitachse verschoben. 6 zeigt das Ergebnis. Die
Bedarfe, hier Stückzahlen,
in der Soll-Lieferkurve 110 beziehen sich auf die Zeitpunkte,
an denen das Lieferglied 20.d1 das Vorprodukt, hier Leder,
fertiggestellt und an nachfolgende Lieferglieder geliefert haben
muß, damit
die grauen Türinnenverkleidungen
rechtzeitig den Endabnehmer erreichen.
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Vorzugsweise wird weiterhin ein Standard-Bedarf
für das
vom Lieferglied 20.d1 gefertigte Vorprodukt V ermittelt.
Dieser Standard-Bedarf ist beispielsweise der durchschnittliche
Bedarf in den letzten N Tagen.
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Die Korrektur-Zeitspanne wird in
der bevorzugten Ausführungsform
durch den im folgenden angegebenen Algorithmus ermittelt. Um den
Algorithmus zu beschreiben, wird das Beschreibungsmittel des Pseudo-Codes
verwendet. Die Bezugszeichen im Pseudo-Code haben folgende Bedeutungen:
Die Streuung, oft auch Standardabweichung,
einer Meßwertreihe
(x1, ..., xN) wird nach der Formel
bestimmt, wobei
der Mittelwert der Meßwerte (x1,
..., xN) ist.
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Anstelle der Streuung lassen sich
auch andere auf die Simulations-Bestandskurven bezogene Optimierungs-Kriterien
verwenden. Beispielsweise wird eine Simulations-Bestandskurve nach
einer der Formeln
wobei k eine positive Zahl
ist, oder
Bew = max {|xi – xj|, so daß i = 1,
..., N und j = 1, .., N}bewertet. Falls alle Werte der Simulations-Bestandskurve
identisch sind, ist Bew = 0. Diejenige mögliche Zeitspanne, die zur
Simulations-Bestandskurve mit der geringsten Bewer tung Bew führt, wird
als Korrektur-Zeitspanne ausgewählt.
Möglich
ist auch, daß als
Korrektur-Zeitspanne der Wert 0 bestimmt wird. Dann ist die Ist-Vorlaufzeit
bereits optimal.
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Alle oben aufgeführten Optimierungs-Kriterien
führen
dazu, daß diejenige
Korrektur-Zeitspanne ausgewählt
wird, die zu den geringsten Schwankungen des Lagerbestandes für das Vorprodukt
V beim Lieferglied 20.d1, welches das Vorprodukt herstellt,
führen.
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7 und 8 zeigen vier Simulations-Bestandskurven
für die
Bestandskurve und die Soll-Lieferkurve von 6. In diesem Beispiel sind N = 20 Tage
und ΔVLZ_max
= 5. Die Menge der möglichen
Zeitspannen ist also das Intervall [–5 Tage, +5 Tage] um die Ist-Vorlaufzeit
VLZ_Ist = 10 Tage.
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7 zeigt
oben eine Simulations-Bestandskurve 130 für ΔVLZ = 0 Tagen
und unten eine Simulations-Bestandskurve 140 für ΔVLZ = 3 Tagen. 8 zeigt oben eine Simulations-Bestandskurve 150 für ΔVLZ = 5 Tagen
und unten eine Simulations-Bestandskurve 160 für ΔVLZ = –2 Tagen.
Der Standardbedarf beträgt in
allen vier Fällen 500 Stück. Die
Streuung σ der
Simulations-Bestandskurve 130 in 7 beträgt σ = 25,75, die der Simulations-Bestandskurve 140 σ = 19,46.
Die Streuung σ der
Simulations-Bestandskurve 150 in 8 beträgt σ = 0, die der Simulations-Bestandskurve 160 σ = 25,62.
Das erfindungsgemäße Verfahren
liefert eine Korrektur-Zeitspanne von ΔVLZ_opt = 5 Tagen und damit
eine Vorläufzeit
VLZ_opt = VLZ_ist + ΔVLZ_opt
= 10 + 5 = 15 Tagen.
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9 sowie
die nachfolgende Tabelle illustrieren, daß das erfindungsgemäße Verfahren
dasselbe Ergebnis liefert, wenn ein anderer Wert für den Standardbedarf
vorgegeben wird.
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Da die ersten (ΔVLZ_max-1) Werte, in diesem
Beispiel die ersten vier Werte, bei der Berechnung der Streuung
nicht berücksichtigt
werden, ergibt sich für
die Simulations-Bestandskurven 130 und 130.1 die
gleiche Streuung σ =
19,46. Grundsätzlich
hängen
die Streuung oder auch die anderen oben beschriebenen Optimierungskriterien
nicht von Wert des Standardbedarfs ab.
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Eine Weiterbildung der Erfindung
wird angewendet, wenn das Vorprodukt V in Losen gefertigt wird.
Bei einer Fertigung in Losen wird ein Los, das ist ein Vielfaches
einer Basismenge des Vorprodukts, beispielsweise eine bestimmte
Stückzahl
des Vorprodukts, auf einmal gefertigt und wird an einem Zeitpunkt
dem Lager zugeführt.
Ein Los deckt den Bedarf eines nachfol genden Liefergliedes am Vorprodukt
V für alle
Zeitpunkte bis zur Fertigstellung des nächsten Loses. Losfertigung
wird z. B. in H. Tempelmeier: „Material-Logistik:
Grundlagen der Be darfs- und Losgrößenplanung in PPS-Systemen", Springer-Verlag, Berlin und
Heidelberg, 1995, beschrieben.
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10 zeigt
beispielhaft eine weitere Soll-Lieferkurve 200 und eine
Bestandskurve 210 bei Losfertigung. In diesem Beispiel
wird jeweils ein Los an den Tagen 1, 6, 11, 16 und 21 gefertigt.
Die Bestandskurve 210 hat einen sägezahnartigen Verlauf, weil
täglich
Stücke
des Vorprodukts V dem Lager 25.d1 entnommen werden, aber
nur alle fünf
Tage dieses Lager aufgefüllt
wird. Die Ausgestaltung des Verfahrens setzt nicht voraus, daß die Lose
in gleichen Abständen,
z. B. alle fünf
Tage, fertiggestellt werden.
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Die Korrektur-Zeitspanne Vorlaufzeit
wird gemäß der Weiterbildung,
bei der Losfertigung berücksichtigt
wird, durch den im folgenden angegebenen Algorithmus ermittelt.
Auch dieser Algorithmus wird mit Hilfe des Beschreibungsmittels
des Pseudo-Codes beschrieben. Die zusätzlichen Bezugszeichen im Pseudo-Code haben
folgende Bedeutungen:
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Im Beispiel der 10 sind M = 5, LFZ[1] = 1, LFZ[2] = 6,
LFZ[3] = 11, LFZ[4] = 16 und LFZ[5] = 21.
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11 zeigt
die Simulations-Bestandskurve 220 und die bereinigte Simulations-Bestandskurve 230 für das Beispiel
aus 10 und für die mögliche Zeitspanne –3 Tage.
Auch in diesem Beispiel ist ΔVLZ
max = 5 Tage, so daß die
ersten vier und die letzten vier Werte der bereinigten Simulations-Bestandskurve bei
der Berechnung der Streuung nicht berücksichtigt werden. Daher ist
für ΔVLZ = –3 Tage
die Streuung gleich 0, so daß ΔVLZ_opt = –3 Tage
und VLZ_opt = 10 + (–3)
= 7 Tage ist.
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Zusammenfassend offenbart: Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur automatischen Bestimmung einer Korrektur-Zeitspanne
zur Korrektur einer Ist-Vorlaufzeit für die Lieferung eines Vorprodukts,
das von einem Lieferglied eines Fertigungsnetzwerks hergestellt
wird. Erfindungsgemäß werden
eine Soll-Lieferkurve
und eine Bestandskurve ermittelt. Die Soll-Lieferkurve gibt für mehrere Zeitpunkte die von
einem Endabnehmer des Fertigungsnetzwerkes jeweils benötigte Menge
des Vorprodukts an, die Bestandskurve die jeweils vom Lieferglied
fertiggestellte und noch nicht ausgelieferte Menge des Vorprodukts.
Die Korrektur-Zeitspanne wird durch eine Optimierung über einer
Menge von möglichen
Zeitspannen ausgewählt.
Hierfür
wird für
jede mögliche
Zeitspanne eine Simulations-Bestandskurve
berechnet. Eine solche Simulations-Bestandskurve für eine mögliche Zeitspanne gibt für mehrere
Zeitpunkte an, welche Menge des Vorprodukts zum jeweiligen Zeitpunkt vom
Lieferglied fertiggestellt und noch nicht ausgeliefert worden wäre, wenn
die vom Lieferglied für
das Vorprodukt benötigte
Vorlaufzeit um die mögliche
Zeitspanne gegenüber
der Ist-Vorlaufzeit verändert
worden wäre.
Als Optimierungs-Kriterium wird z. B. die Streuungen der Simulations-Bestandskurven über der
Zeit verwendet. Bezugszeichenliste
