Prof. Dr.-Ing. habil. Peter Nyhuis

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Veröffentlichungen

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

Die Losgrößenbildung ist eine wichtige Aufgabe der Produktionsplanung und -steuerung. Bei der Losgrößenbildung wird üblicherweise auf losgrößenabhängige Auftragsauflage- sowie Lagerhaltungskosten zurückgegriffen. Modelle zur Losgrößenbildung vernachlässigen jedoch den Aspekt von losgrößenabhängigen Instandhaltungskosten. Der Werkzeugverschleiß ist für Schmiedeunternehmen aber von hoher wirtschaftlicher Bedeutung, weil die Werkzeugkosten einen Hauptfaktor der Herstellungskosten darstellen.

Produktionsplanung und -steurung, Losgrößenbildung, Prozesstabilität

Steigende Strompreise für Industrieunternehmen resultieren in zunehmenden Energiekosten und damit einer geringeren internationalen Wettbewerbsfähigkeit. Aufgrund der zusätzlich zunehmenden Schwankungen des Strompreises sind Einsparungen bei den Energiekosten auch ohne kapitalintensive Investitionen möglich. Durch die Umsetzung spezifischer und organisatorischer Methoden sollen zukünftig energieintensive Aufträge zu Zeiten von niedrigen Strompreisen und energiearme Aufträge in Zeiten hoher Preise durchgeführt werden.

Energiekosten, Energiepreise, Fertigungssteuerung, Reihenfolgebildung

Die Demontage von großskaligen Produkten (wie Windenergie-, Kran- oder Förderanlagen), auch als  XXL-Produkte bezeichnet, gewinnt zunehmend an Bedeutung. Ein Grund dafür sind die begrenzten Laufzeiten der Anlagen. Die Herausforderung der Demontage liegt in der Positionierung zwischen der zum Teil aufwändigen und teuren Demontage am Einsatzort und dem teuren Abtransport von Einzelteilen zu einer Demontagefabrik. Aus diesem Grund soll im Rahmen eines Forschungsprojektes „DemoNet“ ein Wirkmodell entwickelt werden, welches Unternehmen bei der Gestaltung eines XXL-Demontagenetzwerkwerkes unterstützt. Die Forschungshypothese besteht darin, dass eine verteilte Demontage aus ökologischen, ökonomischen und logistischen Gesichtspunkten sinnvoller ist. Die Grundlage für das Vorhaben bildet die Erweiterung eines Standortplanungs- und Allokationsproblems als mathematisches Optimierungsmodell zur Demontage von XXL-Produkten. Zur Lösung des Optimierungsproblems wird ein genetischer Algorithmus entwickelt.

Demontageplanung, Demontage-Netzwerke, Wirkmodell, Lösungsheuristik, Standortplanungsproblem

Das Steuern der Synchronität von Versorgungsprozessen für die Montage erfordert eine quantitative Bewertungskennzahl. Mit dem Bereitstellungsdiagramm existiert ein effektives Werkzeug zur Beurteilung der Materialbereitstellungssituation, welches bereits verschiedene Kennzahlen beinhaltet. Eine Kennzahl zur Beschreibung des Synchronitätsgrades ist bislang jedoch nicht enthalten, wodurch eine quantitative Bewertung von Maßnahmen zur Synchronitätssteigerung verhindert wird. In diesem Artikel wird eine Kennzahl zur Beschreibung des erreichten Synchronitätsgrades vorgestellt: die Synchronitätszahl. Sie basiert auf einem existierenden Ansatz zur Annäherung der Komplettierungskurve im Bereitstellungsdiagramm. Da die Synchronitätszahl durch die mittlere Komponentenzahl der Montageaufträge im Untersuchungszeitraum beeinflusst wird, wird zudem eine zweite Kennzahl vorgestellt, die relative Synchronitätszahl, welche davon unabhängig ist. Durch die relative Synchronitätszahl wird somit ein Vergleich unterschiedlicher Betrachtungszeiträume ermöglicht. Darüber hinaus wird in diesem Artikel die Möglichkeit betrachtet, die Synchronitätszahl mit Hilfe eines einfachen Hill-Climbing-Algorithmus zu ermitteln.

Produktionsplanung und -Steuerung, Supply Chain Management, Bereitstellungsdiagramm, Synchronität

Der sich vollziehende Wechsel von einer kundenanonymen hin zu einer kundenauftragsbezogenen Produktion sowie die zunehmende Interaktion in Wertschöpfungsverbünden führen zu wachsenden Anforderungen an Unternehmen hinsichtlich Liefertermin- und Liefermengenflexibilität. Dies führt zu einer erhöhten Belastungsstreuung in den Produktionssystemen der Unternehmen. Dieser Fachbeitrag stellt erstmals anhand eines Simulationsmodells vor, wie die Belastungsstreuung mittels Losteilung gesenkt werden kann.

Belastungsstreuung, Belastungsschwankung, Quantifizierung, Losteilung

Produktionsunternehmen sehen sich mit einem zusehends turbulenter werdenden Umfeld konfrontiert, welches ihnen eine hohe Produktionsmengen- und Terminflexibilität abverlangt. Ist eine Entkopplung durch Lagerstufen nicht möglich (z. B. bei einer Auftragsfertigung) bzw. aus logistischer Sicht unerwünscht, schlagen sich Bedarfsschwankungen auf Herstellungsprozesse durch. Dies äußert sich in Form starker Belastungsstreuungen in der Fertigung. Welche Arten der Quantifizierung der Belastungsstreuung existieren und wie diese weiterentwickelt wurden, ist Gegenstand des folgenden Beitrags.

Belastungsstreuung, Belastungsschwankung, Quantifizierung, Produktionsplanung und -steuerung

Steigende Strompreise gefährden zunehmend die Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Industrie. Können die aus den erneuerbaren Energien resultierenden Strompreisschwankungen genutzt werden, ist eine Reduktion der produktionsbedingten Energiekosten möglich. Die Kapazitätssteuerung eröffnet hier einen attraktiven Handlungsspielraum. Im vorliegenden Beitrag wird eine weiterentwickelte Rückstandsregelung vorgestellt, welche den Zeitpunkt zur Kapazitätsanpassung in Abhängigkeit des Energiepreises auswählt.

zeitvariable Strompreise, schwankender Energieverbrauch, Fertigungssteuerung, Kapazitätssteuerung

Die Einhaltung der Liefertreue unter hohem Kostendruck kann durch die Optimierung der innerbetrieblichen Werkzeugversorgung erfolgen. Im Rahmen des Transferprojekts 13 des Sonderforschungsbereichs 489 wurde am Beispiel der Schmiedeindustrie ein mathematisches Modell entwickelt, welches den für die Produktion benötigten Mindestbestand an Schmiedewerkzeugen unter Berücksichtigung des Werkzeugbereitstellungsverzugs bestimmt.

Produktionsplanung und -steuerung, Werkzeugbestandscontrolling, Servicegrad, Betriebsmittelmanagemen

Durch die Integration von erneuerbaren Energien in den Energiemix schwanken die Strompreise teils deutlich. Mit zeitvariablen Tarifen in Verbindung mit einer entsprechenden Fertigungssteuerung können sich Energiekosten erheblich reduzieren lassen. Am IPH in Hannover ist jetzt ein Tarifmodell entstanden, dass die Anforderungen kleiner und mittelständischer Betriebe berücksichtigt.

Energiekosten, Stromtarif, Fertigungssteuerung, Erneuerbare Energien

Schmiedeunternehmen sind häufig Zulieferer der Automobilindustrie, die durch die implementierten Prinzipien der Just-In-Time Produktion besonders hohe Anforderungen an die Logistikleistung (Mengen- und Termintreue) ihrer Zulieferer stellt. Darüber hinaus ist der Kostendruck in dieser Branche sehr hoch, sodass Schmiedeunternehmen bestrebt sind, ihre Logistikkosten zu minimieren. Eine der Einflussgrößen auf diese Logistikkosten ist die Höhe des in einem Unternehmen vorhandenen Werkzeugbestands. Da die Werkzeugkosten einen hohen Anteil an den Produktkosten haben, birgt die strategische Positionierung zwischen Logistikleistung und -kosten in der Schmiedeindustrie ein großes Potential. Während jedoch eine zu geringe Anzahl an Werkzeugen zu Wartezeiten in der Produktion und häufigerem Rüsten durch Losteilung sowie einer damit einhergehenden Rüstzeiterhöhung von bis zu 30 % führen kann, ist eine mögliche Folge zu hoher Werkzeugbestände die Erhöhung von Prozessunsicherheiten durch eine verlängerte und stärker streuende Kreislaufdurchlaufzeit. Im Folgenden wird ein strukturierter Ansatz zur Positionierung der Werkzeugversorgung zwischen Logistikleistung und -kosten vorgestellt.

Produktionsplanung und -steuerung, Werkzeugbestandscontrolling, Servicegrad, Betriebsmittelmanagemen