Durchsatzberechnung in der Intralogistik – Haben Sie an alles gedacht?

roller_switch_weiche_durchsatz_berechnen_in_der IntralogistikAls Logistiker übersetzen Sie bestimmt automatisch Durchsatz mit „Ereignissen pro Zeiteinheit“. Das ist natürlich richtig und dennoch damit noch lange nicht hinreichend beantwortet.

Warum das so ist und was in schwierigen Situationen getan werden kann, soll dieser Blog-Beitrag beleuchten.

Ein Klassiker des Durchsatzes ist die Fördertechnik. In metrischen Ländern meist angegeben in „Fördergütern pro Stunde“, im angelsächsischen Raum häufig als „case per minute“. Diese Werte lassen sich entweder berechnen oder durch Messung ermitteln. Für die Berechnung werden Fördergeschwindigkeit und mittlerer Fördergutabstand (Vorderkante zu Vorderkante) benötigt. Die Messung ist noch einfacher: an die Fördertechnik stellen und zählen wie viele Fördergüter im Messzeitraum vorbeigefahren sind.

Ob also ein Förderer den gewünschten Durchsatz erreicht, ist offensichtlich sehr einfach zu überprüfen bzw. nachzurechnen. Um zu erläutern wie schnell diese scheinbar einfache Aufgabe dennoch scheitert, nehmen wir den Straßenverkehr als Analogie. Nehmen wir beispielsweise eine Straße in einer Stadt. Dort wird eine Geschwindigkeit von rund 45 km/h erreicht und einschließlich Sicherheitsabstand fährt alle 15m ein Auto die Straße entlang. Das ergibt alle 1,2 Sekunden ein Auto und damit einen Durchsatz von 3000 Fahrzeugen pro Stunde.

Es ist wie im Straßenverkehr

rollenfoerderban_durchsatz_berechnen_in_der IntralogistikSie werden mir sofort zustimmen, dass dies ein rein theoretischer Wert ist. Denn gerade in der Stadt ist die nächste Ampel oder der nächste Kreisverkehr nicht weit. Den Effekt kennen wir alle, auf der Wegstrecke davor verlangsamt sich der Verkehr oder kommt sogar kurzfristig komplett zum Stehen. Und damit sind wir mittendrin im Dilemma der Durchsatzberechnung und -messung der Intralogistik, ausgedrückt durch die Begriffe „Eckleistung“ und „Systemleistung“. Während die Straße einzeln betrachtet locker einen Durchsatz von 3000 Fahrzeugen pro Stunde schafft, gilt dies im Systemverbund des Straßen- und damit Verkehrsnetzes der Stadt noch lange nicht.

Es gibt natürlich Methoden, um diese Effekte zu berechnen. Eine fördertechnische Anlage mit diversen Strecken und Kreuzungspunkten lässt sich mit recht hoher Genauigkeit als Gesamtsystem und auch bezüglich lokaler Durchsätze berechnen. Dies geschieht meist durch Simulation, aber auch analytische Methoden auf Basis von Engpassberechnungen liefern hier gute Ergebnisse.

Abgesehen von Gepäckförderanlagen oder Paketverteilzentren gibt es aber kaum Intralogistikanlagen die sich primär auf das Fördern und Verteilen beschränken. Und damit kommen wir zu den Eingangsparametern die uns das Leben wirklich schwer machen: Auftragsstrukturen, Nachschubprozesse und der Faktor Mensch. Wir gehen diese „Problemfälle“ nur kurz durch und widmen uns dann den Lösungsansätzen.

Die drei Problemzonen der Durchsatzberechnung

kaeten-foerdertechnik_durchsatz_berechnen_in_der IntralogistikWarum haben Auftragsstrukturen einen Einfluss auf den Durchsatz? Ein Auftrag besteht aus Zeilen, also unterschiedlichen zu kommissionierenden SKU und je Zeile einer Stückzahl. Klar, dass ein Kommissioniervorgang für z.B. acht Stück länger dauert als für nur ein Stück. Aber auch welche Artikel benötigt werden, kann die Durchsatzberechnung für ein Lager gewaltig durcheinanderwirbeln. Und zwar insbesondere wenn sich eine – vorher nicht geplante – Häufung von Artikelbedarfen aus nur einem Teil des Lagers mit entsprechender lokaler Überlast ergibt. Durch die Überlast kann es zu Rückstaus in vorgelagerte Zonen kommen oder nachgelagerte Bereiche ‚trocknen aus‘.

Ähnlich verhält es sich mit den Nachschubprozessen. Neben ihrer Abhängigkeit von ebenfalls den Auftragsstrukturen beeinflussen sie aber auch die Systemleistung. Entweder wenn sie den Bedarf nicht zeitgerecht befriedigen oder wenn sie dieselben Ressourcen wie die Auftragsprozesse benutzen und damit verfügbare Kapazität bzw. Durchsatz reduzieren. Da Nachschubprozesse häufig zeitversetzt und zum Teil auch aggregiert erfolgen, ist es sehr schwer sie fehlerfrei in die Gesamtleistung einzurechnen.

Schließlich verhalten wir Menschen uns nicht wie Maschinen. Dieselbe Tätigkeit wird nicht immer in derselben Zeit erledigt und gelegentlich machen wir auch Fehler oder fallen wegen eines menschlichen Bedürfnisses vorübergehend ganz aus. Und insbesondere bei neuen Anlagen mit neuen Abläufen gibt es Abweichungen zwischen den angenommenen Prozesszeiten aus der Planungsphase und dem tatsächlichen Durchsatz in der Praxis.

Die Lösungsansätze

Sowohl bei der Erstauslegung als auch bei späteren Veränderungen der Aufgaben eines Distributionszentrums gilt es die bisherigen Ausführungen zu beachten. Dabei muss zwischen Anlagen mit geringer Verkettung und Anlagen mit komplexen, verketteten Strukturen unterschieden werden. Je komplexer eine Anlage ist, desto weniger kommt man mit Daumenregeln wie „Systemleistung ist 70 % der Eckleistung“ zum Ziel.

Anlagen mit geringer kreuzweiser Verkettung und einem eher linearen Auftrags- und Förderflusslassen sich meist ohne Simulation mit überschlägigen Engpass- und Materialstromanalysen auslegen. Wichtig ist hier vor allem eine kritische Überprüfung der Grundannahme des weitgehend linearen Verhaltens. Umläufer, also Aufträge die Anlagenteile mehrfach durchlaufen, können zu gewaltigen Abweichungen führen. Umläufer entstehen z.B. weil eine Arbeitsstation vorübergehend nicht besetzt ist oder ungenaue Stammdaten fehlerhafte Aufträge bei der Wiegekontrolle ergeben etc. etc.

Ganz anders ist dies bei Anlagen mit vielen voneinander abhängigen Bereichen und Funktionsmodulen. Empfehlenswert ist hier bei der Analyse die Aufteilung des Systems in logische Bereiche. Damit sind Zonen gemeint, die einer Aufgabe oder der Bearbeitung eines Typs von Aufträgen zugeordnet werden können. Meist sind diese auch im Layout als abgegrenzte Bereiche abgebildet. Beispielsweise eine Fördertechnikschleife die alle Durchlaufkanal-Arbeitsplätze für die Kommissionierung von Schnelldreher-Artikeln anbindet oder die Zusammenfassung von Lagermaschine(n), Vorzone und Ware-zur-Person-Arbeitsplätzen als einen Analysebereich.

Zunächst kann überschlägig eine analytische Materialfluss-Berechnung, d.h. noch ohne Simulation erfolgen. Hierzu werden die definierten Bereiche untersucht und der jeweilige lokale Durchsatz ermittelt. Wobei dann natürlich schon Dinge wie Auftragsstrukturen und angenommene Durchsätze an Arbeitsplätzen einfließen. Anschließend werden diese lokalen Bereiche zu einem Gesamtsystem kombiniert und dabei der Einfluss von Engpässen betrachtet. Wenn zum Beispiel alle Aufträge in Bereich C vorher in Bereich A oder B waren, kann der Durchsatz von Bereich C nie größer als die Summe der Durchsätze von A und B sein – egal welche Technik oder Prozesse im Bereich C verwendet werden.

Und genau hier wird es spannend. Wie verhält sich so ein Zusammenspiel von drei Bereichen, wenn sich die Eingangsparameter ändern? Was passiert, wenn sich der Anteil der Schnelldreher-Artikel um 15% erhöht oder was passiert wenn der Durchsatz an einem Arbeitsplatztyp 20% geringer als angenommen ausfällt? Wie verändern sich dann die lokalen Durchsätze und wie verschieben sich die Engpässe in der Kombination der lokalen Bereiche zu einem Gesamtsystem?

Zur Verfeinerung der Aussagegenauigkeit kann zusätzlich noch eine Simulation durchgeführt werden. Insbesondere bei Problemen wie der eingangs beschriebenen Verkettung von mehreren Kreisverkehren und Straßen, also z.B. komplexere Fördertechnikzonen, liefert eine Simulation Ergebnisse die deutlich genauer sind als überschlägige Materialfluss-Berechnungen.

Es ist eine Binsenweisheit, dass eine Simulation nur so gut sein kann wie die Eingangsparameter und die Abbildung der simulierten Prozesse. Insbesondere die drei Problemzonen, also Auftragsstrukturen, Nachschubprozesse und der Faktor Mensch, schlagen auch bei einer Simulation voll zu.

Schlussbemerkungen

Je komplexer eine Anlage ist, desto schwieriger wird die Aussage „das System hat einen Durchsatz von XX pro Stunde“. Vor dem Hintergrund autonomer Transport- oder Pickroboter werden da noch spannende Zeiten auf uns zukommen.

Aber auch ohne Fahrerlose Transportsysteme, Drohnen oder was auch immer an neuer Technik ins Warenlager einziehen wird, sollten alle Beteiligten heute schon offen und ehrlich bezüglich der oben definierten ‚Problemzonen‘ miteinander umgehen. Ist das nun der Versuch uns als Anlagenlieferanten von aller Verantwortung zu befreien? Mitnichten, denn Eckleistung und technische Systemleistung gehört meines Erachtens in die Verantwortung desjenigen der Geräte, Layout und Steuerung liefert.

Mit dieser Formulierung führe ich die Differenzierung zwischen technischer und organisatorischer Systemleistung ein. Technische Systemleistung beinhaltet alle Effekte von verketteten Systemen, ohne Betrachtung von dynamischen Auftragsstrukturen, Nachschubprozessen oder dem menschlichen Einfluss. Dem gegenüber steht die Operative Systemleistung, die sich aus der Technischen Systemleistung plus den Einflüssen von Auftragsstrukturen, Nachschubprozessen und Faktor Mensch zusammensetzt.

Während der Anlagenlieferant für die Technische Systemleistung verantwortlich ist, kann eine Operative Systemleistung nur in gemeinsamer Verantwortung von Betreiber und Lieferant definiert und gemessen werden.

Ebenfalls in die Operative Systemleistung fällt der Einfluss von übergeordneten IT-Systemen auf den Durchsatz. Dieses Thema ist allerdings so vielschichtig, dass es den Rahmen dieses Artikels sprengen würde und wir es deshalb gesondert behandeln werden.

Über Dr. Max Winkler

Dr. Max Winkler is the VP Solutions & Technology of SSI SCHAEFER PEEM, the leading supplier for logistics equipment and automation, specialized in order picking applications. He received a PhD in Mechanical Engineering from the University in Hannover, Germany, and has more than 13 years of experience in material handling systems across various industries. He started in the material handling industry at Mannesmann Dematic in Germany. Gaining experience in areas such as product design, manufacturing, QM and strategic business planning then led to the position of Operations Manager at Dematic's main European site in Offenbach, Germany. In 2003 Mr. Winkler became the Project Director for the baggage handling system of the extension of Dubai airport, with over 70 km of conveyors still the world largest baggage handling system. In 2006 he joined SSI Schäfer in Graz, Austria to manage product design and manufacturing. Since 2010 he coordinates the solutions and R&D activities within the global SSI Schäfer Automation group.
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