Modellgestützte Produktionsplanung und -steuerung in einem stochastischen Produktionsnetzwerk: dargestellt an einem Ansatz zur Planung und Steuerung der innerbetrieblichen Briefbearbeitung bei der Deutschen Post AG
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Frankfurt am Main [u.a.]
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1996
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Inhaltsverzeichnis
Verzeichnis der Abkürzungen und Symbole XIV
Verzeichnis der Tabellen und Abbildungen XV
Zielsetzung der Arbeit und Aufbau der Untersuchung 1
Kapitel 1 Der Briefdienst der Deutschen Post AG 7
1.1. Die Entstehung des Postdienstes 7
1.2. Der Postdienst heute 7
1.3. Der Briefdienst - ein Geschäftsfeld der Deutschen Post AG 8
1.3.1. Die Konkurrenzsituation des Briefdienstes auf dem
Kommunikationsmarkt 8
1.3.2. Ein Konzept zur Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit 9
1.3.3. Das Sortiergut 10
1.3.4. Die Leistungskette im Briefdienst 11
1.4. Die innerbetriebliche Briefbearbeitung als Glied der
Leistungskette im Briefdienst 15
1.4.1. Vorbemerkungen zur innerbetrieblichen Briefbearbeitung 15
1.4.2. Vorbereitende Arbeitsschritte in der innerbetrieblichen
Briefbearbeitung 16
1.4.3. Die Bearbeitung der Sendungsarten in der innerbetrieblichen
Briefbearbeitung 17
Kapitel 2 Produktionswirtschaftliche Aspekte der Problemstellung 21
2.1. Methodische Vorbemerkungen 21
2.2. Produktionswirtschaftliche Begriffsbestimmung 22
2.2.1. Der Dienstleistungsbegriff. 22
2.2.2. Der Produktionsbegriff und seine Erweiterung 24
X
2.2.3. Die innerbetriebliche Briefbearbeitung - eine spezielle Form
der Dienstleistungsproduktion 28
2.3. Bestimmung des Produktionstyps der innerbetrieblichen
Briefbearbeitung 29
2.3.1. Ein problembezogenes Schema der Produktionstypen 30
2.3.2. Der Produktionstyp der innerbetrieblichen Briefbearbeitung 34
2.4. Verallgemeinerung der Problemstellung 35
2.4.1. Anwendungsmöglichkeiten in postalischen Bereichen 36
2.4.2. Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der Sachgüterproduktion 37
2.4.3. Anwendungsmöglichkeiten im Bereich der
Dienstleistungsproduktion 39
2.5. Konzeptionelle Überlegungen zur Planung und Steuerung
komplexer produktionswirtschaftlicher Systeme 46
2.5.1. Dynamische Aspekte der Produktionsplanung und -Steuerung 46
2.5.2. Planungsprobleme produktionswirtschaftlicher Systeme 53
2.5.2.1. Ein Schema der Produktionsplanung ^
2.5.2.2. Einordnung der Planungsprobleme der innerbetrieblichen
Briefbearbeitung in das Schema der Produktionsplanung 55
Kapitel 3 Die Planung der Planung - Strukturierung der
Modellbildung und-Verwendung
3 • 1 • Motivation für die Wahl eines kybernetischen Ansatzes zur
Strukturierung der Modellbildung und -Verwendung 60
3-2. Grundprinzipien des kybernetischen Regelkreises 62
3 -3. Weiterentwicklung des kybernetischen Regelkreises zum Regelkreis
des modellgestützten Management-Entscheidungsprozesses 66
3.4. Phasen der Modellbildung und -Verwendung im Regelkreis des
modellgestützten Management-Entscheidungsprozesses 71
3 5. Nutzenpotentiale des Regelkreises des modellgestützten
Management-Entscheidungsprozesses
XI
Kapitel 4 Bedienungsnetzwerke als Instrument zur Modellierung
stochastischer Produktionsnetzwerke 77
4.1. Auswahl einer geeigneten Modellierungssprache 77
4.2. Grundbegriffe der Bedienungstheorie 80
4.3. Bedienungsnetzwerke 82
4.4. Bedienungsnetzwerke mit Betriebsstörungen 83
4.5. Formulierung des Grundmodells der innerbetrieblichen
Briefbearbeitung 86
Kapitel 5 Möglichkeiten einer Analyse eines Bedienungsnetzwerkes 91
5.1. LeistungskennzifFern 91
5.1.1. Leistungskennziffern aus der Theorie der Bedienungssysteme 92
5.1.2. Leistungskennziffern aus der Kostentheorie 95
5.1.3. Diskussion der ermittelten Leistungskennziffern 98
5.2. Quantifizierung der Leistungskennziffern mit Hilfe der Theorie
der Bedienungsnetzwerke 99
5.2.1. Analytische Verfahren 100
5.2.2. Approximative Verfahren 101
5.2.3. Die Analyse von Bedienungsnetzwerken mit Betriebsstörungen 103
5.2.4. Anwendbarkeit der Verfahren auf das Bedienungsnetzwerk
der innerbetrieblichen Briefbearbeitung 104
5.3. Quantifizierung der Leistungskennziffern mit Hilfe der Simulation . 105
5.3.1. Definition und Aufgabenstellung der Simulation 106
5.3.2. Allgemeines Ablaufschema einer Simulationsstudie zur
Formalisierung der Abläufe im Regelkreis des Management-
Entscheidungsprozesses 110
5.3.2.1. Zielfmdung und Systemanalyse 112
5.3.2.2. Modellbildung 113
5.3.2.3. Entwurf und Durchführung des Simulationsexperiments 123
5.3.2.4. Auswertung und Interpretation der Ergebnisse 134
XII
5.3.3. Kombination von Simulation und Optimierung 144
5.3.3.1. Numerische Verfahren 146
5.3.3.2. Heuristische Verfahren 149
5.3.3.3. Ein kostentheoretischer Ansatz 152
Kapitel 6 Verbesscrungsstrategien in stochastischen
Produktionsnetzwerken f
6.1. Der grundlegende Zusammenhang - der Bestand als Steuergröße 155
6.2. Weitere Steuergrößen zur Beeinflussung der Zielgrößen 161
6.3 Wirkung der Steuergrößen in Bedienungsnetzwerken 164
6.4 Darstellung der Verbesserungsstrategien im Überblick 167
6.5 Ein heuristischer Suchalgorithmus 172
Kapitel 7 Fallstudie zur Planung und Steuerung der
innerbetrieblichen Briefbearbeitung 177
7.1. Vorgehensweise der Fallstudie 7.2. Zielbildung 178
7.3. Modellbildung 179
7.3.1. Das Beschreibungsmodell der innerbetrieblichen Briefbearbeitung... 179
7.3.2. Das Erklärungsmodell der innerbetrieblichen Briefbearbeitung 180
7.4. Modellverwendung 186
7.4.1. Formulierung des Erkundungsmodells der innerbetrieblichen
Briefbearbeitung 186
7.4.2. Ermittlung von Leistungskennziffern im Erkundungsmodell 190
7.4.3. Das Entscheidungsmodell der innerbetrieblichen Briefbearbeitung... 193
7.4.4. Simulationsexperimente mit dem Entscheidungsmodell der
194
innerbetrieblichen Briefbearbeitung
7.5. Zusammenfassung der Ergebnisse - Strategien für die
innerbetrieblichen Briefbearbeitung
XIII
Kapitel 8 Übertragbarkeit der Ergebnisse 217
8.1 Anwendungsmöglichkeiten in postalischen Bereichen 218
8.2 Anwendungsmöglichkeiten in anderen Bereichen 219
8.2.1. Ein Beispiel der Sachgüterproduktion 219
8.2.2. Beispiele der Dienstleistungsproduktion 220
8.3. Nutzenpotentiale 223
Schlußbetrachtung 225
Anhang XXI
Literaturverzeichnis XXV
XV
Verzeichnis der Tabellen und Abbildungen
Abb. 1.1.: Die Sendungsarten im Briefdienst 11
Abb. 1.2.: Die Leistungskette des Briefdienstes 13
Abb. 1.3.: Zeitversetzte Abgangs-und Eingangsbearbeitung
im Briefdienst 14
Abb. 1.4.: Zuordnung der Sendungsarten im Briefdienst
zu den entsprechenden Bearbeitungstypen 15
Abb. 1.5.: Netzplan der Abgangsbearbeitung für Kurzbriefe 18
Abb. 1.6.: Netzplan der Eingangsbearbeitung für Kurzbriefe 19
Abb. 2.1.: Schema eines produktiven Systems nach Zäpfel 25
Abb. 2.2.: Das modifizierte Schema der Produktionsfaktoren
nach Gutenberg 27
Abb. 2.3.: Katalog von Elementartypen zur Charakterisierung
von Produktionsprozessen 32
Abb. 2.4.: Erweiterter Katalog von Elementartypen zur
Charakterisierung von Produktionsprozessen 33
Abb. 2.5.: Profildarstellungen von Produktionsprozessen
der Sachgüterherstellung 34
Abb. 2.6.: Die Profildarstellung des Produktionsprozesses
innerbetriebliche Briefbearbeitung 35
Abb. 2.7.: Layout des FFS zur Bearbeitung von Grauguß-Gehäusen für
Textilmaschinen (Sulzer) 38
Abb. 2.8.: Die Profildarstellung des Produktionsprozesses medizinische
Dienstleistung eines Krankenhauses 40
Abb. 2.9.: Beispiel für ein Servicenetzwerk eines Krankenhauses
(stationärer Bereich) 40
Abb. 2.10.: Beispiel für ein Servicenetzwerk eines Krankenhauses
(ambulanter Bereich) 41
XVI
Abb. 2.11.: Das bundesdeutsche Luftverkehrsnetz vor 1989 42
Abb. 2.12.: Die Profildarstellung des Produktionsprozesses
zivile Flugsicherung 44
Abb. 2.13.: Die Profildarstellung des Produktionsprozesses öffentlicher
Personennahverkehr 45
Abb. 2.14.: Zielsetzung der Modellverwendung 48
Abb. 2.15.: Das Erklärungsmodell einer Input-Output-Beziehung 50
Abb. 2.16.: Das Erkundungsmodell einer Input-Output-Beziehung 51
Abb. 2.17.: Das Entscheidungsmodell einer Input-Output-Beziehung 51
Abb. 2.18.: Das modifizierte Schema der Ebenen der Produktionsplanung 55
Abb. 2.19.: Allgemeine Zuordnung von Entscheidungsproblemen
der Produktionsplanung 56
Abb. 3.1.: Beziehung zwischen Realsystem, Modell
und Entscheidungsträger 62
Abb. 3.2.: Steuerkette (Steuersystem) 64
Abb. 3.3.: Regelkreis (Regelsystem) 65
Abb. 3.4.: Regelkreis mit Störgrößenaufschaltung 66
Abb. 3.5.: Regelkreis mit Störgrößenaufschaltung für den
Entscheidungsprozeß im Management 68
Abb. 3.6.: Regelkreis mit Störgrößenaufschaltung
und Modellunterstützung 70
Abb. 3.7.: Der Regelkreis des Management-Entscheidungsprozesses bei
modellgestützter Planung und Steuerung eines Realsystems 71
Abb. 3.8.: Der erweiterte Regelkreis des Management-Entscheidungs¬
prozesses bei modellgestützter Planung und Steuerung
eines Realsystems 74
Abb. 4.1.: Das System als Input-Output-Beziehung 77
XVII
Abb. 4.2.: Der grundlegende Bedienungsprozeß 80
Abb. 4.3.: Das Bedienungsnetzwerk der KBf-Abgangsbearbeitung
des Regelnetzes 90
Abb. 5.1.: Beziehungen und Gewichtsverschiebungen zwischen den
Zielgrößen eines Produktionsbetriebes 91
Abb. 5.2.: Der Graph der Bedienungskostenfunktion 96
Abb. 5.3.: Der Graph der Verzögerungskostenfiinktion in Abhängigkeit
von der Wartezeit einer Forderung 97
Abb. 5.4.: Der Graph der Verzögerungskostenfunktion in Abhängigkeit
von der Zahl der verfügbaren Bedienungseinrichtungen 98
Abb. 5.5.: Ablaufschema einer Simulationsstudie 111
Abb. 5.6.: Schnittstellenverluste bei der Trennung von Modellbauer
und Planer 118
Abb. 5.7.: Ablauf einer simulationsgestützten Optimierung 145
Abb. 5.8.: Interaktion zwischen analytischem Modell und
Simulationsmodell bei der Optimumsuche 149
Abb. 5.9.: Der gegenläufige Kosteneffekt bei der Optimierung der Anzahl
von Bedienungseinrichtungen in einem Bedienungssystem 153
Abb. 6.1.: Zusammenhang zwischen mittlerer Kapazitätsauslastung
und mittlerer Durchlaufzeit 157
Abb. 6.2.: Prinzipieller Zusammenhang zwischen mittlerer
Durchlaufzeit, mittlerer Leistung und mittlerem Bestand
eines Bedienungssystems 159
Abb. 6.3.: Mögliche Auswirkungen der Reduktion des VARK der
Zwischenankunftszeiten 162
Abb. 6.4.: Das Bedienungsnetzwerk der Simulationsexperimente 165
Abb. 6.5.: Der modifizierte TA-Algorithmus zur zielgerichteten
Durchführung des Verbesserungsprozesses in
stochastischen Produktionsnetzwerken 174
XVIII
Abb. 7.1.: Das Beschreibungsmodell der innerbetrieblichen
Briefbearbeitung 180
Abb. 7.2.: Zusammensetzung des Inputstroms 182
Abb. 7.3.: Mengenmäßige Aufteilung des Gesamtaufkommens
in Sendungstypen 184
Abb. 7.4.: Das Erklärungsmodell der innerbetrieblichen
Briefbearbeitung 185
Abb. 7.5.: Der Grafikbildschirm des in WITNESS formulierten
Erkundungsmodells der innerbetrieblichen Briefbearbeitung 187
Abb. 7.6.: Das Detailblatt der ALM l88
Abb. 7.7.: Leistungskennziffern des Entscheidungsmodells
- Bestimmung einer Untergrenze - 195
Abb. 7.8.: Darstellung des Maschineneinsatzplans
der Ausgangskonfiguration 95
Abb. 7.9. Leistungskennziffern des Entscheidungsmodells
-Ausgangssituation- 196
Abb. 7.10.: Leistungskennziffern des Entscheidungsmodells - Ausdehnung
des Bearbeitungszeitfensters der FSM um 90 Min. - 97
Abb. 7.11.: Leistungskennziffern des Entscheidungsmodells - Ausdehnung
des Bearbeitungszeitfensters der FSM um 140 Min. - 198
Abb. 7.12.: Leistungskennziffern des Entscheidungsmodells - Ausdehnung
des Bearbeitungszeitfensters der FSM um 50 Min. - 198
Abb. 7.13.: Leistungskennziffern des Entscheidungsmodells
- Verlagerung von Großkundenanlieferungen zur
901
Vermeidung von Stillstandzeiten. - Abb. 7.14.: Darstellung des Maschineneinsatzplans
der neuen Konfiguration Abb. 7.15.: Leistungskennziffern des Entscheidungsmodells
- Verlagerung von Sendungen aus der Kastenleerung. - 203
XIX
Abb. 7.16.: Grafische Darstellung der kumulierten Wahrscheinlichkeits¬
funktionen einer Konfiguration mit vorverlegtem Anlieferungs¬
schluß und vorgezogenen Bearbeitungsfenstern gegenüber der
Ausgangskonfiguration 204
Abb. 7.17.: Vergleich der Auslastungsgrade 204
Abb. 7.18.: Grafische Darstellung der kumulierten Wahrscheinlichkeits¬
funktionen einer Konfiguration mit vorverlegtem Anlieferungs¬
schluß und reduziertem Personaleinsatz in der RHV gegenüber
der Ausgangskonfiguration 205
Abb. 7.19.: Leistungskennziffern des Entscheidungsmodells
- Verlagerung von Sendungen aus der Zeitscheibe bis
20:00 Uhr in die Zeitscheibe bis 17:00 Uhr. - 206
Abb. 7.20.: Grafische Darstellung der kumulierten Wahrscheinlichkeits¬
funktionen der Ausgangskonfiguration, der Konfiguration der
Abb. 7.3. sowie der oben angegebenen Konfiguration 207
Abb. 7.21.: Grafische Darstellung der kumulierten Wahrscheinlichkeits¬
funktionen für ein Beispiel einer Sensitivitätsanalyse 208
Abb. 7.22.: Genereller Ablaufplan für das untersuchte Amt 209
Abb. 7.23.: Darstellung des generellen Maschineneinsatzplans für das
untersuchte Amt 210
Abb. 7.24.: Grafische Darstellung der kumulierten Wahrscheinlichkeits¬
funktionen für zwei unterschiedliche Konfigurationen eines
BZ für eine Sendungsmenge 1.000.000. Stck 212
Abb. 8.1.: Zielsetzung der Modellverwendung 217
Abb. 8.2.: Vereinfachtes Modell des Luftverkehrsnetzes 222
XX
Tab. 3.1: Überblick über Ansätze zur Verwendung
modellgestützter Regelkreise 69
Tab. 4.1: Systemklassen nach Warschat 78
Tab. 4.2: Systematisierung von Betriebsstörungen
im Produktionsbereich 84
Tab. 4.3: Unterschiedliche Forderungstypen und deren
spezifische Merkmale 88
Tab. 4.4: Weitere Charakteristika unterschiedlicher Forderungstypen 88
Tab. 4.5: Spezifizierung der Knotensysteme im Grundmodell 89
Tab. 5.1: Vier-Felder-Matrix der Simulationsarten 109
Tab. 6.1: Effekte einer Variation des Bestandes vor
einem Bedienungssystem 168
Tab. 6.2: Strategie (1) 168
Tab. 6.3: Strategie (2) 169
Tab. 6.4: Strategie (3) 169
Tab. 6.5: Strategie (4) 170
Tab. 6.6: Strategie (5) 170
Tab. 6.7: Strategie (6) 171
Tab. 6.8: Effekte von Flexibilitätspotentialen (z.B. Springerpool) 172
Tab. 7.1: Beispiel für ein mögliches Sendungsprofil 182
Tab. 7.2: Einteilung des Gesamtaufkommens in Sendungstypen zur
Bestimmung der Sendungsstruktur 183
Tab. 7.3: Beispiele für Leistungskennziffem zur Modellvalidierung 192
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