Simulation Verschieberegallager wirtschaftlich nutzen

Der effiziente Betrieb von Verschiebelagern unterliegt der Einhaltung bestimmter Regeln. Mit einer Simulation lässt sich zeigen, wie stark zum Beispiel die Einhaltung des First-in-first-out-(Fifo-)Prinzips oder die Unterteilung in ABC-Zonen die Lagerleistung und die Lagerprozesse beeinflussen.

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Linde Material Handling GmbH

Unitechnik Systems GmbH

FÖRSTER & KRAUSE GmbH

Verschiebelager sind äußerst raumsparend und eignen sich daher besonders für die Lagerung (tief)gekühlter Produkte. Wir betrachten hier ein Palettenlager für Euro- und Industrie-Paletten. Dabei gehen wir von sortenreinen Paletten aus, die in einem Verschiebelager gelagert werden. Des Weiteren werden die Paletten nach der Entnahme aus dem Regal direkt zum Versand bereitgestellt. Entweder wird die entnommene Palette direkt zum Lkw transportiert und geladen oder zu einem Förderband verbracht, das die Verladerampe versorgt (Trennung von Auslagerung und Beladen).

Systemparameter für effiziente Lagernutzung

Die effiziente Nutzung des Verschiebelagers hängt von verschiedenen Systemparametern ab. Systemparameter sind zum Beispiel:

• Einlagerungsstrategie (jedes Produkt in mehreren Gängen lagern) und Anzahl von Paletten pro Produkt und Gang (siehe Auslieferungsstruktur);
• Fifo-/MHD-Berücksichtigung;
• Anzahl Stapler zum Ein- und Auslagern;
• täglich ankommende und abgehende Anzahl Paletten (Umschlag);
• Anlieferungsstruktur (Anzahl Paletten pro Produkt/Rohware pro Anlieferung);
• Auslieferungsstruktur (Anzahl Paletten pro Produkt pro Auslieferung).

Es stellt sich die Frage, ob die Gangöffnungszeiten (in der Regel zwischen 60 und 90 s pro Öffnung) zum Engpass werden können, das heißt, dass Stapler auf das Öffnen von Gängen warten müssen. Grundsätzlich kann man sagen, dass die Wege- und Funktionszeiten (zum Beispiel Übergabe/Entnahme vom Fördersystem) der Stapler (außerhalb des Regalblockes) dabei eine entscheidende Rolle spielen. Je nach Anzahl der Stapler im Einsatz können Gangwechsel zeitlich mit Wege- und Funktionszeiten überlappend erfolgen. Das gilt bei geringer Staplerzahl und längeren Wegen der Stapler. Bei gleichzeitiger Ein- und Auslagerung in verschiedenen Gängen mit mehreren Staplern kommt es zwangsläufig zu Wartezeiten (WMS-Strategie).

Die Frage, die in diesem Abschnitt behandelt wird, bezieht sich darauf, wie viele Gänge für die Beladung eines Lkw geöffnet werden müssen. Dabei gehen wir von der Voraussetzung aus, dass nur ein Stapler im Einsatz ist, das heißt, die entsprechende Anzahl Paletten zur Beladung des Lkw bewegt.

Zahl der zu ladenden Produkte wird per Simulation ermittel

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt mittels Simulation. Zunächst wird eine Lagerbelegung für infrage kommende Produkte erzeugt. Dabei wird angenommen, dass die Häufigkeit der Gangbelegung der Produkte „gleich verteilt“ zwischen 1 und 5 schwankt. Das heißt, es gibt Produkte, die nur in einem Gang liegen, andere in zwei Gängen bis zu in fünf Gängen. Im nächsten Schritt wird die Ladung des Lkw (Anzahl der zu ladenden „Produkte“ – hier von zwei bis 30 Produkten) per Simulation ermittelt. Es wird also festgelegt, welche Produkte zu laden sind.

Von diesen Produkten sind die Gangbelegungen bekannt. Die Reihenfolge, in der die Produkte nun geladen werden, folgt der einfachen Strategie, mit dem Gang zu beginnen, in dem die meisten zu ladenden Produkte lagern. Es folgt der Gang mit der nächsthöchsten Anzahl von zu ladenden Produkten. Dieses Vorgehen erzeugt eine günstige Anzahl von erforderlichen Gangöffnungen. Das mathematische Optimum wird theoretisch nicht erreicht.

Anzahl von Gangöffnungen für das Beladen eines Lkw ermitteln

In diesem Abschnitt geht es um die erforderliche Anzahl von Gangöffnungen für das Beladen eines Lkw. Es wird angenommen, dass pro Gang die zu ladende Anzahl Paletten vorhanden ist. In der Praxis wird das nicht immer der Fall sein. Das bedeutet, dass die Anzahl erforderlicher Gangöffnungen in praxi höher ausfällt als hier ermittelt. Um wie viel höher, hängt davon ab, wie gut die Warehouse-Management-System-Strategie auf die Ein- und Auslieferstruktur abgestimmt ist.

Eine beispielhafte Lösung ist in Bild 1 dargestellt. Sie zeigt ein angenommenes Verschiebelager mit einem geöffneten Gang. Die eingeblendete Grafik verdeutlicht den starken Zusammenhang (R² = 0,94) zwischen der Anzahl der zu ladenden Produkte und der Anzahl der Gangöffnungen (Ordinate). Wird ein Lkw mit sieben Produkten (mit von sieben bis 33 Paletten) beladen, sind unter den gegebenen Annahmen im Mittel zirka fünf Gangöffnungen erforderlich.

Einhaltung des Fifo-Prinzips beeinflusst die Lagerleistung

Mit der Weiterentwicklung des Simulationsmodells ist die Lösung dieser Aufgabe möglich. Damit werden nun ermittelt:

• Stapler-Weglängen,
• Gangöffnungen,
• Wartezeiten (auf Gangöffnungen); des ersten und, getrennt davon, des zweiten Staplers,
• Gesamtladezeiten pro Lkw (bei angenommenen 30 bis 33 Paletten pro Lkw) bei Einsatz von einem Stapler und bei Einsatz von zwei Staplern,
• prozentualer Zeitgewinn durch Einsatz des zweiten Staplers,
• Zeiten pro Palette bei Einsatz von einem respektive zwei Staplern,
• Wartezeiten des zweiten Staplers, bis ein neuer Gang geöffnet wird („keine Arbeit“),
• Frei-Zeiten des zweiten Staplers am Ende des Ladevorgangs (wenn nur eine Palette pro Gang geladen werden muss).

In Bild 2 ist die Ergebnisstruktur mit einigen Zahlenbeispielen dargestellt. Der Fall manuell vorgegebener Produkte mit ihren jeweiligen Palettenzahlen kann ebenfalls behandelt werden.

In der Praxis geht es um die effiziente Nutzung des Lagers („Lagerleistung“) unter Einhaltung produktspezifischer Bedingungen. Damit ist vorrangig das Fifo-Prinzip gemeint (First in, first out), dessen Einhaltung die Lagerleistung in Verschiebelagern direkt beeinflusst. Vergleiche mit den in der Tabelle festgehaltenen Werten der Greedy-Strategie zeigen dies deutlich. Weiterhin zeigte es sich, dass in der Theorie eine ABC-Zonung (nach Umschlag) die Ladezeiten signifikant beeinflusst.

Fremdprodukte als Dienstleistung in Verschiebelager lagern

Allerdings ist dieser Ansatz in der Praxis nur schwer umsetzbar, wenn gleichzeitig in offene Gänge ein- und ausgelagert wird. Die Frage nach dem Einfluss von Doppelspielen in Verschiebelagern des hier behandelten Typs kann mit dem vorliegenden Modell nicht beantwortet werden. Das gleichzeitige Ein- und Auslagern ist einer weiteren Entwicklung vorbehalten.

Mit dem entwickelten Modell kann auch der Fall analysiert werden, wenn in einem Verschiebelager Fremdprodukte als Dienstleistung gelagert werden. Dann ergeben sich für den Lagerbetreiber interessante Strategiekombinationen – sowohl für die Platzierung der Fremdprodukte im Lager als auch für die eigenen Produkte.

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