OptiMAL – Optimale Planung manueller Lagersysteme

In Wertschöpfungsketten kann es aus unterschiedlichen Gründen notwendig sein, Güter zu lagern. Beispielsweise lassen sich so Zeitdifferenzen zwischen Prozessschritten überbrücken oder Prozesse voneinander entkoppeln. Lager stellen daher ein wichtiges Funktionselement in Wertschöpfungsketten dar und leisten einen wichtigen Beitrag zur Erfüllung logistischer Ziele wie Versorgungssicherheit und Liefertreue. Zur Klassifizierung von Lagersystemen wird häufig der Automatisierungsgrad als Unterscheidungskriterium herangezogen. Trotz fortschreitender Automatisierung sind manuell bediente Lagersysteme auch heute unverzichtbar, da sie durch ihre Flexibilität und die niedrige Investition in einer Vielzahl von Einsatzfällen die wirtschaftlichste Alternative darstellen.
In der Grobplanungsphase solcher manuell bedienter Lagersysteme werden mehrere alternative Lösungen der Planungsaufgabe erarbeitet und hinsichtlich bestimmter Zielgrößen wie Flächenbedarf und entstehender Kosten bewertet. Dabei müssen abhängig von Einsatzfall und Sortiment mehrere Lagerbereiche mit geeigneter Regaltechnik sowie geeigneter Bedientechnik ausgewählt und unter weiteren Anforderungen wie der Entnahmeart oder Strategien zur Lagerplatzbelegung und Bewegung der Bediener ausgestaltet werden. Gleichzeitig müssen die Artikel des Sortiments zu dem für sie am besten geeigneten Lagerbereich zugewiesen werden. Durch die Vielzahl an möglichen Ausprägungen des Lagers erfolgt die Grobplanung häufig erfahrungsbasiert, wobei die Anzahl betrachteter Varianten früh auf einige wenige eingeschränkt wird. Ziel des Forschungsvorhabens ist daher die Entwicklung einer Planungsmethodik, welche für einen gegebenen Einsatzfall die wirtschaftlichste Lösung generiert.
Planung kann allgemein als zweistufiges Vorgehen gestaltet werden: unterschiedliche Lösungsalternativen müssen in einem ersten Schritt erstellt werden, sodass in einem zweiten Schritt ihre Bewertung hinsichtlich des Planungsziels erfolgen kann. Basierend auf dieser Bewertung ist es möglich, die Lösungsalternative mit dem höchsten Potenzial zur Erreichung des Planungsziels auszuwählen. Übertragen auf manuell bediente Lagersysteme sind daher Teilmodelle nötig, mit deren Hilfe die unterschiedlichen Ausprägungsformen möglichst einheitlich hinsichtlich ihrer Geometrie, der erzielbaren Leistung sowie der entstehenden Kosten bewertet werden können. Die genannten Teilmodelle wurden aufbauend auf verschiedenen aus der Literatur bekannten Modellen gebildet, sodass Lagersysteme bestehend aus mehreren Lagerbereichen sowohl für die Mann-zu-Ware-Kommissionierung als auch für die Lagerung ganzer Lagereinheiten abgebildet werden können. Die Teilmodelle wurden in eine Planungsmethodik überführt, welche neben der Bewertung von Lösungsalternativen auch deren automatisierte Erzeugung übernimmt. Aus mathematischer Sicht sind zur Ermittlung der kostengünstigsten Lösung zwei miteinander verbundene Probleme zu lösen: Zum einen müssen die Artikel des einzulagernden Sortiments den verschiedenen Lagerbereichen zugewiesen werden. Mit diesem Zuweisungsproblem verbunden ist die Suche nach der Ausprägung der einzelnen Lagerbereiche. Die Ausprägung muss so gewählt werden, dass die Einlagerung der zugewiesenen Artikel technisch möglich und gleichzeitig mit minimalen Kosten verbunden ist. Dabei handelt es sich um ein nichtlineares, ganzzahliges Optimierungsproblem, welches nicht in allen Fällen mit vertretbarem Aufwand exakt lösbar ist. Zusätzlich muss dieses Optimierungsproblem während der Planung einmal für jede mögliche Zuweisung von Artikeln gelöst werden. Auf Grund dieser Komplexität wurde ein heuristisches Vorgehen zur Lösung des Planungsproblems erstellt. Dadurch ist es möglich, innerhalb kurzer Zeit eine Vielzahl an unterschiedlichen Systemausprägungen zu untersuchen und so den Planer in der Grobplanungsphase zu unterstützen.
Die Planungsmethodik wurde in einem Softwaredemonstrator umgesetzt und durch Planer verschiedener Unternehmen auf die Anwendbarkeit in der Praxis hin evaluiert. Ergebnis der Evaluierung ist die Bestätigung des gesetzten Ziels, den Planer durch eine schnelle, umfassende Analyse einer Vielzahl an Lösungsalternativen in seiner Aufgabe zu unterstützen.