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Vom Dichtungsring bis zum Bohrwerkzeug ¿ alles in einem Lager

Das Unternehmen Baker Hughes betreibt in Celle einen Produktionsstandort für Bohrtechnologie in Erdöl- und Erdgaslagerstätten. Das Spektrum der von Baker Hughes angebotenen Artikel ist groß. Vom hochpräzisen Bohrwerkzeug mit elektronischem Innenleben und einem Gewicht von über 1000 kg bis hin zu kleinen Dichtungsringen als Ersatzteile gehört alles ins Artikelspektrum. Eine Analyse der vorhandenen Aufbau- und Ablauforganisation in der Lagerlogistik hat gezeigt, dass die über viele Jahre gewachsenen Strukturen überdacht werden müssen. Vor diesem Hintergrund wurde dem Fachgebiet Planung und Steuerung von Lager- und Transportsystemen der Universität Hannover der Auftrag erteilt, ergebnisoffen ein Konzept zu entwickeln, das sämtliche Potenziale hinsichtlich Leistung und Kapazität ausschöpft. Eine wesentliche Rahmenbedingung war dabei, die vorhandenen Hallen zu nutzen.

Baker Hughes ist ein amerikanisches Unternehmen mit dem Hauptsitz in Houston, Texas. Es gehört zu den drei führenden Erdöl-Service-Unternehmen und ist in fast allen Ländern der Welt vertreten. Als Lieferant von global agierenden Konzernen wird an Baker Hughes die Anforderung gestellt, Werkzeuge und Zubehör zum richtigen Zeitpunkt mit einer hohen logistischen Qualität zum Einsatzort zu liefern. Das Werk Celle besteht seit 1957, und in den sechs Unternehmensdivisionen sind über 800 Mitarbeiter beschäftigt. Die in Celle gefertigten Produkte umfassen modernste, computergesteuerte Untertagesysteme und kommen beispielsweise in der Nordsee, im arabischen Raum sowie in Südamerika zum Einsatz /1/. Die besonderen Stärken von Baker Hughes liegen dabei beim Richtbohren, der Positionsmessung und der Messung sowie der Bestimmung von Gesteins- und Lagerstätteneigenschaften.
Neben dem Verkauf neuer Bohrwerkzeuge gehören zum Leistungsangebot von Baker Hughes auch die Zusammenstellung von Reparatur-Kits und die Vermietung von Ausrüstungen. Sowohl die Kommissionierung der Kundenaufträge als auch die Bevorratung der eigenen Produktion erfolgt in einem Lager mit über 1000 Lagerplätzen in Standardpalettenregalen und etwa 900 Fachbodenplätzen sowie drei Zeilen mit Kragarmregalen. Die logistischen Bereiche Wareneingang, Lager und Warenausgang bzw. Versand sind auf einer Hallengrundfläche von etwa 1100 qm untergebracht.

Bottlenecks kaum zu vermeiden

Die erforderliche Lagerkapazität im Ist-Zustand sowie die Anordnung der Funktionsbereiche Wareneingang und Warenausgang wird durch Standardpalettenregale im Schmalgang sowie Fachbodenregale auf einer Lagerbühne realisiert. Bei dieser Aufbauorganisation bleibt es nicht aus, dass die vorhandenen Arbeitsflächen für eine effiziente Durchführung der Aufgaben, wie beispielsweise die Bereitstellung zur Ein- und Auslagerung, die Kommissionierung und das Bilden der Ladeeinheiten, zu Bottlenecks und Leistungseinschränkungen führen.
Besondere Anforderungen an die Mitarbeiter werden im Ist-Zustand beim Handling von Langgut oder Paletten mit Überhang gestellt, da durch bereitgestellte Paletten oder andere Flurförderzeuge die Stellplatzkapazität im Lagervorfeld schnell ausgeschöpft ist.

Keine ¿Grüne-Wiese¿-Planung

Ein Hauptanliegen aus dem Hause Baker Hughes war die Verwirklichung eines gerichteten Materialflusses. Die langjährige Erfahrung hat gezeigt, dass die innerbetrieblichen Materialflüsse noch wesentliche Potenziale bieten. Die sich kreuzenden Materialflüsse mit unterschiedlichen Quellen und Senken lassen sich auf Grund des vorhandenen Layouts aber nur ablaufmäßig entzerren, so dass für die Einlagerungen und Auslagerungen unterschiedliche Zeitfenster definiert werden mussten. Auf diese Weise konnten allerdings nur die Symptome gelindert werden. Für die grundlegende Verbesserung der Situation bedarf es eines neuen Konzeptes hinsichtlich Lagertechnik, Fördertechnik und Ablauforganisation.
Im Gegensatz zur ¿Grüne Wiese¿-Planung ist die Reorganisation eines bestehenden Materialflusssystems mit einer Reihe fester Rahmenbedingungen verbunden. In gewachsenen Strukturen sind hier in erster Linie Hallenrestriktionen, wie die Hallengeometrie und die Bodentragfähigkeit, fest vorgegeben und nicht beeinflussbar. Die Vorgabe durch Baker Hughes, keine zusätzlichen Gebäude zu planen und eine weitgehende Nutzung der vorhandenen Technik zu verwirklichen, grenzte frühzeitig die Planungsalternativen ein.

Zustandsanalyse
mit nützlichem Nebeneffekt

Das Bestreben, logistische Standardlösungen in unterschiedlichen Konstellationen bei den Betreibern einzusetzen, kann dazu beitragen, die Anschaffungspreise zu senken und eine Unabhängigkeit vom Lieferanten zu gewährleisten. Die häufig geübte Praxis, die Planung allein auf Erfahrungen aufzubauen und standardisierte Gesamtlösungen auf die jeweilige Situation anzupassen, kann allerdings nur zum Suboptimum führen. Der Aufwand für eine ausführliche Analyse des Ist-Zustandes und die Durchführung einer Innovationsphase wird in der Praxis oftmals gescheut /2/. In der Realisierung und dem späteren Betrieb zahlt sich die Planungsinvestition aber in der Regel mehrfach aus. Dies gilt vor allem dann, wenn der Planer nicht aus dem eigenen Unternehmen kommt, sondern ein Externer hinzugezogen wird.
Neben einer detaillierten Aufnahme der vorhandenen Lager- und Bedientechnik ist es für den Erfolg eines externen Planers wichtig, die im Unternehmen ablaufenden Prozesse zu verstehen und für die Planung zu dokumentieren. Dem Auftraggeber wird somit die Möglichkeit geboten, seine Geschäftsprozesse zu betrachten und zu bewerten. Insofern führt die Zustandsanalyse zu einem nützlichen ¿Nebeneffekt¿. Bestands- und Bewegungsdaten eines Materialflusssystems sind heute in der Regel aus dem Enterprise Ressource Planning-System, kurz ERP-System, abrufbar. Damit wird der Planer in die Lage versetzt, die Planungsdaten kurzfristig, umfassend und zielorientiert zu generieren.

¿Slow-Movern¿ auf der Spur

Die Aufnahme von Daten vor Ort und die Verifizierung bereits vorhandener digitaler Daten stellt zur Analyse des Ist-Zustandes eine wesentliche Aufgabe dar. Dabei bildet die zielgerichtete Auswertung der Daten und die Ableitung der richtigen Folgerungen die eigentliche Herausforderung. Während beispielsweise die Prozesse im eigenen Betrieb in der Regel bekannt und oftmals in Form von Qualitätsmanagement-Handbüchern dokumentiert sind, zeigen abgeleitete Kennzahlen Fakten und Entwicklungen auf /3/.
So war beispielsweise die Existenz von umschlagsschwachen Artikeln, so genannten ¿Slow-Movern¿, im Lagerbestand durchaus bekannt und es wurde auch regelmäßig eine Bereinigung des Lagerbestandes durchgeführt. Eine Analyse dieses Problemfeldes ergab aber, dass sich je nach Lagerbereich zwischen 20 und 27 Prozent der Artikel innerhalb eines Jahres nicht umschlagen. Diese Zahlen unterstreichen die Relevanz dieses Handlungsfeldes.
Eine logistische Analyse der Artikel nach ihrer Umschlagshäufigkeit gehört nicht zu den Standardabfragen moderner ERP-Systeme /4/. Baker Hughes praktiziert im Ist-Zustand eine chaotische Lagerung ohne die Umschlagshäufigkeit der Artikel bei der Vergabe der Lagerplätze zu berücksichtigen. Nur auf Grund der Erfahrungen der einzelnen Mitarbeiter können Artikel, auf die häufig zugegriffen werden muss, wegeoptimiert eingelagert werden. Die Tatsache, dass sowohl im Fachbodenregal als auch im Palettenregal über 90 % der Positionen der Kommissionieraufträge lediglich 10 % der Artikel betreffen, zeigt auf, welches Potenzial in der strategischen Anordnung der Artikel im Lager steckt. Eine ständige Überwachung des Sortimentes und die Umlagerung von Artikeln in definierten Zeitabständen anhand der Zugriffshäufigkeit sind vor diesem Hintergrund sinnvoll /5/.

Keine Schmalgangstapler für die Lagerbedienung

Neben Sachverhalten, die sich auf der Grundlage von Bestands- und Bewegungsdaten quantifizieren ließen, konnten andere nur durch Beobachtungen erfasst werden. In erster Linie erscheint der Einsatz von Schmalgangstaplern in dem relativ kleinen Lager mit der obersten Regalauflage bei ca. 6,80 m und einer maximalen Ganglänge von ca. 40 m ungeeignet. Dies gilt vor allem wegen der geringen Tiefe des Lagervorfeldes, die einen Gangwechsel der Schmalgangstapler erschwert.
Beim Einsatz von Schmalgangstaplern kann auf Grund der geltenden Sicherheitsbestimmungen pro Gang nur ein Fahrzeug eingesetzt werden. Fußgänger dürfen sich zur gleichen Zeit nicht im Regalgang befinden. Die wenigen langen Arbeitsgänge führen auf diese Weise dazu, dass selbst bei erhöhtem Mitarbeitereinsatz keine nennenswerte Leistungssteigerung bei den Lagerbewegungen erreicht werden kann. Eine zusätzliche Blockierung der Regalgänge wird durch einen notwendigen Materialtransfer über die Arbeitsgänge verursacht.
Die Vorteile, die durch Schmalgangstapler in der Kommissionierung durch ein direktes Picken von den Paletten erreicht werden können, sind in diesem Fall nicht realisierbar. Viele Artikel sind zu schwer und müssen somit außerhalb des Ganges gepickt werden. Des Weiteren werden die Paletten in Längsrichtung eingelagert. In Verbindung mit den relativ niedrigen Palettenplätzen ist ein direktes Picken nur in wenigen Fällen machbar.
Bei der Lagerung von Kleinteilen im Fachbodenlager können im Ist-Zustand Tischwagen zur Effizienzsteigerung nicht eingesetzt werden, da die Fachböden, um den Nutzungsgrad der verfügbaren Fläche hinsichtlich der Lagerkapazität zu optimieren, zu dicht aufgestellt sind.

Keine Chancen für komplexe Kompakt-Lager

Der Flächenmangel im Lager, der augenscheinlich den größten Engpass darstellt, hat dazu geführt, dass eine Reihe kompakter Lagertechniken analysiert und bewertet wurden. Hierzu gehören neben Lagertechniken für Paletten, wie beispielsweise Verschieberegale oder Einschubregale, auch automatische Lagertechniken für Kleinteile, wie Vertikal-Umlaufregale und Shuttle-Systeme /6/. Auf Grund der ausgesprochen heterogenen Sortimentsstruktur, die sich einerseits auf die Größe sowie das Gewicht und andererseits auf die Frequenz der Artikelentnahmen bezieht, konnte sich allerdings keines dieser Systeme für diesen Anwendungsfall empfehlen.
Vielmehr wurde deutlich, dass Standardregale für die Palettenlagerung und Fachböden für die Lagerung der Kleinteile am besten für die vorliegende Aufgabenstellung geeignet sind. Ohne eine grundlegende Veränderung des Layouts konnten die identifizierten Ansatzpunkte jedoch nicht angegangen werden. Eine Abkehr vom Schmalgang und eine Neuausrichtung der Palettenregale bildeten somit die Grundlage für die weitere Konzeptentwicklung.
Auf die Planungsbasis kommt es an

Die Fragen nach benötigten Kapazitäten im Lager und der an die Materialflusstechnik zu stellenden Leistungsanforderungen müssen vor der eigentlichen Planung beantwortet werden. In der Regel braucht bei der Reorganisation eines bestehenden Materialflusssystems niemand mehr durch den Betrieb zu gehen und Paletten zu zählen. EDV-Standardanwendungen zählen schneller und genauer. So bleiben dem Planer Freiräume, um die Kapazitäts- und Leistungskennzahlen des Ist-Zustand zu hinterfragen und weiterzuentwickeln.
Die bei Baker Hughes vorhandenen Daten erlaubten es in kurzer Zeit, die Lagerplätze im Ist-Zustand im Paletten- und im Fachbodenlager zu bestimmen. Die Ableitung der Gesamtlagerkapazität konnte mit Hilfe der vorhandenen Daten vorgenommen werden. Die so abgeleiteten Kapazitäten waren für die Herleitung der Planungsbasis für die Konzepterstellung zwar notwendig, sie reichten jedoch nicht aus. Die Frage, ob diese Kapazitäten in gleicher Weise in einem neuen Konzept wieder geschaffen werden müssen, konnte auf diese Weise nicht beantwortet werden.
Zur Beantwortung dieser Frage wurden Kennzahlen und Verteilungen herangezogen, die im Rahmen der Analyse des Ist-Zustandes generiert worden sind. Getrennt nach den Bereichen Paletten- und Fachbodenlager waren dies beispielsweise die kumulierten Gewichte pro Lagerplatz oder die Anzahl der auf einem Lagerplatz befindlichen Artikel. Auf diese Weise konnte nicht nur eine Tendenzaussage getroffen werden, ob die Artikel im richtigen Lagerbereich liegen, sondern es konnte auch ein mögliches Umlagerungspotenzial qualifiziert bestimmt werden.
Die so erstellte Planungsbasis weicht von der im Ist-Zustand ermittelten Lagerkapazität im Paletten- und im Fachbodenlager ganz wesentlich ab. Die Konzeptentwicklung auf der Grundlage dieser Planungsbasis erlaubt aber eine flächensparende Lagerung und vor allem ein gutes Handling des vorhandenen Materials.
Werden in der Planungsbasis die Spitzenleistungen bei den Materialbewegungen aus dem Ist-Zustand zu Grunde gelegt, ist eine ausreichende Systemleistung gewährleistet. Durch eine Verlagerung von Material aus dem Paletten- ins Fachbodenlager wird sich die benötigte Grenzleistung im Palettenlager des neuen Konzeptes reduzieren. Leistungsspitzen im Fachbodenlager lassen sich durch Veränderungen des Arbeitsregimes abfangen.

Layoutplanung bis auf den Lagerplatz

Die Hallenabmessungen, die entwickelte Planungsbasis sowie die dem Lagerkonzept zugrunde gelegte Lagertechnik führen dazu, dass die geforderte Lagerkapazität realisiert werden konnte. Dabei wurden die einzelnen Regalzeilen, die Arbeitsgänge und auch die Treppen im Layout berücksichtigt. Die im Ist-Zustand vorhandene Lagerkapazität in Kragarmregalen musste im Wesentlichen wieder hergestellt werden. Die Neuaufstellung dieser Regale bildete den ersten Schritt im neuen Konzept. Danach wurden die Palettenregale, eine erweiterte Lagerbühne und die Aufstellung der Fachbodenregale geplant.
Um einen gerichteten Materialfluss zu erreichen, wurden die Arbeitsgänge in der Halle nicht wie bisher in Längsrichtung, sondern abzweigend von einem in der Halle in Längsrichtung verlaufenden Kopfgang angeordnet. Auf diese Weise entsteht im Vergleich zum Ist-Zustand eine größere Anzahl an Arbeitsgängen. Außerdem ist ein ausreichend breiter Verkehrsweg gegeben, der auch einen Begegnungsverkehr zulässt. Darüber hinaus bieten gesondert markierte Flächen Möglichkeiten für Handlingtätigkeiten. Die Arbeitsgänge zwischen den Kragarmregalen sind so dimensioniert, dass das Handling des Langgutes mit einem Mehrwegestapler durchgeführt werden kann. Die Bedienung der Palettenregale kann in den Arbeitsgängen mit Deichselgeräten oder Elektro-Seitsitz-Staplern erfolgen.
Die Palettenregale in den Arbeitsgängen müssen nicht mehr bis in eine Höhe von 6,8 m bedient werden, da in diesem Bereich die Regalanlage auf eine Höhe von ca. 4,7 m begrenzt ist. Unter Ausnutzung der Hallenhöhe konnte dagegen die Fachbodenanlage wesentlich erweitert werden. Auf diese Weise lässt sich die Anzahl Fachböden im Vergleich zum Ist-Zustand um mehr als 80 % erhöhen, während trotzdem eine deutliche Vergrößerung der Gangbreiten im Fachbodenlager erreicht wird.
An beiden Enden der Lagerbühne wurden Palettenschleusen vorgesehen, so dass nicht nur im Erdgeschoss, sondern auch auf der Lagerbühne ein gerichteter Materialfluss gewährleistet ist. Auf diese Weise können die im Wareneingang vereinnahmten Kleinteile direkt mit einem Hochhubwagen auf die Lagerbühne gehoben werden. Sowohl bei der Einlagerung als auch bei der Kommissionierung kann man auf der Lagerbühne einen Tischwagen zur Hilfe nehmen und Kommissionieraufträge einzeln oder als Batch abarbeiten. Die zweite Palettenschleuse befindet sich nahe einer Übergabefläche zum Versand, so dass die in der Fachbodenanlage kommissionierten Artikel auf direktem Weg mit Artikeln aus den Palettenregalen zusammengeführt werden können.

Voll lieferfähig ¿ auch bei den Umbauarbeiten

Die in der Planungsbasis entwickelte Lagerkapazität konnte in den vorhandenen Räumlichkeiten untergebracht werden und die im Ist-Zustand ermittelte Systemleistung lässt sich mit flexibel einsetzbarem Personal und gängigen Flurförderzeugen sogar leicht übertreffen. Die konzeptionelle Arbeit ist getan und der Staffelstab wird zur Umsetzung weitergegeben. Dennoch ist im Rahmen der Planung nur der erste Meilenstein erreicht. Auf Grund der tief greifenden Änderungen in der Lagerlogistik kann bei der Umsetzung dieses Konzeptes nicht einfach blind los gestürmt werden. Im Rahmen einer ausführlichen Durchführungsplanung ist dafür Sorge zu tragen, dass der laufende Betrieb nicht gestört wird und Baker Hughes immer in vollem Umfang lieferfähig bleibt.
Der genaue Ablauf einer zumindest stufenweisen Räumung des Lagers sowie der anschließenden Baumaßnahmen ist dabei ebenso zu berücksichtigen wie eine begleitende Informationslogistik. Nur auf diese Weise kann das Unternehmen auch während der Konzeptumsetzung die Lieferfähigkeit aufrecht erhalten. Dabei spielt es keine Rolle, ob das Lager komplett geräumt und für die Umsetzungsdauer bei einem Dienstleister untergebracht oder in eigene Kapazitäten Schritt für Schritt umgeräumt wird. Mit vorbereitenden Maßnahmen nimmt das Unternehmen die Herausforderung der Umsetzung an. Dazu gehört es auch, das Lager von Artikelleichen zu bereinigen und Artikel mit einer geringen Umschlagshäufigkeit auszulagern /7/.
Resümee

Auch bei der Bearbeitung von relativ kleinen und überschaubaren Projekten wird sehr schnell deutlich, dass ohne eine gewissenhafte Analyse der Ausgangssituation eine seriöse Neu- oder Änderungsplanung nicht möglich ist. Dabei sollten schon zur Systementscheidung die wesentlichen Anforderungen an die Lagerlogistik formuliert werden. Auf diese Weise können Entscheidungen, ob beispielsweise eine automatische oder eine manuelle Anlage für den jeweiligen Anwendungsfall geeignet ist, nach technischen und wirtschaftlichen Kriterien fundiert getroffen werden.
Dass selbst Änderungsplanungen nicht in jedem Fall mit einer kleinen Veränderung in der Steuerungsstrategie erledigt sind, wird anhand des Beispiels Baker Hughes deutlich. Auch wenn keine teure Technik in das neue Lagerkonzept integriert wurde und ein Großteil der vorhandenen Lagertechnik weiter genutzt werden kann, ist der mit der Konzeptumsetzung verbundene Aufwand beträchtlich. Hierbei schlagen weniger die Neuinvestitionen zu Buche, als viel mehr der Aufwand für den Umbau des Lagers und die damit zwangsweise verbundenen Aus- und Einlagerungen vor und nach dem Umbau. Gerade bei Anlagen, die keine längeren Stillstandszeiten, wie etwa durch Betriebsferien, zulassen, ist eine ausführliche Umsetzungsplanung der Schlüssel zum Erfolg. n