Prof. Dr.-Ing. habil. Peter Nyhuis

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Veröffentlichungen

Ein volatiles, intransparentes Marktumfeld führt zu Schwankungen in der Auslastung der Produktionskapazitäten im verarbeitenden Gewerbe, die sich innerhalb der Produktion in einer Über- oder Unterauslastung von Maschinen und Personen niederschlagen. Kleine und mittlere Unternehmen (KMU) erwarten eine zunehmende Volatilität, die mit einer Zunahme der Häufigkeit von Markt- und Konjunkturzyklen einhergeht. Für KMU ist es schwierig, mit diesen Schwankungen umzugehen. Plattformen zur gemeinsamen Nutzung von Kapazitäten können eine Lösung für diese Herausforderung darstellen. Plattformen sind in verschiedenen Formen verfügbar, werden aber aufgrund der vorherrschenden Skepsis der Unternehmen nicht häufig genutzt. Daher wird eine Methodik entwickelt, die eine Entscheidungshilfe für oder gegen die Nutzung von Plattformen bietet. Zusätzlich wird die Wahl des Plattformtyps unterstützt und die Veränderungen der logistischen und wirtschaftlichen Indikatoren berücksichtigt. Mit diesen Informationen können Unternehmen eine qualitative Entscheidung treffen, und die bestehenden Hemmschwellen können abgebaut werden.

Kapazitätssharing, Entscheidungshilfe, Anbieter Nachfrager, logistische wirtschaftliche Indikatoren

Die Reorganisation von Fabrikobjekten in der Restrukturierung bestehender Fabriken ist mit zahlreichen Herausforderungen verbunden. Im vorliegenden Beitrag wir ein Überblick über mögliche Zielkonflikte und zentrale Einflussfaktoren auf den Projekterfolg gegeben.

Fabriken unterliegen einem kontinuierlichen Wandel. Immer kürzer werdende Entwicklungszyklen in der Herstellung unterschiedlicher Produkte führen zu einem erhöhten Restrukturierungsbedarf betroffener Fertigungsstrukturen. Im Kontext von Fabrikplanungsprojekten steht die Gestaltung des Layouts unter dem Einfluss individueller Rahmenbedingungen im Fokus der Betrachtung. Die für eine Realisierung notwendigen Umzugsschritte werden zumeist erst nach Abschluss der Layoutgestaltung ermittelt. Die Planung und Vorbereitung des Umzugs stellt allerdings hinsichtlich der Zielsetzung und Komplexität eine eigenständige Projektaufgabe dar. Im Rahmen des Forschungsprojekts zur „Entwicklung einer Methode zur Optimalen Planung des Umzugs von Fabrikobjekten im Zuge der Realisierung eines neues Fabriklayouts“ (OptiFaU) werden grundlegende Zusammenhänge in der Planung und Durchführung von Fabrikumzügen untersucht und hinsichtlich Ihrer Bedeutung für den Projekterfolg diskutiert. Ziel des Projekts ist es, planenden Personen (z. B. UmzugsdienstleisterInnen oder FabrikplanerInnen) eine Möglichkeit zur Bewertung von Umzugsalternativen zur Verfügung zu stellen.

Umzugsplanung, Projektplanung, Terminplanng, Fabrikplanung, Reorganisation

Die Lagerplanung ist ein wichtiger Bestandteil der Fabrikplanung und ein bedeutender Wettbewerbsfaktor in Zeiten eines wachsenden globalen Marktes. Die Auswahl eines geeigneten Lager-, Kommissionier- und Transportsystems (LKT-System) stellt für Unternehmen eine große Herausforderung dar, da es stetig neue LKT-Systeme mit unterschiedlichen Eigenschaften gibt. Der Automatisierungsgrad und die Wandlungsfähigkeit dieser Systeme sind intransparent und das für ein bestimmtes Unternehmen erforderliche Maß ist  meist nicht bekannt. Um den Grad der Wandlungsfähigkeit von LKT-Sstemen zu ermitteln, wurde eine Methode entwickelt, die auf Wandlungsmerkmalen basiert, die den VWandlungsbefähigern zugeordnet sind. Um die erforderliche Wandlungsfähigkeit von LKT-Systemen für ein individuelles Unternehmen zu bestimmen, wurde ein Katalog von Wandlungstreibern erstellt. Für den Automatisierungsgrad von LKT-Systemen wurden die Anforderungen, die sich aus den Produkteigenschaften und den Leistungsanforderungen des Lagers ergeben, identifiziert. Die Leistungsfähigkeit der LKT-Systeme hängt vom Automatisierungsgrad ab, der durch Einflussfaktoren wie dem Digitalisierungsgrad festgelegt werden kann. Der erforderliche Automatisierungsgrad muss durch Restriktionen des Unternehmens und die identifizierten Möglichkeiten der Systeme bestimmt werden. Gleichzeitig müssen die Kosten der Systeme sowie deren Kombinationsmöglichkeiten berücksichtigt werden. Um Kosten zu sparen, sollen daher auch Systeme in Betracht gezogen werden, die zwar nicht perfekt zur geforderten Wandlungsfähigkeit und zum Automatisierungsgrad eines Unternehmens passen, sich aber dennoch auf einem akzeptablen Niveau befinden.

Lager-, Kommissionier- und Transportsysteme, Automatisierung und Wandlungsfähigkeit

Bei der Montage großskaliger Produkte kommt es oftmals zu Störungen. Um diese Störungen zu reduzieren, ist ein unkomplizierter Ansatz zu ihrer systematischen Aufbereitung nötig. Dieser soll automatisiert ähnliche Störungen identifizieren und eigenständig sinnvolle Behebungsmaßnahmen vorschlagen. Dafür werden zunächst die Störungen gesammelt und charakterisiert und ein Modell für sinnvolle Informationsflüsse erstellt. Anschließend werden in einer mehrstufigen Ähnlichkeitssuche, ähnliche Störungen ermittelt und geeignete Störungsbehebungsmaßnahmen abgeleitet.

Störungsmanagement, Einzel- und Kleinserienmontage, Großskalige Produkte, Ähnlichkeitsprüfung

Da Frei?ächen für Neubauten nur begrenzt vorhanden oder gar nicht verfügbar sind, ist Nachverdichtung ein vielversprechender Ansatz zur Generierung neuen Wohnraums. Das können sowohl die Erweiterung bestehender Gebäude um weitere Stockwerke sein als auch der vertikale Anbau oder die Nutzungsänderung anderer Gebäudestrukturen. Der modulare Hausbau trägt dieser Zielsetzung Rechnung, weil ein Großteil der Wertschöpfung vor Baubeginn generiert wird. Seine Vorteile stehen nun den logistischen Herausforderungen der Nachverdichtung gegenüber.

Modularer Hausbau, Nachverdichtung, Baustellen, Produktionsplanung und -steuerung

Auf innerstädtischen Baustellen steht meist nur ein begrenztes Flächenangebot zur Verfügung. Dadurch steigt die Komplexität in der Durchführung entsprechender Bauprojekte und zugleich das Risiko von Terminverschiebungen. Sowohl die Zusammensetzung des Bedarfs an spezifischen Flächenarten sowie deren Bedarfsentwicklung während der Bauzeit sollten im Zuge der Terminplanung Berücksichtigung finden. Eine Möglichkeit der Bewertung des Flächenbedarfs besteht über die Einführung des Wandlungspotenzials als Indikator für die Eigenschaft einer Fläche, bei möglichen kurzfristigen Änderungen im Bauprojekt flexibel angepasst werden zu können. Damit kann eine Bewertungsgrundlage geschaffen werden, die zunächst eine Entscheidungsunterstützung für Projektplaner darstellt und nachfolgend in optimierende Verfahren zur Terminplanung integriert werden kann. Dadurch kann die Güte eines Terminplans in Zusammenhang mit dessen Robustheit in positiver Sicht beeinflusst werden.

Dieser Beitrag beschreibt die Entwicklung einer Methode zur Bewertung von Flächenbedarfen und eine Möglichkeit der Integration in die Terminplanung von Bauprojekten. Es erfolgt eine anschließende Validierung der Methode anhand eines Praxisbeispiels. Abschließend werden die Ergebnisse resümiert.

Terminplanung, Baumanagement, Projektplanung, Produktionsplanung und -steuerung, Baustellen

Bei der Produktion von Lagergütern stehen produzierende Unterneh-men einem unsicheren Kundenbedarf gegenüber. Um Unsicherheiten zu begegnen, ist ein erhöhter Lagerbestand notwendig, um die Kunden-bedarfe anforderungsgerecht bedienen zu können. Die entstehenden Kosten sind bei gegebener Prognoseunsicherheit durch das Bestellver-halten beeinflusst. Das Bestellverhalten wird maßgeblich von der Be-stellpolitik bestimmt. Daher wurde der Einfluss von Prognoseunsicher-heit und der Bestellpolitik auf die entstehenden Lagerkosten mittels Sensitivitätsanalysen untersucht. Prognoseunsicherheiten bedürfen bei der (t, S)-Politik demnach größerer Bestände als unter der (s, q)-Politik.

Lagerplanung, Bestellpolitik, Prognoserechnung

Die Layoutplanung ist eine komplexe Planungsaufgabe im Rahmen einer Fabrikplanung, welche bisher meist manuell ausgeführt werden musste. Zwar wurden in der Vergangenheit viele Optimierungsverfahren für die  zugrundeliegende Problemstellung entwickelt, jedoch waren diese nur für einen kleinen meist universitären Expertenkreis anwendbar. Daher wurde in einem Forschungsprojekt eine einfach anwendbare Software zur Layoutplanung entwickelt, um Unternehmen einen Zugang zu diesen Optimierungsverfahren zu bereiten.

Fabrikplanung, Layoutplanung, Optimierung, Operations Research, Software

Der demographische Wandel und das damit verbundene Bevölkerungswachstum in Großstädten erschweren zunehmend die Schaffung bezahlbaren Wohnraums. Einen Ansatz zur Entspannung der Wohnungsnot in Großstädten stellt die Modulare Gebäudenachverdichtung dar. Die in diesem Kontext vorherrschenden Rahmenbedingungen werden durch begrenzt verfügbare Flächen und eine komplexe Infrastruktur charakterisiert. Der folgende Beitrag beschreibt das geplante Vorgehen zur Entwicklung einer Methode zur Organisation und Steuerung von Baustellenprozessen in der Modularen Gebäudenachverdichtung mit dem Ziel, derartige Bauprojekte aufwandsarm sowie effizient planen und durchführen zu können.

Urbanisierung, demographischer Wandel, Baustellen, Bauprojekte, Produktionsplanung und -steuerung

In den derzeitigen Ansätzen der Fabrikplanung werden im Prozess der Layoutplanung die Einflüsse von Transportsystemen nicht berücksichtigt. Die Transportmittelauswahl sowie die Transportnetzplanung findet nachgelagert zur Layoutplanung statt. Die Betrachtung der Auswirkungen, die aus der Transportsystemauswahl auf die Gestaltung des Fabriklayouts resultieren, erfolgt somit erst zum Ende des Fabrikplanungsprozesses. Die Selektion bestimmter Transportsysteme kann demzufolge umfangreiche Anpassungen am Layout nach sich ziehen. In diesem Beitrag wird ein Konzept für ein Experten- system aufgezeigt, welches neben der Transportsystemauswahl auch die Transportnetzplanung in den Prozess der Layoutplanung einbindet. Das Expertensystem soll auf Basis von Fuzzy Logic das Expertenwissen zur Auswahl von Transportsystemen interpretieren und das spätere Fabriklayout, ebenso wie die Transportnetze, auf Grundlage von definierten Eingangsdaten automatisiert generieren.

Fabrikplanung, Layoutplanung, Transportsysteme, Fuzzy Logic

Ressourcenverknappung und Klimawandel sind die Haupttreiber für den raschen Wandel der Stromerzeugungsstrukturen. Die Energiewende führt zu einem Anstieg der Energiepreise für die Herstellung von kleinen und mittleren Unternehmen (KMU). Innerhalb des letzten Jahrzehnts haben sich die Energiepreise in Deutschland verdoppelt und werden voraussichtlich weiter wachsen. Metallverarbeitende KMU schreiben bereits 4,5 Prozent ihres Bruttoproduktionswerts den Stromkosten zu. Das Paper zeigt mögliche Einsparpotenziale bei der Nutzung von Lagerbeständen als Energiespeicher und bietet Ansätze für eine effiziente Lösung der damit verbundenen Optimierungsprobleme.

Produktionsprogrammplanung, Energiekosten, Lagerbestand, Energiespeicher

Im Durchschnitt wurden seit 1997 jährlich mehr als 1.275 Windenergieanlagen in Deutschland installiert und mehr als 27.000 Windenergieanlagen sind heute in Betrieb. Die technische und wirtschaftliche Lebensdauer von Windenergieanlagen beträgt etwa 20 bis 25 Jahre. Folglich wird die Demontage von veralteten Windenergieanlagen in den kommenden Jahren durch Repowering oder Stilllegung von Windparks deutlich zunehmen und zu Millionen von Kosten für die Betreiber führen. Eine Möglichkeit, die kostspielige und zeitraubende Demontage von Windenergieanlagen komplett vor Ort zu ersetzen, ist der Aufbau eines Demontage-Netzwerkes, in dem teilweise demontierte Windenergieanlagen zur weiteren Bearbeitung zu spezialisierten Demontageplätzen transportiert werden. Dieses Netzwerk erfordert ein Optimierungsmodell zur Ermittlung der optimalen Standorte und eine angemessene Verteilung der Demontageschritte auf die Demontagestandorte. Die Herausforderung besteht darin, die Abhängigkeit der Netze vom Trade-off zwischen Transport- und Rückbaukosten zu berücksichtigen, die wiederum von der Wahl der Rückbautiefen und Standorte abhängt. Aufbauend auf dem Koopmans-Beckmann-Problem wird ein mathematisches Optimierungsmodell zur Lösung des beschriebenen Standortplanungs- und Allokationsproblems vorgestellt. Um einen Proof-of-Concept zu ermöglichen, wenden wir unser Modell auf eine Fallstudie eines beispielhaften Windparks in Norddeutschland an. Unsere Ergebnisse zeigen, dass das Modell Demontagebetrieben helfen kann, effiziente Demontagenetze für Windenergieanlagen aufzubauen und von entstehenden wirtschaftlichen Vorteilen zu profitieren.

Demontage, Windenergieanlagen, Optimierungsmodell

Die derzeitig genutzten Methoden zur Planung von Fabriklayouts sind hinsichtlich ihrer Bewertungsmethoden beschränkt. Die Fabrikbewertung erfolgt entweder qualitativ oder quantitativ, hierbei aber beschränkt auf wenige Zielgrößen. Diese Defizite wurden durch die Entwicklung einer Methode zur quantitativen, mehrdimensionalen ad hoc Fabrikbewertung überwunden. Auf dieser Basis ist es nun möglich, eine Fabriklayoutplanungsmethode zu entwickeln, die den Planungsaufwand reduziert und die Lösungsgüte deutlich erhöht.

Fabriklayoutplanung, Fabrikplanung, Fabrikbewertung, Operations Research, mathematische Modellierung

Steigende Energiepreise sowie eine zunehmende Volatilität dieser, aufgrund der vermehrten Einspeisung von erneuerbaren Energien wie Solar- oder Windenergie, stellen produzierende Unternehmen vor neue Herausforderungen: Beziehen Unternehmen ihren Strom kurzfristig zu schwankenden Preisen an Strombörsen oder über Energieeinkaufsgemeinschaften, kann die Fertigungssteuerung über ihre Stellgrößen die resultierenden Energiekosten bei konstantem Energieverbrauch beeinflussen. Gerade die Reihenfolgebildung, die kurzfristig über den nächsten zu bearbeitenden Auftrag entscheidet, weist dabei hohes Potenzial auf. Die in diesem Artikel vorgestellte energiepreisorientierte Reihenfolgeregel priorisiert zu Zeiten niedriger Energiepreise Aufträge mit einem hohen Energiebedarf und zu Zeiten hoher Energiepreise Aufträge mit einem niedrigen Energiebedarf, ohne dabei den geplanten Fertigstellungstermin zu vernachlässigen. Jedoch eignet sich die Anwendung dieser Reihenfolgeregel nur unter bestimmten Voraussetzungen, die im vorliegenden Artikel anhand einer Simulationsstudie herausgearbeitet werden und die Wirkungsweise der Regel bestätigt wird.

Produktionsplanung und -steuerung, Fertigungssteuerung, Reihenfolgebildung, Energiekosten

Durch die Zunahme der Einspeisungen erneuerbarer Energien nimmt die Volatilität des Strompreises stetig zu. Unter Berücksichtigung dieses Sachverhaltes können produzierende Unternehmen durch die Anwendung einer energiepreisorientierten Reihenfolgeregel Energiekosten sparen. Da die Anwendung dieser Reihenfolgeregel nicht nur Auswirkungen auf die Energiekosten hat, wird in diesem Fachbeitrag eine Potentialanalyse vorgestellt, welche neben den Energiekosten zusätzlich die Termineinhaltungskosten von Fertigungsaufträgen berücksichtigt.

Kostenrechnung, Fertigungssteuerung, Produktionsplanung und -steuerung

Arbeitsbedingte Erkrankungen und ihre Folgen können für Unternehmen zu einem Produktivitätsverlust und damit zu einer Abnahme ihrer Wettbewerbsfähigkeit führen. Eine ergonomische Arbeitsplatzgestaltung kann dazu beitragen, einige Ursachen dieser Erkrankungen zu beseitigen. Häufig fehlt es den Unternehmen jedoch an dem erforderlichen Know-how zur Umsetzung. In diesem Beitrag werden Anforderungen an ein zu entwickelndes System beschrieben, das Unternehmen bei der ergonomischen Arbeitsplatzgestaltung unterstützen soll.

Ergonomie, Evaluation, Optimierung, Arbeitsplatzdesign

Die Volatilität des Strompreises nimmt durch den steigenden Ausbau erneuerbarer Energien insbesondere an der Strombörse stetig zu. Kleine und mittlere Unternehmen (KMU) des produzierenden Gewerbes können sich diese Schwankungen durch gezielte Lastführung zu Nutze machen und Energiekosten sparen. Zur Hebung dieses Potenzials müssen KMU Messzähler zur registrierten Leistungsmessung nutzen und Strom zu möglichst börsennahen Preisen beziehen.

Strombezug, Spotmarkt Strombörse, Lastmanagement, Energiekosten

Die Prognose von Absatzmengen stellt eine Herausforderung für die Produktionsplanung dar. Vor allem schwer prognostizierbare Absatzschwankungen, wie sie beispielsweise durch Werbeaktionen hervorgerufen werden, sind dabei hinderlich. Oft sind Zusatzinformationen aus makroökonomischen Indizes nicht aktuell genug, der Detaillierungsgrad zu prognostizierender Produkte zu gering und der Prognoseaufwand zu hoch. Ziel eines neuen Forschungsprojektes ist daher die Entwicklung eines auf Suchmaschinendaten basierenden Modells zur Prognose von Absatzmengen auf spezifizierter Produktebene. Durch den ergänzenden Einsatz von Suchmaschinendaten zur Absatzprognose wird erwartet, dass der Prognosefehler gegenüber konventionellen Prognosemodellen auf Produktebene gesenkt werden kann. Insgesamt soll geklärt werden, ob und in welchem Maße sich die logistische Leistungsfähigkeit eines Unternehmens durch die suchmaschinendatenbasierte Prognose von Absatzmengen in der Produktionsplanung verbessern lässt.

Produktionsplanung, Absatzprognose, Suchmaschinendaten, Prognosemodell

In der Produktion lassen sich durch den optimalen Einsatz des Produktionsfaktors „Mensch“ produktbezogene Fehlerkosten reduzieren und die Qualität erhöhen. Hierfür müssen menschliche Leistungsschwankungen in der Produktionsplanung und -steuerung berücksichtigt werden. Dieser Artikel stellt die Grundlagen einer Methode für eine qualitätsorientierte Belegungsplanung unter Berücksichtigung menschlicher Leistungsschwankungen im Tagesverlauf vor.

Produktionsplanung und -steurung, Leistungskurve, Qualität

Die hohe Störfanfälligkeit bei der Montage großskaliger Produkte verlangt eine kurzfristige Auswahl von Maßnahmen zur Reaktion auf Störungen, um Auswirkungen wie Lieferantenverspätungen oder Auslastungsverluste zu reduzieren. Die Nutzung von Flexibilitätspotenzialen eines Produktionssystems stellt einen Ansatz dar, um diese Herausforderungen zu bewältigen. Dieser Fachbeitrag zeigt auf, welche Flexibilitätspotenziale in diesem speziellen Umfeld zur Verfügung stehen und genutzt werden können.

Montage, Produktionsmanagement, Störungsmanagement