Mit Simulation gegen lange Wege

I. Kreter, Conmetall GmbH & Co. KG Prof. Dr.-Ing. L. Schulze Dipl.-Ing. M. Lucas Dipl.-Ing. J. Runge

Die Conmetall GmbH & Co. KG betreibt als Großhändler in Celle ein Warenverteilzentrum für Baumärkte. Durch veränderte Kundenanforderungen, die sich in kürzeren Bestellabständen und kleineren Bestellmengen niederschlagen, sowie durch höhere Umschlagsmengen stoßen die bestehenden Kapazitäten in der Kommissionierung an ihre Grenzen. Mit Hilfe einer Simulationsstudie wurden erstaunliche Fakten deutlich. Vor allem die viel zu langen Wege kosten immense Zeit im Kommissionierprozess und fast die Hälfte dieser Wege waren zudem Leerfahrten. Die Simulation am Rechner hat deutliche Leistungsreserven im Kommissionierprozess dargestellt und auch Wege zur Optimierung aufgezeigt. Erste Schritte sind bereits realisiert worden.

In Celle, Niedersachsen, ist seit den 70er Jahren ein Großhandelsunternehmen für Baumärkte angesiedelt. Das heute unter dem Namen Conmetall GmbH & Co. KG operierende Unternehmen gehört zur WÜRTH-Gruppe. Die Conmetall GmbH & Co. KG beliefert Baumärkte mit einem weit gefächerten Sortiment von Eisenwaren, Gartenzubehör und Werkzeugen bis hin zu saisonalen Produkten. Angesiedelt sind die Kunden vor allem in Deutschland. Es werden aber auch Baumärkte im europäischen Ausland von Celle aus beliefert.
Das Logistikkonzept der Conmetall GmbH & Co. KG geht über die Belieferung der Baumärkte hinaus. Außendienstmitarbeiter übernehmen die Regalpflege und unterstützen Baumärkte bei der Einrichtung und Erstbefüllung der Regale. Weiterhin gehört auch die Gesamtplanung von Baumärkten zum Dienstleistungsangebot. Um den Kundenanforderungen gerecht zu werden, betreibt die Conmetall GmbH & Co. KG in Celle auf einem umbauten Raum von etwa 317 000 m2 ein Zentrallager. Gleichzeitig sind hier die Verpackungsbetriebe und die Verwaltung angesiedelt.
Das Zentrallager ist im Wesentlichen in zwei Kommissionierbereiche gegliedert, die artikelspezifisch aufgeteilt sind. In einem Hochregallager mit 19 600 Palettenplätzen lagern Kleinteile. Kommissioniert wird nach dem Prinzip „Mann zur Ware“ mit 32 mannbedienten Regalbediengeräten. Die Kommissionierung erfolgt beleglos über Datenfunkterminals und Scannererkennung.
Ein Palettenregallager mit 3900 Stellplätzen beinhaltet nicht hochregallagertauglichen Waren, wie beispielsweise Badewannen, Besenstiele und Eisenwaren sowie das Sortiment der saisonabhängigen Waren. In diesem Lager erfolgt eine zeitgleiche Durchführung von Kommissionierung und Nachschub in einem Gang. Das Palettenregallager ist somit ein klassisches Hauptgangsystem mit Breitgang. Charakteristisch für ein derartiges System ist der Einsatz „einfacher“ Kommissionier- und Nachschubtechniken sowie die Möglichkeit zu Überhol- und Begegnungsmanövern innerhalb eines Ganges /1/.
Um die Behinderungen von Kommissionier- und Nachschubfahrzeugen zu reduzieren, ist ein relativ großer Flächenbedarf für die Ausbildung der Gänge nötig. In den unteren Regalebenen sind die Kommissionierfächer eingerichtet. Die darüber liegenden Regalfächer nehmen den Nachschub auf. In sieben Gängen wird nach dem Prinzip „Mann zu Ware“ mit sieben Horizontalkommissionierern, einem Elektrodeichselniederhubwagen und einer Reihe von Handgabelhubwagen papiergebunden kommissioniert. Die Abgabe zur Etikettierung bzw. zu Packtischen ist zentral angesiedelt.

Verschärfter Wettbewerb für Baumärkte

Die Wettbewerbssituation für Baumärkte und damit auch die des zuliefernden Großhandels war in den letzten Jahren starken Veränderungen ausgesetzt. Anfang der 90er Jahre nahm die Anzahl der Baumärkte in Nordeuropa rapide zu. Seit einigen Jahren ist dieser Trend rückläufig, und es ist eine deutliche Konsolidierung zu beobachten.
Die Folgen der zurückgehenden Umsätze sind aber auch am Großhandel für Baumärkte nicht spurlos vorübergegangen. Für die Conmetall GmbH & Co. KG bedeutet diese Situation eine Verschärfung des Wettbewerbs. In jüngster Zeit führte die Übernahme von Kapazitäten zu einer Steigerung der Umschlagsmengen von mehr als 20 %.
Gleichzeitig setzt sich der Trend von ständig erweiterten Sortimenten bei gleichzeitiger Reduzierung der Lagerbestände in den Baumärkten fort. Demzufolge steigt die Anzahl der Kundenaufträge bei abnehmender Bestellmenge pro Kundenauftrag. Die Bestellabstände verkürzen sich. Darüber hinaus werden die Bestellabstände durch „gezielte Teilaufträge“ zusätzlich verkürzt. Im Einzelnen bedeutet diese Situation, dass ein Kunde an einem Tag nicht mit einem Sammelauftrag, sondern in mehreren gesplitteten Aufträgen seinen speziellen Bedürfnissen entsprechend bestellt. Für den Kunden reduziert sich durch diese Maßnahme der Aufwand beispielsweise für eine Vereinzelung der Waren und für die Zuordnung zu den einzelnen Abteilungen.
Um den Kundenanforderungen gerecht zu werden und die gesteigerten Umschlagsmengen mit den vorhandenen Ressourcen abwickeln zu können, wurde das Fachgebiet Lager- und Transportsysteme der Universität Hannover beauftragt, die Kommissionierprozesse im Palettenregallager kritisch zu analysieren. Ziel dieser Untersuchung war das Aufzeigen von Leistungsreserven und Optimierungsansätzen.
Eine Analyse der Kommissionierprozesse hinsichtlich der Leistungsreserven erfordert dabei die Berücksichtigung der dynamischen Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Logistikkomponenten. Diese Überprüfung ist mit mathematisch-analytischen Methoden nur eingeschränkt machbar. Daher wurde das Instrument der Simulation ausgewählt.
Eine Simulation ist das Nachbilden eines Systems mit seinen dynamischen Prozessen in einem experimentierbaren Modell, um Erkenntnisse zu gewinnen, die auf die Wirklichkeit übertragbar sind. Mit der Simulation kann man Untersuchungen am real existierenden System ausführen. Ohne direkten Betriebseingriff kann das Systemverhalten über lange Zeiträume zeitgerafft beurteilt und es können mehrere Gestaltungsvarianten mit geringem Arbeitsaufwand erprobt werden /2/.

Modellierung der „Praxis“

Die Durchführung einer Simulationsstudie kann grundsätzlich in die folgenden Arbeitsschritte unterteilt werden /3/:
n Datenfixierung,
n Erstellen des Simulationsmodells,
n Validierung des Simulationsmodells,
n Durchführen der Simulationsläufe sowie
n Ergebnisanalyse und Ableitung von Verbesserungsmaßnahmen.
Die der Modellierung zu Grunde gelegte Datenbasis bestand aus zwei „Hauptgruppen“. Zum einen lagen detaillierte Informationen zu den Kommissionieraufträgen, Artikelstammdaten sowie dem Lageranfangs- und Endbestand vor. Zum anderen wurden die eingesetzten Mitarbeiter erfasst. Ergänzend wurden zur Modellierung Fahrzeugstammdaten herangezogen.
Die Kommissionieraufträge sind gekennzeichnet durch Kundennummer, Auftragsnummer, Artikelschlüssel und Kommissioniermenge. In den Artikelstammdaten sind artikelspezifische Informationen zu Größe und Gewicht hinterlegt. Über den Lageranfangs- und -endbestand kann der Lagerbestand zwischen Modell und Praxis abgeglichen werden. Die Listung der eingesetzten Mitarbeiter beinhaltet ihre minutengenauen Einsatzzeiten.
Die Modellierung der Kommissionierprozesse erfordert im Wesentlichen die Abbildung folgender Elemente:
n drei Fahrzeugtypen,
n sieben Lagergänge mit einer Gesamtlänge von insgesamt etwa 1000 m,
n 1760 Kommissionierfächer,
n Leitstand und
n Abgabepunkt.
Neben den technischen Daten und Randbedingungen wurden die Kommissionierstrategien und Prozesse analog zum eingesetzten Lagersteuerungssystem LAGOS gestaltet. Zur Kommissionierung werden hierzu die Kommissionieraufträge in einer Warteschlange verwaltet. Der Picker übernimmt am Leitstand den obersten Kommissionierauftrag und arbeitet diesen chronologisch ab. Nach Abarbeitung der letzten Listenposition erfolgt die Abgabe der kommissionierten Ware an dem Abgabepunkt.
Als Lastprofil dienten die beschriebenen Kommissionieraufträge. Durch den Auftraggeber wurde hierzu eine beispielhafte Woche ausgewählt und die entsprechenden Tagesdaten übergeben. Mit über 5000 Kommissionieraufträgen stellt diese Woche ein durchschnittliches Auftragsvolumen dar.
Unter diesen Randbedingungen wurde das Simulationsmodell erstellt. Eine Verifikation und Validierung erfolgte über den Abgleich mit den bereitgestellten Daten.

Löwenanteil für die Wegezeiten

Die Gesamtkommissionierzeit setzt sich aus vier Zeitanteilen zusammen, nämlich der Basiszeit, der Wegezeit, der Totzeit und der Greifzeit /4/. Dabei wird mit der Basiszeit das Ordnen von Belegen oder die Bereitstellung von Kommissionierbehältern erfasst. Das Fahren bzw. Gehen der Picker, also die Fortbewegung, wird mit der Wegezeit und das Lesen der Belege sowie das anschließende Quittieren wird mit der Totzeit zusammengefasst. Das Greifen und die Ablage der Entnahmeeinheiten ist in der Greifzeit enthalten.
Um Aussagen über die Zusammensetzung dieser Zeitanteile für die Kommissionierung machen zu können, erfolgte eine Protokollierung der Zeiten in Abhängigkeit zur entsprechenden Tätigkeit. Ergänzend wurde der Blockungsanteil eines Fahrzeuges erfasst. Ein Picker ist dann geblockt, wenn aus diesem Fach zeitgleich durch einen weiteren Picker kommissioniert wird.
Die Analyse der Simulationsergebnisse ergab, dass etwa 43 % der Gesamtkommissionierzeit auf die Wegezeit entfällt. Dieser Zeitanteil betrifft also das reine Fahren bzw. Gehen der Mitarbeiter. Der Anteil für die Greif- und Totzeit beträgt etwa 34 % der Gesamtkommissionierzeit. Der Zeitanteil für das Ordnen der Belege und Bereitstellen von Ladehilfsmitteln fiel mit 21 % deutlich geringer aus. Blockungen sind von geringerer Bedeutung. Die Analyse der Zeitanteile weist nach, dass die Wegezeit der Zeittreiber ist.
Die detaillierte Analyse der Wegezeit bzw. der in dieser Zeit zurückgelegten Weglänge der Picker in der beispielhaften Woche ergab eine Summe von insgesamt 714 000 m. Das bedeutet, dass jeder Picker im Durchschnitt 70 000 m pro Woche bzw. 50 m pro Position zurückgelegt hat.
Um die Aussagekraft der Daten zu steigern, erfolgte eine weitere Aufschlüsselung der Gesamtweglänge in die Fahranteile
n vom Leitstand bis zur ersten Position,
n von der ersten Position bis zur n-ten Position,
n von der n-ten Position bis zum Abgabepunkt und
n von dem Abgabepunkt bis zum Leitstand.
Die Auswertungen ergaben, dass die Leerfahrten, in denen keine kommissionierte Ware transportiert wird, mehr als 52 % der gesamten Weglänge einnehmen. Dieser Weganteil der Fahrt vom Abgabepunkt zum Leitstand und vom Leitstand zur ersten Position ist zur Übernahme eines neuen Kommissionierauftrags nötig. Absolut ausgedrückt liegt dieser Anteil bei etwa 373 000 m für die beispielhafte Woche. Bezogen auf einen Picker sind das etwa 37 000 m.
Gleichzeitig betrug die Weglänge zwischen den ersten und n-ten Positionen nur 8 % der Gesamtweglänge. Die übrigen 40 % der Gesamtweglänge werden bei der Anfahrt des zentralen Abgabepunktes zurückgelegt.

Artikellagerung und Zugriffshäufigkeit

Insgesamt wurden innerhalb der simulierten Woche 13 561 Positionen kommissioniert. Dabei wurde auf 1192 der 1760 Artikel des Palettenregallagers zugegriffen.
Die Auswertung über die angefahrenen Positionen zeigte, dass etwa 20% der Gesamtartikel im Palettenregallager 75 % der kommissionierten Positionen abdecken. Diese 20% der Artikel werden als A-Artikel eingestuft. Die durchgeführte Analyse der zurückgelegten Weglängen ergab, dass die Artikellagerung ohne Berücksichtigung von Zugriffshäufigkeiten organisiert wurde. Somit ist die zwischen zwei Positionen durchschnittlich zurückgelegte Weglänge unverhältnismäßig groß.
Zusätzlich zur Auswertung der Gesamtkommissionierzeiten wurden die Lastprofile, d.h. die Struktur der Kommissionieraufträge, analysiert. Insbesondere wurde die Anzahl an Positionen pro Kommissionierauftrag und die Thematik der „gezielten Teilaufträge“ detailliert bewertet. Für die Anzahl an Positionen pro Kommissionierauftrag wurde deutlich, dass etwa 45 % der Aufträge nur eine Position beinhalten. Wird die Kommissionierung konsequent nach den Vorgaben der Ablauforganisation durchgeführt, d.h. jeder Picker arbeitet immer nur einen Kommissionierauftrag ab, bestehen fast die Hälfte der anfallenden Kommissionierfahrten nur aus der Anfahrt einer Position. Der Fahrtanteil vom Leitstand zum Kommissionierfach und weiter zum Abgabepunkt muss also auf eine Position umgelegt werden.
Die bereits erwähnte Bestellpraxis von täglich mehreren Teilaufträgen durch einen Kunden bestätigte sich für die zu Grunde gelegte Auftragsstruktur. Etwa 30 % der Kunden bestellen häufiger als einmal pro Tag.

Wege zur
Optimierung

Die Simulationsergebnisse zeigen deutlich, dass ein Hauptansatzpunkt für die Optimierung in der Reduzierung der Wegezeiten zu suchen ist. Folgende Maßnahmen haben einen direkten Einfluss auf die Wegezeit:
n Einsatz von Fahrzeugterminals,
n EDV-gesteuerte Batchbildung über Kommissionieraufträge mit wenig Positionen,
n Verhinderung „gezielter Teilaufträge“,
n Einsatz von Flurförderzeugen nach dem Mitfahrerprinzip,
n Einrichten von Kommissionierzonen nach der Zugriffshäufigkeit,
n Kommissionierung von Langsamdrehern aus Nachschubfächern und
n Einrichten weiterer Abgabepunkte.
Ein Einsatz von Fahrzeugterminals bedeutet im Einzelnen, dass die bisher praktizierte Weitergabe von Kommissionieraufträgen mit der Übernahme von Belegen am Leitstand durch eine beleglose Kommissionierung über Fahrzeugterminals ersetzt wird. Das Anfahren des Leitstandes zur Weitergabe von neuen Kommissionieraufträgen wird somit überflüssig.
Die Ausstattung mit Ladehilfsmitteln erfolgt am Abgabepunkt. Die durch diese Maßnahme einzusparende Weglänge beträgt etwa 40 % der Gesamtweglänge. Darüber hinaus hat die beleglose Kommissionierung den Vorteil der vollständigen Kontrolle und direkten Steuerung der Kommissionierung. Mit der Einführung von Fahrzeugterminals lässt sich parallel eine optimierte EDV-gestützte Batchbildung realisieren, die wegeoptimiert die Kommissionieraufträge verwaltet und die gängige Praxis der individuellen Batchbildung ersetzt. Gleichzeitig sinken durch diese Maßnahme die Basiszeiten, da ein Ordnen der Belege entfällt.
Durch Schaffung eines Anreizsystems zur Verhinderung von „gezielten Teilaufträgen“ durch die Kunden lässt sich eine weitere Reduzierung der Wegezeit erreichen. Zusätzlich sinkt die Anzahl an Kommissionieraufträgen. Die Erfahrungen zeigen jedoch, dass sich diese gängige Praxis nur sehr schwer durch ein Anreizsystem beheben lässt.
Ein weiterer Ansatzpunkt liegt im Einsatz von Flurförderzeugen nach dem Mitfahrerprinzip zur Kommissionierung. Durch höhere Fahrgeschwindigkeiten lässt sich die Wegezeit reduzieren. Als ein weiterer positiver Effekt ist hier die Verringerung der körperlichen Belastung für die Picker zu nennen.
Im Zusammenspiel mit einer EDV-gestützten Batchbildung kann durch Einrichten von Kommissionierzonen nach der Artikelzugriffshäufigkeit eine zusätzliche Verringerung der Wegezeiten erreicht werden. Hierzu ist eine Umstrukturierung der Artikel nach ihrer Zugriffshäufigkeit erforderlich. Vor allem durch eine Konzentration der A-Artikel kann so eine deutliche Reduzierung der Wegezeiten erreicht werden.
Die Abgabe der fertigen Kommissionieraufträge zu den Pack- und Etikettierbereichen erfolgt über einen zentralen Abgabepunkt. Die Anfahrt des Abgabepunktes nimmt mit etwa 40 % der Gesamtweglänge den zweitgrößten Weganteil ein. Über das Einrichten dezentraler Abgabepunkte, die über Fördertechnik mit den Pack- und Etikettierbereichen verbunden sind, kann dieser Anteil verringert werden.
Auf der Grundlage der Auswertungen über die Artikelzugriffshäufigkeit erscheint darüber hinaus eine Umgestaltung des bestehenden Palettenregallagers als ein weiterer Ansatzpunkt. Im Rahmen einer Reorganisation würden geeignete A-Artikel in einem neu zu errichtenden System nach dem Prinzip „Ware zum Mann“ kommissioniert. Bei einem derartigen System mit dynamischer Bereitstellung kann die Kommissionierleistung für die A-Artikel erheblich gesteigert werden. Die Artikel mit geringerer Zugriffshäufigkeit und sperrige Artikel müssten weiterhin nach dem Prinzip „Mann zur Ware“ kommissioniert werden.

Resümee

Abschließend lässt sich festhalten, dass mit der Simulationsstudie detaillierte Erkenntnisse über die Kommissionierprozesse im konventionellen Lager der Conmetall GmbH & Co. KG gewonnen werden konnten.
Es hat sich deutlich gezeigt, dass die bestehenden Kommissionierprozesse noch erhebliches Potenzial für eine Leistungssteigerung aufweisen. Dabei liegt der Hauptansatzpunkt in einer Reduzierung der Wegezeit. Ein erster Schritt zur Umsetzung der vorgeschlagenen Maßnahmen wurde durch die Inbetriebnahme eines Elektrodeichselniederhubwagens mit klappbarer Standplattform bereits unternommen. Große Weglängen können so mit hö- heren Fahrgeschwindigkeiten zurückgelegt werden. Der tägliche Einsatz und die ersten Erfahrungen der Mitarbeiter zeigen, dass sich diese Geräte in der Praxis bewähren und die Erwartung der gesteigerten Kommissionierleistung erfüllen.