Leistungsdefizite in rechnergesteuerten Lager- und Warenverteilanlagen

(ungekürzte Fassung aus Logistik Heute, Nr. 9/2003)

Die Zahlen für die Leistung der Sortieranlage sind beeindruckend: 3.500 Colli / h. Diese Leistung kann aber im Tagesbetrieb nicht genutzt werden. Wenn es hoch kommt, schafft der Betreiber stundenweise 2.100 Colli. Der Grund: Der Unterschied zwischen Installierter Leistung“ und „Nutzbarer Leistung“ oder „Systemleistung“. Die Leistungsdifferenzen führen zu Streitigkeiten und damit zum Einsatz des Sachverständigen.

Zu den schwierigsten Aufgaben an mich zählt die Frage bei Abnahmeprüfungen, ob die gelieferte Anlage die „Systemleistung“ erreicht. Die Schwierigkeiten liegen auf unterschiedlichen Ebenen:

• Basis ist der Liefer-, Errichtungs- oder General-Unternehmer-Vertrag. Einzelne Passagen dieses Vertrages kann der Sachverständige nur dann in Frage stellen, wenn der Vertrag gegen „Üblichkeiten“ verstößt oder wenn aufgrund einer „überragenden Fachkompetenz“ in Fragen der Leistungserfüllung der Auftraggeber gegenüber dem Errichter / Lieferanten benachteiligt wird.
• Der Lieferant ist „Anlagenbauer“ bzw. hat das entsprechende Selbstverständnis. Er sieht seine Leistung als erfüllt an, wenn er die „Geräte-, Durchsatzleistungen“ oder die „Installierten Leistungen“ nachweist.
• Das Äquivalent gilt für den Lieferanten des „Lager-Verwaltungs-“ oder „Warehouse-Manage-
  ment-Systems“, der die Erfüllung seines Lieferumfanges dann anmeldet, wenn die von ihm gelieferten Funktionen laut Pflichtenheft erfüllt sind. Ein eindeutig messbarer Bezug zur „Systemleistung“ ist in dem Pflichtenheft meistens nicht enthalten.
• Ein weiterer Problembereich ist das „Kopf-System“, z.B. das zentrale Materialwirtschafts-
  system oder das PPS, das i.d.R. keine Rücksicht auf die nachzuweisende bzw. später tatsächlich benötigte „Systemleistungen“ nimmt.
• Schließlich beeinflusst auch der Auftraggeber bzw. der Anlagenbetreiber massiv die „Systemleistung“, weil sein Anforderungsprofil an die „Anlage“ arbeitstäglich schwankt und daher die Leistungs-Engpässe von Tag zu Tag wechseln.

In diesem Mix unterschiedlicher leistungsmindernder Einflüsse muss ich mich als Sachverständiger zurechtfinden, um „unter dem Strich“ die Empfehlung geben zu können, ob die „Anlage“ abnahme-
fähig ist.

Vorab ein Hinweis, dessen Hintergrund keine Wortklauberei bedeutet, sondern häufig Ursache von Leistungsdefiziten ist: Die Bezeichnung „Lager-Verwaltungs-System (LVS)“ oder „Warehouse Management System (WMS)“ mag korrekt sein für manuell bediente Lager oder singuläre rechnergesteuerte Hochregallager. Die LVS / WMS genannten Systeme sind aber eine der Hauptursachen, wenn ich gravierende Leistungsdefizite in rechnergesteuerten Anlagen konstatiere.

Um die datentechnischen Funktionen einer integrierten Förder-, Lager- und/oder Verteilanlage zu beschreiben, wäre der Begriff „Anlagen-Steuerungs-System“ richtig. Ich will mich aber nicht allzu sehr vom üblichen Sprachgebrauch entfernen und verwende daher durchgängig folgende Begriffe:

• „Warehouse Control System WCS, bestehend aus den ...
• Ablauf-Steuerungs-Funktionen und den ...
• Materialfluss-Steuerungs-Funktionen.

Es gibt keine festen Regeln, den vertragsgemäßen Leistungsumfang festzustellen bzw. diesen von betreiberseitigen Einflüssen zu trennen, abgesehen davon, dass ich mich immer auf den Errich-
tungsvertrag beziehen muss. Daher kann ich nur anhand von Beispielen die Ursachen für Leistungsminderungen beschreiben.

Beispiel 1: Wenn sich die Anlage nicht selbst organisieren kann

Die Einlagerungs-Steuerung in einem 6-gassigen automatischen Hochregallager mit Vorzone ist eine Funktion des „Warehouse Control Systems WCS“. Die vereinbarte Einlagerungs-Leistung wurde nachgewiesen, weil sich das WCS bei der Bestimmung der Einlagerungs-Plätze nach dem Zustand der Regalbediengeräte und deren Auslastung richtet.

Auf der Auslagerungsseite bestimmt dagegen das Zentrale Materialwirtschaftssystem die Nummern und damit die Koordinaten der auszulagernden Paletten. Während der Leistungsprüfung erreichte die Auslagerungs-Leistung nur 45 % der „Installierten Leistung“ bzw. 65 % der vereinbarten „Systemleistung“. Ursachen des Leistungs-Defizits waren:

• Infolge der vorgegebenen Fachkoordinaten der auszulagernden Paletten entsteht eine ungleichmäßige Belastung der einzelnen Regalbediengeräte. Wenn nicht oder nur wenig eingelagert wird, stehen Regalbediengeräte zeitweise. Es bildet sich der „Auftrags-Schwanz“: Der LKW wartet XXX Minuten auf die letzte(n) Palette(n). Die Produktion wartet aufgrund der verzögerten Auslagerung der letzte(n) Palette(n) des Auftrages auf das benötigte Vormaterial. Das Argument des Ausgleichs über den Arbeitstag mag zwar zutreffen. Es gilt jedoch nicht für die Durchlaufzeit des einzelnen Auftrages, unabhängig davon, wie „intelligent“ das WCS ist.
• Bei der Bestimmung der auszulagernden Palette wird der Status „Gestört“ der einzelnen Regalbediengeräte nicht berücksichtigt.
• Der größte Leistungsverlust entsteht jedoch durch die strikte Einhaltung von „First In – First Out“, bezogen auf die Charge. D.h. die Auslagerung der ersten Palette einer Charge wird erst dann begonnen, wenn die letzte Palette der vorausgehenden Charge ausgelagert ist.

Die Leistungsdefizite sind durch Festlegungen zu vertreten, die auf der Ebene des Zentralen Materialwirtschaftssystems getroffen wurden. Die Schwierigkeit für mich als Neutraler bestand darin, dass der Anlagenlieferant, in dessen Lieferumfang auch das WCS enthalten ist, „Systemleistungen“ zugesichert hat, die er nicht erfüllen kann. Die andere Problematik liegt im fehlenden Leistungs-
bewusstsein der Verantwortlichen für das Materialwirtschafts-System. Dieses Konzept gelte für alle Lager-Standorte des Konzerns, so deren Aussage, unabhängig davon, ob die Lager durch Stapler oder mit automatischen Regalbediengeräten bedient werden.

Beispiel 2: Die „klassischen“ Integrations-Probleme

Zu der Anlage im 2. Beispiel habe ich ein besonderes Verhältnis: Die ursprüngliche Planung hatte entsprechend meinen Gutachterlichen Feststellungen erhebliche Mängel. Die Anlage wurde umgeplant, als die Errichtung der baulichen Gewerke in vollem Gange waren. Aus Zeitgründen übernahm ich die Koordination der Gewerke sowie die Prüfung der Gesamtleistung, d.h. ich war teilweise „betroffen“ vom Ergebnis meiner eigenen Prüfungen.

Die Prüfung aller Leistungsketten verlief positiv mit einer Ausnahme: Die Bereitstellung zum Versand (auf „Schwerkraft-Rollenbahnen“) mit Komplett-Paletten aus dem Hochregallager und Kommissio-
nierPaletten aus dem „Synchronisations-Puffer“.

Logistikzentrum für Produktionsmaterial und Fertigware, Versandbereitstellung

Hierfür waren im Errichtungsvertrag folgende Bedingungen gestellt:

• 30 mechanisierte Versandbereitstellungsbahnen.
• Reservierung von N (N durchschnittlich 2) Bahnen á 17 Paletten pro LKW.
• Reihenfolge der Paletten pro LKW-Beladung nach Kundenaufträgen in umgekehrter Folge der Entladung.
• Positionsreine Bereitstellung der Paletten pro Kundenauftrag, aber willkürlich in der Folge der Positionen.
• Vorgabe für Leistungstest: Versandbereitstellung auf 28 Bahnen, d.h. für 14 LKW, in 4 ½ Stunden.
• Hier liegt das „klassische“ Reihenfolge-Problem vor, das durch die Konzeption des Hochregallagers verschärft wird: Es handelt sich um ein Lager mit 13 Gängen, in denen 6 automatische Regalbediengeräte mit 6 Umsetzbrücken laufen. Daraus resultiert eine weitere Bedingung, nämlich die Zahl der Umsetzvorgänge zu minimieren.
• Schließlich ist die Chargen-Struktur der Fertigwaren als FIFO-Kriterium vorgegeben, insofern aber nicht kategorisch als eine Lieferposition an den Kunden chargenrein sein soll.

Die Verantwortung für die Erfüllung der Leistungsanforderungen liegt ausschließlich auf der Ebene des „Warehouse-Control-Systems WCS“ (Anmerkung: An diesem Beispiel zeigt sich, wie unsinnig der Begriff „Lager-Verwaltungs-System LVS“ ist, wenn es sich um eine rechnergesteuerte Anlage handelt).

Die erste Prüfung der Versandbereitstellung mit realen Kundenaufträgen nahm 8 ½ Stunden in Anspruch. Es dauerte nahezu 4 Monate, bis der Lieferant des WCS die vertraglich festgeschriebene Zeit erreichte und die Anlage insgesamt abgenommen werden konnte.

Beispiel 3: Kommissionier-Anlage mit „Pick-to-Light“ – das Problem von Datenbank-Strukturen

Eine Kommissionier-Anlage hat erhebliche Leistungsdefizite. Die Planungsmängel werden (weil nur schwer behebbar) voraussichtlich Gegenstand eines Selbstständigen Beweisverfahrens und können hier nicht dargelegt werden. Die datentechnischen Mängel liegen dagegen auf der Ausführungs-Ebene. Sie werden z.Zt. behoben.

Eingesetzt ist ein leistungsfähiger Server, der über ein 100 MBit-Netz mit der Steuerungseinheit einer „Pick-to-Light-Anlage“ verbunden ist. Trotzdem bricht mehrfach am Tag die Kommissionierung zusammen. Der Grund hierfür ist das Design des WCS, weil die folgenden drei Vorgänge mit sog. „tiefen“ Datenbank-Zugriffen verbunden sind:

• Anzeige und Bestätigung der Box, in die hinein kommissioniert wird;
• Anzeige jedes Platzes, aus dem die Ware entnommen werden soll;
• Bestätigung der ausgeführten Kommissionierung.

Die Kommissionierung funktioniert, sofern sie unter 50 % der vereinbarten „Systemleistung“ liegt. Sie bricht aber mit zunehmender Leistung überproportional häufiger zusammen. Dieses Problem wird durch folgende Konzeption gelöst

• Zwischen dem eigentlichen WCS und der „Pick-to-Light“- Steuereinheit wird ein Picking-Steuerungs-Rechner mit einem Zentralspeicher-residenten (gesicherten) Dateien-System installiert.
• Die „Ablauf-Steuerung“ im WCS führt Buchungsvorgänge / Transaktionen aus. Diese sind zeitlich unabhängig vom Materialfluss und von den Handling-Funktionen an den interaktiven Terminals der Kommissionier-Plätze.

Beispiel 4: Leistungsdefizite durch mangelhafte Planung

An das folgende Beispiel erinnere ich mich ungern, weil die Ursache – eine unzureichende Planung – zur Insolvenz des Unternehmens beigetragen hat.

Die Story ist einfach: Die Kommissionierung eines heterogenen Warenspektrums war als „Straße“ geplant. Die Ziele sollten die bereitstehenden LKW sein. Der konzeptionelle Ansatz war richtig. Das System funktionierte (nach Anlaufschwierigkeiten), bis die maximale Zahl der Kommissionier-Plätze / -Fächer überschritten wurde.

Da es sich um verderbliche Produkte handelte, die gekühlt werden mussten, war eines der Ziele des Planers ein hoher Volumen-Nutzungsgrad, den er durch den Einsatz der Durchlauf-Technik (für Paletten und Kartons) erreichte. Umgekehrt konnte durch die hohe Volumen-Nutzung die Zahl der Kommissionier-Plätze nicht erweitert werden.

Zunächst versuchte der Betreiber, Kanäle mit wechselnden Artikeln zu belegen. Das Ergebnis waren Wartezeiten für das Kommissionier-Personal mit der Folge, dass das „Straßen-Konzept“ nicht mehr funktionierte.

Anschließend bezog der Betreiber eine Halle des Grundstücks-Nachbarn in die Abwicklung ein mit dem Resultat, dass er eine Zusammenführungs-/ Versandbereitstell-Fläche benötigte. Diese war jedoch nicht vorhanden.

Das alles hat nichts mit mangelhaft ausgeführter Datentechnik zu tun – der übliche Spruch „Das macht der Rechner“ konnte in diesem Fall nichts bewirken. Betreiber und Planer haben sich die (auch in vielen anderen Bereichen) explosionsartig zunehmende Artikel-Vielfalt  nicht vorstellen können.

Der geplante Rechtsstreit wurde im Übrigen aufgrund der Insolvenz nicht eröffnet. Ich wäre neugierig auf das Urteil gewesen.

Beispiel 5: Verbindung von Leistung und Verfügbarkeit

Das Problemfeld der von vier Betreibern als mangelhaft bezeichneten Zuverlässigkeit ihrer Groß-
anlagen ist nur vor dem Hintergrund des vertraglichen Procederes im Zuge der Abnahmeprüfungen verständlich. Vereinbart waren:

• Integrationstests / Probebetrieb
• Leistungsnachweis mit „Dummy“-Lagereinheiten und „Dummy“-Daten mit dem Ergebnis der „Vorläufige Abnahme“
• Verfügbarkeitsnachweis bei realem Betrieb mit dem Ziel der „Endgültigen Abnahme“

Ich wurde nur vordergründig wegen mangelhafter Verfügbarkeit/Zuverlässigkeit in Anspruch genommen. Vielmehr stellte sich mit Beginn der Nutzung unter realen Bedingungen heraus, dass die „Systemleistung“ der Anlage - im Gegensatz zur „Installierten Leistung“ - nicht ausreichte. Der Betreiber hatte nur noch den Verfügbarkeitsnachweis in der Hand, um Nachbesserungen beim Generalunternehmer durchzusetzen. Hierbei kam ihm vermeintlich die Passage des Vertrages zugute, der zufolge die Prüfung der Verfügbarkeit unter „Voll-Leistung“ ablaufen sollte. Der Unter-
nehmer wies seinerseits auf den absolvierten Leistungstest hin. Die Anlage sei abgenommen, auch weil diese zwischenzeitlich genutzt würde. Man dürfe nicht in der vom Betreiber gewünschten Form „nachkarten“.

Die Konsequenz ist, dass nach der Abnahme der Betreiber oder ich als Sachverständiger den Nachweis führen muss, dass die vereinbarte Verfügbarkeitsziffer erreicht oder nicht erreicht wird. Denn die Ergebnisse des Leistungsnachweises kann auch ich allein aus Gründen der praktischen Durchführung nicht über die Verfügbarkeitsprüfung aushebeln: Zwar wurde „Voll-Leistung“ während des Verfügbarkeitstestes vereinbart. Wenn Voll-Leistung aber aufgrund von Anlagen- oder WCS-
bedingten Leistungsdefiziten nicht gefahren wird, dann kann ich daran nichts ändern. Denn ich beziehe meine Erkenntnisse ausschließlich aus Prüfungen im laufenden Betrieb und nicht aus Hochrechnungen.

Die Zweigleisigkeit von Leistungs- und Verfügbarkeitsprüfungen zeigt noch einen anderen Aspekt auf: Wie werden Störungen innerhalb der Leistungsprüfung bewertet ? Da dieser Aspekt in allen Errichtungsverträgen der geprüften Anlagen nicht berücksichtigt war, wird i.d.R. mein Vorschlag über-
nommen, dass die Systemleistung nachgewiesen werden muss, unabhängig von den während der Prüfung auftretenden Störungen (sofern sie nicht vom Auftraggeber / Betreiber zu vertreten sind). Weitere Hinweise zum Thema Verfügbarkeit - s. LOGISTIK HEUTE Nr. 3/2000).

Beispiel 6: Simulation als Werkzeug zur Leistungsprüfung

Insgeheim war ich froh, dass ich Verfügbarkeitsprüfungen und nicht Leistungsprüfungen in den im Beispiel 5 angesprochenen Großanlagen begleiten musste. Denn die am Anfang erwähnten „Schwierigkeiten“ zur Feststellung bzw. Analyse der erbrachten „Systemleistungen“ treten bei allen vier Großanlagen auf. Was aber kann ich vorschlagen oder veranlassen, um die von vom Errichter/ Lieferanten zu vertretenden Leistungsdefizite von den betreiberseitigen zu trennen ? Die Antwort gibt das folgende Beispiel:

Bei einer Planungsprüfung einer Kommissionier-Anlage hatte ich von vornherein auf die Risiken des vorgelegten Planungsergebnisses und auf die Schwierigkeiten einer eindeutigen Leistungszusage hingewiesen, weil die üblichen Mittel zur objektiven Feststellung von Sachverhalten wie Messen, Zählen, Rechnen die „Systemleistung“ nicht eindeutig kennzeichnen würden. Der Auftraggeber war daraufhin bereit, ca. 30.000,- EURO für die von mir vorgeschlagene Simulation auszugeben. Diese Investition war in mehrfacher Hinsicht gut angelegt – Anmerkung: Realisierungspartner war das Simulations-Dienstleistungs-Zentrum SDZ in Dortmund.

1. In der ersten Simulationsphase sollten unterschiedliche Anlagen-Layouts bewertet werden: Die Kernfrage, die die Simulation beantworten sollte, lautete: In welcher Zeit bearbeiten die unterschiedlichen Anlagen-Layouts das „Paket“, das aus realen Kundenaufträgen „geschnürt“ wurde?
2. In der zweiten Simulationsphase wurde das als „best of four“ ermittelte Anlagen-Layout der Kommissionier-Anlage detailliert. U.a. wurde der Einfluss der Verteilung der zu kommissio-
   nierenden Artikel über die „Kommissionier-Front“ auf die Leistung untersucht. Allein diese Untersuchung lieferte erstaunliche Ergebnisse.
3. Die Zielsetzung der dritten Simulationsphase war die Anpassung des Simulations-
   Werkzeugs an den Tagesbetrieb. Es steht dem Betreiber der Kommissionier-Anlage permanent zur Verfügung zur Feststellung optimaler Betriebsparameter und zur Prüfung der Auswirkungen von geänderten Zuordnungen der hoch-, mittel- und niedrigumschlagenden Artikel zu Kommissionierfächern.

Das „Spiel“ auf dem Simulations-Instrumentarium im Rahmen der gerade laufenden Erweiterungs-
planung brachte für mich eine neue Erfahrung: In der Ablaufsteuerung als Teil des WCS steckt ein Potential von 30-40 % an Leistungssteigerung. Bevor die Anlage erweitert werden muss, ist es erheblich kostengünstiger, dieses Potential auszuschöpfen.