MRP zur Materialplanung für Kreislaufprozesse (eBook)

Dr. Christian Gotzel promovierte bei Prof. Dr. Karl Inderfurth am Lehrstuhl für Produktion und Logistik an der Universität Magdeburg.

Geleitwort 7
Vorwort 9
Inhaltsverzeichnis 10
Abkürzungsverzeichnis 14
Symbolverzeichnis 15
Abbildungsverzeichnis 19
Tabellenverzeichnis 21
1 Einführung 23
1.1 Kreislaufwirtschaft als Herausforderung an die Produktionsplanung 23
1.2 Materialplanung bei kreislaufgeführter Produktion 27
1.3 Gliederung der Arbeit 28
2 Materialplanung bei konventioneller und kreislaufgeführter Produktion 30
2.1 Konzepte der Materialbedarfsplanung bei konventioneller Produktion 30
2.1.1 Verbrauchsorientiertes Konzept 31
2.1.2 Programmorientiertes Konzept - MRP 32
2.1.3 Weitere Konzepte der Materialplanung 35
2.2 Unsicherheiten und Absicherungsstrategien 37
2.2.1 Unsicherheiten im Rahmen der Bedarfsplanung 37
2.2.2 Absicherungsstrategien im Rahmen der Bedarfsplanung 38
2.2.3 Diskussion verschiedener Absicherungskonzepte 45
2.3 Materialplanung unter den Bedingungen kreislaufgeführter Produktion 49
3 Materialplanung bei externen Produktkreisläufen 53
3.1 Annahmen 53
3.2 Modell und optimale Dispositionspolitik 54
3.3 MRP zur Materialplanung bei externen Produktkreisläufen 61
3.3.1 MRP mit Beseitigungsoption 61
3.3.1.1 Identische Durchlaufzeiten 63
3.3.1.2 Nichtidentische Durchlaufzeiten 71
3.3.2 MRP ohne Beseitigungsoption 79
3.3.2.1 Identische Durchlaufzeiten 80
3.3.2.2 Nichtidentische Durchlaufzeiten 81
3.4 Stochastische Kontrollpolitiken 84
3.4.1 Identische Durchlaufzeiten 85
3.4.2 Nichtidentische Durchlaufzeiten 86
3.5 Heuristische Bestimmung der Dispositionsparameter 88
3.5.1 Identische Durchlaufzeiten 90
3.5.2 Nichtidentische Durchlaufzeiten 93
3.6 Berücksichtigung stochastischer Durchlaufzeiten 99
3.7 Untersuchung zur Performance der Heuristiken 102
4 Materialplanung bei internen Produktkreisläufen 120
4.1 Das Produktionsausbeuteproblem als Ausgangspunkt 123
4.1.1 Optimierungsmodell 125
4.1.2 Lineare Approximation 128
4.1.3 Lineare Heuristiken bei Produktionsdurchlaufzeit 132
4.1.3.1 MRP unter den Bedingungen der Ausbeutesituation 132
4.1.3.2 Heuristische Bestimmung des Dispositionsparameters 136
4.1.4 Numerische Untersuchung zur Performance der linearen Heuristik 142
4.2 Das Produktionsausbeute- und Aufarbeitungsproblem 157
4.2.1 Entscheidungsproblem und Optimierungsmodell 159
4.2.2 Heuristische Ansätze 162
4.2.2.1 Heuristik I - MRP-Ansatz 164
4.2.2.2 Heuristik II 201
4.2.2.3 Heuristik III 218
4.2.3 Numerische Untersuchung zur Performance der Heuristiken 228
5 Schlussbetrachtung 254
5.1 Zusammenfassung der Ergebnisse 254
5.2 Ausblick 257
Literatur 258
Anhang A: Grundlagen der Simulationsuntersuchung 267
A.1 Grundlagen der Simulation 267
A.1.1 Erzeugung U(0,1)-verteilter Pseudozufallszahlen 267
A.1.2 Erzeugung von Zufallszahlen für andere Verteilungsmodelle 268
A.1.3 Güte der erzeugten Zufallszahlen 272
A.2 Aufbau eines Simulationslaufs 274
A.3 Referenzlösungen 278
Anhang B: Analyse der MRP-Politik bei externen Rückflüssen 281
B.1 Identische Durchlaufzeiten . =.R=.P 281
B.2 Nichtidentische Durchlaufzeiten .R< .P (mit Entsorgungsoption)
B.3 Nichtidentische Durchlaufzeiten .R> .P (mit Entsorgungsoption)
B.4 Nichtidentische Durchlaufzeiten .R< .P (ohne Entsorgungsoption)
Anhang C: Analyse der MRP-Politik bei internen Rückflüssen 296
C.1 Identische Durchlaufzeiten .=.R=.P 296
C.2 Nichtidentische Durchlaufzeiten .R< .P
C.3 Nichtidentische Durchlaufzeiten .R> .P
Anhang D: Ergebnisse der numerischen Untersuchungen 307
D.1 Ergebnisse zur Disposition bei externen Rückflüssen 307
D.2 Ergebnisse zum Produktionsausbeuteproblem 320
D.3 Ergebnisse zum Produktionsausbeute- und Aufarbeitungsproblem 323
D.3.1 Ergebnisse zur Kostenperformance der Heuristiken unter dem Einfluss der Produktionsdurchlaufzeit .P im Fall .P< .R und des Ausbeuteniveaus µz
D.3.2 Kosten der Referenzlösung K(*) und der heuristischen Lösungen I bis III für alle Kombinationen der untersuchten Einflussfaktoren 325

1 Einführung (S. 1)

1.1 Kreislaufwirtschaft als Herausforderung an die Produktionsplanung

Die Verknappung der natürlichen Ressourcen ist in den vergangenen zwei Dekaden stärker in das öffentliche Bewusstsein gerückt. Die Gewinnung von Rohstoffen für die Produktion von Konsum- und Investitionsgütern belastet die natürlichen Ressourcen.

In der Vergangenheit endete der Weg eines großen Teils dieser Güter nach der Gebrauchsphase auf der Deponie oder in der thermischen Verwertung. Vor dem Hintergrund beschränkter Rohstoffquellen und Deponiekapazitäten ergibt sich damit ein Problem für das langfristige Wachstum der Industriegesellschaft.

Umweltpolitische Bestrebungen haben daher unter dem Leitbild einer nachhaltigen Entwicklung die Reduzierung von Abfällen und den Ersatz primärer durch sekundäre Rohstoffe zum Ziel. So hat der Gesetzgeber mit dem im Jahre 1994 verabschiedeten Kreislaufwirtschafts- und Abfallgesetz (KrW-/AbfG) den Wirtschaftsunternehmen eine erweiterte Verantwortung für die von ihnen erzeugten Produkte übertragen. Der im Gesetz verankerte Grundsatz der „Vermeidung vor Verwertung vor Beseitigung“ von Abfällen folgt der Zielsetzung, den Ressourceneinsatz für neu produzierte Erzeugnisse zu minimieren.

Das KrW-/AbfG wird durch eine Reihe von Rechtsverordnungen konkretisiert, welche die Produktverantwortung für die Erzeuger bestimmter Wirtschaftsgüter näher definieren. In den Bereich dieser Verantwortung fällt unter anderem die Verpflichtung zur Rücknahme von Altprodukten. Neben dem Zwang der gesetzlichen Rahmenbedingungen trägt jedoch zunehmend eine ökonomische Motivation zur Gestaltung von geschlossenen Wirtschaftskreisläufen („Closed-Loop Supply Chains“) bei, denn durch Rückgewinnung wertvoller Rohstoffe, Komponenten oder ganzer Produkte können erhebliche Materialkosten eingespart werden.

Mit der Integration von Recyclingprozessen ergibt sich zudem ein Anreiz zu der (ebenfalls im KrW-/AbfG geforderten) Entwicklung recyclingfreundlicher Produkte. Nicht zuletzt ist ein „grünes Image“ vor dem Hintergrund eines zunehmend für ökologische Aspekte sensibilisierten Verbraucherverhaltens ein wichtiges Element umweltorientierter Marketingstrategien.

Das Management kreislauflogistischer Aktivitäten stellt angesichts der gegenüber linearen Wertschöpfungsketten höheren Komplexität des Logistiksystems eine Herausforderung dar. Die Bewältigung dieser Aufgabe ist innerhalb des vergangenen Jahrzehnts zunehmend in das Interesse der internationalen Forschung gerückt.

Gegenstand des Forschungsgebiets Reverse Logistics ist nach der Definition der European Working Group on Reverse Logistics (REVLOG) „der Prozess der Planung, Implementierung und Steuerung von Materialrückflüssen, Prozessbeständen, Verpackungen und Fertigwaren von der Produktion, Distribution oder dem Gebrauch bis hin zur Wiedergewinnung oder sachgerechten Entsorgung.“

Das Recyclingmanagement (Product Recovery Management) übernimmt die Aufgabe der Koordination der in den Verantwortungsbereich des erzeugenden Unternehmens fallenden gebrauchten bzw. Altprodukte sowie deren Komponenten und Materialien mit dem Ziel, einen möglichst hohen ökonomischen (und ökologischen) Wert aus diesen Produkten zurückzugewinnen.

Wirtschaftliche, technische, organisatorische sowie Planungs- und Umweltaspekte des praktischen Recyclingmanagements werden bei FLAPPER ET AL. anhand zahlreicher Fallstudien besprochen. THIERRY ET AL. geben einen Überblick über die strategischen Aspekte des Recyclingmanagements und differenzieren hinsichtlich der Art der Wiedergewinnung in einem Spektrum zwischen der unmittelbaren Wiederverwendung und der Entsorgung (bzw. thermischen Verwertung) zwischen fünf Recyclingoptionen.

Das Materialrecycling bezeichnet die Rückgewinnung von Materialien auf stofflicher Ebene, wobei die Gestalt und Funktion des Ausgangsprodukts aufgelöst wird. Beim Ausschlachten werden dem Altprodukt gezielt Teile entnommen, die entsprechend ihrer Qualität im Rahmen einer anderen Recyclingoption wieder verwendet oder andernfalls stofflich verwertet werden.