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Über dieses Buch

​In der chemisch-pharmazeutischen Industrie erfolgt die Produktion häufig in global operierenden Unternehmen verteilt über viele Standorte. Mit der fortschreitenden logistischen Vernetzung erhöht sich die Planungskomplexität beträchtlich. Daher werden heute überwiegend computergestützte Planungssysteme eingesetzt, welche sowohl die netzwerkweite Kampagnenplanung als auch die standortbezogene Detailplanung mit Hilfe von quantitativen Methoden unterstützen. Markus Meiler entwickelt neuartige Methoden des Operations Research, die einen wichtigen Beitrag bei der Entscheidungsfindung im Rahmen einer standortübergreifenden Kampagnenplanung leisten können.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

1. Einleitung

In Zeiten eines wachsenden Welthandels mit einer zunehmenden Globalisierung in der Weltwirtschaft und dem dadurch entstandenen hohen Wettbewerbsdruck ist die Zahl der Unternehmen deutlich gestiegen, die Teil großflächiger, mitunter auch internationaler Produktionsverflechtungen sind. Insbesondere über den Zeitraum der letzten Jahrzehnte hinweg sind viele Produktionsnetzwerke durch verschiedene firmenpolitische Entscheidungen, wie Firmenübernahmen, Beteiligungen und globale Unternehmenskooperationen stetig gewachsen. Diese Entwicklung führte in vielen Fällen zu einer komplexen Produktionsstruktur mit Produktionsstandorten in verschiedenen Ländern und vernetzten Materialflüssen zwischen den Standorten. Im Bereich der chemisch-pharmazeutischen Industrie, wie auch in vielen anderen Industriezweigen, sind aus dieser Entwicklung heraus eine Vielzahl transnationaler Konzerne, sogenannte „Global Player“ oder Weltkonzerne, entstanden. Unter diesem Begriff werden große, international agierende Unternehmen verstanden, deren Stufen der Wertschöpfung sich jeweils nach einer möglichst kostengünstigen Zusammensetzung der Gesamtauswahl der Standorte richtet und der Vertrieb deren Produkte und Dienstleistungen auf einen globalen Markt ausgerichtet ist.
Markus Meiler

2. Supply Chain Management in der chemisch-pharmazeutischen Industrie

Die chemisch-pharmazeutische Industrie ist ein vielschichtiger Industriezweig. Mit Hilfe oftmals sehr variierender Produktionsprozesse werden über 30000 unterschiedliche Stoffe hergestellt. Mehr als 58 Prozent der Produkte liefert die Chemie zur Weiterverarbeitung an Kunden innerhalb der Branche, 24 Prozent an andere Industriezweige und 4 Prozent an den Dienstleistungssektor. Nur rund 14 Prozent aller Chemieprodukte sind für den direkten Verkauf an den Verbraucher vorgesehen. Die größten Kunden chemischer Produkte sind die Kunststoffverarbeitung, Auto-, Verpackungs- und Bauindustrie. Neben Basischemikalien gehen maßgeschneiderte Spezialchemikalien in eine Vielzahl hochwertiger Produkte ein. Zu diesen Produkten zählen u. a. Flachbildschirme, sichere und energiesparende Autos, langlebige Akkus, Vitamine in Lebensmitteln, pflegeleichte Kleidung. Benötigte Rohstoffe für die chemische Produktion sind v. a. Produkte der Mineralölindustrie, wie z. B. Rohbenzin, oder anorganische Stoffe wie Salz oder Nitrat.
Markus Meiler

3. Methodische Ansätze zur Ablaufoptimierung

In betriebswirtschaftlichen Anwendungsszenarien existieren eine Reihe unterschiedlicher Planungsprobleme, die sich beispielsweise mit dem Entwurf des Fabriklayouts, der Produktions- und Distributionsplanung oder mit der Personal- und Finanzplanung beschäftigen. In der vorliegenden Arbeit liegt der Fokus auf dem speziellen Planungsproblem einer mehrstufigen, werksübergreifenden Produktions- und Distributionsplanung in der chemischen Industrie unter Einsatz einer Produktion im Kampagnenmodus. Für dieses besondere Planungsproblem wird im folgenden Abschnitt eine Aufstellung methodischer Lösungsansätze für eine ablaufoptimierte Generierung von Produktionsplänen aufgezeigt. Das Ziel dieses Kapitels ist die Erarbeitung und Analyse diverser Lösungsverfahren, die im Rahmen der Entwicklung eines Ansatzes für die mittelfristige Produktionsplanung eingesetzt bzw. berücksichtigt werden können. Die vorgestellten Verfahren werden schließlich zur Lösung des Kampagnenplanungsproblems eingesetzt.
Markus Meiler

4. Kampagnenplanung im Rahmen der Supply-Netzwerk-Planung

Aufgrund der hohen Komplexität verfahrenstechnischer Produktionsabläufe, die in der Regel aufwändige Rüst- und Reinigungsaktivitäten vor Aufnahme bzw. nach Abschluss der Produktionsprozesse erfordern, wird die Produktion überwiegend im sogenannten Kampagnenmodus organisiert. Zusätzlich zu den oftmals hohen technologischen und regulatorischen Anforderungen an den gesamten Produktionsprozess, findet die Produktion heute vornehmlich in hochgradig vernetzten Produktionssystemen mit global verteilten Produktionsstandorten statt.
Markus Meiler

5. Implementierung des Planungssystems

In diesem Kapitel werden zwei alternative Lösungsansätze für das auftragsbasierte Kampagnen-Scheduling-Problem nach dem Vorgehen von Kapitel 4 vorgestellt. Der erste Ansatz basiert auf einer Modellierung als gemischt ganzzahliges lineares Optimierungsproblem (MILP), das mithilfe weitverbreiteter kommerzieller Optimierungssoftware zu lösen ist. Ein zweiter Ansatz basiert auf einer heuristischen Vorgehensweise, die Techniken der Nachbarschaftssuche auf disjunktiven Graphen, der kombinatorischen Optimierung und des Shifting-Bottleneck-Verfahrens miteinander kombiniert. Beide Ansätze, die in diesem Kapitel detailliert vorgestellt werden, werden anschließend in Kapitel 6 ausführlichen numerischen Tests unterzogen.
Markus Meiler

6. Praktische Erprobung

In diesem Kapitel werden die Ergebnisse numerischer Untersuchungen vorgestellt, denen die entwickelten Planungsansätze für eine vernetzte Kampagnenplanung unterzogen wurden. Bei der Konzeption der Tests fällt eine große Bedeutung auf den Einsatz praxisnaher Testinstanzen, die die praktische Anwendbarkeit des Systems im realen Planungsumfeld belegen. Ein zweiter Schwerpunkt dieses Kapitels liegt in der Gegenüberstellung und Bewertung der beiden Herangehensweisen der Implementation des Planungsansatzes. In diesem Zusammenhang wurde sowohl das MILP-basierte Kampagnen-Scheduling Problem aus Abschnitt 5.1 als auch eine heuristische Umsetzung der auftragsbasierten Kampagnenplanung aus Abschnitt 5.2 prototypisch implementiert, jeweils im Rahmen einer dazu entwickelten Testapplikation auf Grundlage unterschiedlicher Szenarien und einer Vielzahl an Testinstanzen untersucht und die erzielten Ergebnisse miteinander verglichen.
Markus Meiler

7. Zusammenfassung und Ausblick

Gerade bei hochgradig vernetzten, mehrstufigen und mitunter global verteilten Produktionsnetzwerken, die häufig in der chemisch-pharmazeutischen Industrie, insbesondere im Bereich der Produktion von Pharmazeutika oder Spezialchemikalien vorkommen, nimmt die Koordination der netzwerkweiten Produktionsaktivitäten einen großen Stellenwert ein. Bedingt durch die speziellen Anforderungen chemischer Produktionsabläufe führt eine unzureichend koordinierte Produktionsplanung häufig zu überhöhten und somit kostenintensiven Lagerbeständen, einer mangelnden Termintreue und ungenügenden Auslastung der oftmals hochgradig kapitalintensiven Produktionsanlagen. Da die netzwerkweiten Planungsaktivitäten jedoch allein schon durch die Komplexität des Produktionsnetzwerkes und die Anzahl der möglichen Planungsalternativen nur äußerst beschränkt überblickt und manuell optimal durchgeführt werden können, ist eine Unterstützung durch spezielle Software für eine optimierte Produktionsplanung oftmals unabdingbar. Trotz der hohen Praxisrelevanz können vorhandene, allgemein gehaltene Softwarelösungen nur begrenzt eingesetzt werden, da sie vornehmlich für Praxisfälle aus der Stückgutindustrie konzipiert wurden und somit die speziellen Charakteristika der chemisch-pharmazeutischen Produktion nicht ausreichend berücksichtigen. Auch in der wissenschaftlichen Literatur wurde das Problemfeld bisher nur in wenigen Beiträgen behandelt. In Anbetracht des bestehenden Forschungsbedarfs auf diesem Gebiet, wurde in der vorliegenden Arbeit die Entwicklung eines Verfahrens für eine integrierte Kampagnenplanung in mehrstufigen logistischen Netzwerken der chemischen Industrie vorgestellt.
Markus Meiler

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