Koordination durch iterative Aushandlungen in Supply Chains

Inhaltsverzeichnis

1. EINFÜHRUNG

2. EXEMPLARISCHES VORGEHEN BEIM KOLLABORATIVEN PLANEN

3.MODELLIERUNG
Modell 1 MP (Master Planning Model)
Extension 1 Buyer domain
Extension 2 Supplier domain

4. AUSWERTUNG EINES BESTELLUNGS- UND VERSORGUNGSMUSTERS
4.1 AUSARBEITUNG EINES OPTIMUMS Model 2 CP-Buyer
4.2 ENTWICKLUNG EINES GEGENVORSCHLAGS Model 3 CP-C(Buyer)
4.2 GESAMTER PROZESSFLUSS

5. TESTERGEBNISSE

6. SCHLUSSFOLGERUNG

7. LITERATURVERZEICHNIS

Soweit nicht anders gekennzeichnet, beziehen sich alle nachfolgend aufgeführten Sachverhalte auf Quelle[1].

1. Einführung

Bei der Beschaffung von Material für die Produktion und der Verteilung von Gütern an den Konsumenten durchlaufen Rohstoffe, Halbfertigwaren und Fertigwaren eine ganze Reihe von Stationen in einem logistischen Netzwerk. Die Planung und Kontrolle von Vorgängen - also die Abläufe zur Produktion, Lagerung, und Verteilung über die ganze Supply Chain (SC) - bilden einen der Kernpunkte des Supply Chain Management.

Auf der operativen Planungsebene spielt das Master Planning (MP) eine entscheidende Rolle. Es ist dafür verantwortlich, Angebot und Nachfrage über den Planungshorizont aneinander abzugleichen und Vorgänge und Abläufe sinnvoll in die SC einzugliedern. Um diesen Ansatz umzusetzen, ist es am zweckmäßigsten, eine zentrale Planungsebene einzurichten. In der Realität ist jedoch die Verwirklichung eines zentralen Master Plannings schwer zu realisieren, da teilnehmende organisatorische Einheiten einen hohen Grad an Vernetzung aufweisen müssen. Darüber hinaus wird das Master Planning getrennt für jede Planungsdomäne durchgeführt und basiert auf lokal empirischen Nachfragemustern. Das wiederum führt zu suboptimalen Ergebnissen und resultiert letztendlich in unnötig eingerichteten Lagerbestandspuffern oder häufigen Plankorrekturen.

Aus diesem Grund beschäftigt sich diese Arbeit mit der Frage, inwieweit sich ein Abnehmer und ein Lieferant durch iterative Aushandlungen neu koordinieren können, um somit zu einem global besseren Ergebnis finden zu können.

Dabei werden durch kollaborative Planung auf eine Planungsdomäne beschränkte MPs miteinander verknüpft. Die Annahme in diesem Ansatz ist, für planungsebenenspezifische MPs mathematische Programmierungsmodelle zu verwenden. Dabei ist der nachzugehende Ansatz, Nachfragevorschläge des Abnehmers und Angebotsvorschläge des Lieferanten untereinander iterativ auszutauschen. Dabei analysiert das Gegenüber das Angebot und gibt nach einem internen Optimierungsdurchgang einen Gegenvorschlag, der vom vorigen Original in einigen Punkten abweicht. Dieser Prozess, der einem Verhandlungsvorgang sehr ähnlich ist, verbessert schließlich die SC und führt zu einem globalen Rückgang der Kosten, obwohl keine zentrale Planungseinheit existiert und nur kleinstmögliche Pakete an Informationen zwischen den Planungsdomänen ausgetauscht werden.

2. Exemplarisches Vorgehen beim kollaborativen Planen

In diesem Abschnitt wird die iterative Aushandlung in der kollaborativen Planung zwischen einem Zulieferer und einem Abnehmer näher erläutert. Eine einfachste Aushandlung kann durch „Upstream Planning“ realisiert werden. Dabei stellt jede Domäne ihren Produktionsplan für jede Ebene oder hierarchisch auf. Danach wird der gesamte Produktionsplan erstellt, wobei die Domäne am äußersten Ende des Lieferstroms beginnt, ihren Nachfragebedarf an ihre Zulieferer weiterzugeben. Analog geben diese wiederum ihre Anfragen stromaufwärts an ihre Zulieferer weiter, bis für die komplette Supply Chain Nachfragepläne existieren. So ein Koordinationsvorgang ist relativ leicht zu implementieren und ist eine Verbesserung zur der Situation, dass jede Domäne für sich alleine optimiert. Deshalb wird im folgenden ein Ansatz entwickelt, der in der ersten Iteration mit Upstream Planning beginnt. Dieser einfache und hierarchische Koordinationsprozess wird jedoch durch einen verhandlungsähnlichen Prozess zwischen den Kollaborationspartnern weiter ausgebaut.

Das daraus resultierende Schema setzt eine aktive und ausgewogene Beteiligung aller Partner voraus. Die Vorgehensweise ist nun also folgende: Im ersten Schritt wird der vom Partner vorgegebene Bestell- oder Versorgungsvorschlag analysiert. Da dieser in den meisten Fällen vom lokal optimalen Plan abweichen wird, wird der angebotene Vorschlag modifiziert und wieder dem Partner unterbreitet. Dieser Vorgang findet so lange statt, bis alle Partner ihre Spielräume ausgereizt haben und somit ein global besseres Ergebnis erreicht werden kann. Es ist dabei aber zu beachten, dass die während einer Aushandlung unterbreiteten Modifikationen nur in einem bestimmten Ausmaß variieren können. Ansonsten würden die teilnehmenden Partner immer ihren vorherigen Vorschlag erneut unterbreiten. Deshalb sollten nur diejenigen Modifikationen erlaubt sein, die die effektivsten Veränderungen hervorbringen (also diejenigen, die eine maximale Reduktion an lokalen Kosten verursachen). Der Verlauf einer Aushandlung wird exemplarisch in Tabelle 1 dargestellt. Sie zeigt ein Planungsszenario in den ersten vier Perioden in denen der Abnehmer drei Güter vom Zulieferer erwirbt. Es werden immer die kumulierten Mengen angezeigt, da somit sofort Engpässe oder Überschüsse sofort ersichtlich werden.

Die erste Reihe in Tabelle 1 repräsentiert das am Anfang vorliegende Bestellmuster des Abnehmers basierende auf einem lokalen Optimum. Falls der Zulieferer die Nachfrage vollständig befriedigt, ist er mit Kosten in Höhe von 129.574 Geldeinheiten konfrontiert und die Gesamtkosten der Supply Chain belaufen sich auf 228.241 GE. Aufbauend auf dieser Ausgangssituation unterbreitet der Zulieferer ein modifiziertes Muster wie es in der zweiten Reihe der Tabelle gezeigt ist. Sich ergebende Überschüsse wurden dabei in fett und Engpässe in kursiv-fett gedruckt. Es ist ersichtlich, dass sich die meisten Veränderungen auf Gut 1 beschränken. Die Lieferungen von Gut 2 werden in der ersten und vierten Periode modifiziert, und Gut 3 wird nur in der zweiten Periode verändert. Die vorliegenden Veränderungen verursachen Kosteneinsparungen für den Zulieferer in Höhe von 9.500 GE. Der Abnehmer würde in dieser Situation einer Kostenerhöhung in Höhe von 4.000 GE gegenüberstehen. Aufsummiert ließe sich aber eine globale Kosteneinsparung in Höhe von 5.500 GE erreichen. Im dritten Schritt versucht nun der Abnehmer zusätzliche Veränderungen vorzunehmen, um zumindest teilweise zum Ausgangszustand zurückzukehren (z.B. Gut 1 in der dritten Periode oder Gut 2 in der ersten Periode) und Veränderungen vorzuschlagen (z.B. Gut 3 in der zweiten Periode). Die Modifikationen verursachen einen Rückgang der lokalen Kosten in Höhe von 2.100 GE, aber einen Anstieg der Kosten beim Zulieferer um 300 GE. Somit ergibt sich eine globale Kosteneinsparung in Höhe von 1.800 GE. Gemäß der Natur einer iterativen Aushandlung schlägt nun der Zulieferer weitere Veränderungen vor, um wiederum Einsparungen zu erzielen. Dieser Vorgang kann solange anhalten, bis keine zusätzlichen Einsparungen mehr erzielt werden können.

Tabelle 1 Negotiation process example

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Um den soeben dargestellten Vorgang zu implementieren, müssen die Kollaborationspartner sowohl Bestell- und Versorgungsmuster als auch Informationen über lokale Kosteneinsparungen miteinander austauschen. Mit diesem Wissen kann ein Partner die gesamte Auswirkung - also die lokale und die des Partners- eines Vorschlags einschätzen. Das Beispiel zeigt anschaulich wie durch wenige Iterationen schon erhebliche Kosteneinsparungen im Vergleich zu purem Upstream Planning erreicht werden können. Im weiteren wird nun das vorgestellte Schema detaillierter erörtert.

3.Modellierung

In diesem Abschnitt wird die vorliegende Entscheidungssituation im Master Planning skizziert und in ein entsprechendes mathematisches Programmierungsmodell eingebettet. Verknüpfungen mit benachbarten Planungsdomänen werden durch zusätzliche Nebenbedingungen in Anbetracht bezogen, damit dieses Modell auf die Kollaborative Planung angewendet werden kann. Das somit erhaltene Modell findet im intra-domain Master Planning eine Anwendung.

Wie schon in der Einführung angedeutet wurde, betreffen Planungsentscheidungen den Einkauf, Produktion, Transport und Lagerhaltung, da diese drei Kategorien den wesentlichen Teil innerhalb der Supply Chains ausmachen (Eregüc/Simpson/Vakharia⁵ ). Darüber hinaus wird auch im mittleren Planungsgrad die benötigte Verfügbarkeit von Ressourcen ermittelt und zugeteilt. Die Nachfrage wird als deterministisch angenommen und der Planungshorizont soll mehrere aufeinanderfolgende Perioden abdecken. Außerdem müssen mehrschichtige Strukturen von Vorgängen anwendungsgerecht berücksichtigt werden, damit die Durchführbarkeit eines Plans gewährleistet werden kann.

Das Ziel ist somit, die Gesamtkosten, die zur Bereitstellung der richtigen Menge des Endprodukts aufgebracht werden muss, zu minimieren.

Die meisten der oben erwähnten Beziehungen können durch lineare Gleichungen bzw.

Ungleichungen dargestellt werden. Einige Entscheidungen, die meistens sogar von enormer Wichtigkeit sind (z.B. deren Folgen auf die Kostenstruktur), können jedoch nur durch Binärvariablen sinnvoll umgesetzt werden. Solche diskreten Entscheidungen beeinflussen unter anderem Losmengen-Probleme in der Produktion und im Transport, die Verfügbarkeit von Ressourcen oder die Einbeziehung von Mengenrabatten. Daraus folgernd kann man also sagen, dass Binärvariablen das sonst lineare Modell in ein gemischt-ganzzahliges Programm umwandeln.

In der Modellierung der oben beschriebenen Entscheidungssituation wird ein Ansatz von Erengüc/Simpson/Vakharia⁴ benützt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Das vorgestellte Modell berücksichtigt Outputmengen x j, t und Lagerbestände i für jegliche j, t Vorgänge sowie Ausweitungen von Kapazitätsressourcen o. Vorgänge können dabei die m, t Produktion, den Transport oder andere wertschöpfende Tätigkeiten darstellen. Die Zielfunktion aus obigem Modell minimiert die anfallenden Gesamtkosten c , die, wie aus Nebenbedingung (3.2) ersichtlich wird, durch Losmengen, Produktions-, Lager- und Rüstkosten auf jeder Vorgangsebene j charakterisiert wird. Zusätzlich werden noch anfallende Kosten für Kapazitätserweiterungen berücksichtigt. Nebenbedingung (3.3) beachtet das Gleichgewicht zwischen produzierter Menge zum Zeitpunkt t und den Lagerbeständen aus der Vorperiode, und dem jetzigen Lagerbestand und dem derzeitigen Bedarf des Vorgangs j und deren sukzessiven Operationen S. In Nebenbedingung (3.4) hingegen werden j Kapazitätsbeschränkungen befriedigt und Gleichung (3.5) berücksichtigt Losmengenbeziehungen. Die Terme (3.6) bis (3.8) setzen obere und untere Schranken für den Output, die Lagerbestände und anfallende Mehrarbeiten.

Das soeben dargestellte Modell ist zwar einsatzfähig, jedoch charakterisiert es die isolierte Ansicht einer einzigen Planungsdomäne, die nur eine externe Marktnachfrage bedient. Um jedoch kollaborative Planung in den Ansatz miteinzubeziehen, müssen dem Modell einige Erweiterungen hinzugefügt werden, um Verknüpfungen mit existierenden Supply Chain Partnern explizit zu beachten. Diese Verknüpfungen repräsentieren Angebots- oder Nachfragevorschläge, die vom jeweiligen Gegenüber angefragt werden. Nachfolgend werden deswegen die Erweiterungen für die Abnehmer- und Lieferantendomäne veranschaulicht, wobei nur neu hinzugekommene Daten und Variablen aufgelistet werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Modellerweiterungen für den Abnehmer werden durch die Gleichungen (3.10) bis (3.13) widergespiegelt. In diesem Ansatz schlägt der Lieferant eine Liefermenge[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten] vor, die in die Rechnung miteinbezogen wird, um somit den optimalen Plan zwischen den Domänen zu finden. Gleichung (3.10) ersetzt also die vorherige Kostenfunktion (3.2). Zu der ursprünglichen Version kommen jetzt Lagerkosten für interne Angebotsmengen des Lieferanten hinzu. Nebenbedingung (3.11) verknüpft die interne Versorgung durch den Lieferanten mit dem Verbrauch des Vorgangs j und deren sukzessiven Operationen[Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten]

Generell ist jedoch die Lagerung von bereits abgenommenen Gütern erlaubt, um interne Vorgänge nicht völlig durch Angebotsmengen zu diktieren. Deswegen wird die Kostenfunktion in (3.10) durch Lagerkosten für interne Angebotsmengen des Lieferanten erweitert. Obwohl diese Kosten auch vom jeweiligen Gegenüber getragen werden könnten, ist ihre Einbindung sehr wichtig, um eine angemessene Abgleichung zwischen der Lagerung der

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