Bestandsmanagement in Supply Chains - POM Prof. Tempelmeier ...

Horst Tempelmeier
Bestandsmanagement
in Supply Chains

Prof. Dr. Horst Tempelmeier
Universität zu Köln
Seminar für Produktionswirtschaft
Albertus-Magnus-Platz
D-50923 Köln
Germany
http://www.spw.uni-koeln.de
tempelmeier@wiso.uni-koeln.de
Bibliografische Information Der Deutschen Bibliothek
Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie;
detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar.
Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die
der Übersetzung, des Nachdrucks, des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen,
der Funksendung, der Mikroverfilmung oder der Vervielfältigung auf anderen Wegen und der
Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen, bleiben, auch bei nur auszugsweiser Verwertung,
vorbehalten. Eine Vervielfältigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im
Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheberrechtsgesetzes der
Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils geltenden Fassung zulässig.
Sie ist grundsätzlich vergütungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen
des Urheberrechtsgesetzes.
c○ 2005 Horst Tempelmeier

Vorwort
Das vorliegende Lehrbuch ergänzt mein seit nunmehr siebzehn Jahren in mehreren Auflagen
im Springer-Verlag erschienenes Lehrbuch zur ”
Material-Logistik”. Fragen des
Bestandsmanagements unter Unsicherheit wurden dort bisher nur sehr kurz angesprochen.
Mit der zunehmenden standortübergreifenden Arbeitsteilung im Rahmen von Supply
Chains wird es immer wichtiger, daß der geplante Ablauf der Wertschöpfungsprozesse
durch geeignete Instrumente gegen externe zufällige Einflüsse abgesichert wird.
Mit diesen Instrumenten befaßt sich das vorliegende Buch.
Es wird das Bestandsmanagement in Supply Chains unter Berücksichtigung der Probleme
behandelt, die sich infolge von Unsicherheit über die Nachfrage und den Ablauf der
Wertschöpfungsprozesse ergeben. Hierbei habe ich – motiviert durch zahlreiche Beratungsprojekte
in der betrieblichen Praxis – versucht, über die formale Behandlung der
Probleme hinaus wichtige praktische Gesichtspunkte in die Diskussion mit einfließen zu
lassen, die in vielen ”
theoretischen” Lehrbüchern zum Supply Chain Management und
zur Lagerhaltungstheorie nicht detailliert diskutiert oder sogar vollständig vernachlässigt
werden.
Zielgruppe sind Studentinnen der Betriebswirtschaftslehre sowie des Wirtschaftsingenieurwesens
und der Wirtschaftsinformatik, aber auch interessierte Praktikerinnen, die
in ihrem beruflichen Umfeld mit Supply Chain Management oder Logistik zu tun haben.
Selbst Management-Beraterinnen, die der Meinung sind, ”
Bestände verdecken Fehler”,
sollten einmal in das Buch hineinschauen. Denn sie werden hier Bestände entdecken,
deren Abwesenheit ein Fehler wäre.
Aufgrund der zahlreichen Verweise zwischen der ”
deterministischen” und der ”
stochastischen”
Sicht der Probleme ist es zweckmäßig, daß die Leserin beide Lehrbücher zur
Hand nimmt.
Bei der Herstellung dieses Lehrbuches konnte ich auf umfangreiche Unterstützung
zurückgreifen. Besonders hervorzuheben ist die Hilfe von Lisbeth Buschkühl sowie Johannes
Antweiler, Lars Fischer, Sascha Herpers und Michael Manitz. Schließlich danke

VI
Vorwort
ich Birgit Hecker und Dragana Mandic für die Hilfe beim Auffinden von Schreibfehlern
und bei der Beseitigung von Unklarheiten im Text.
Das Layout des Buches wird durch einige in den Marginalien untergebrachte Pictogramme
aufgelockert. Die Bedeutung der Symbole gibt die folgende Übersicht wieder.
Beispiel
Modelldefinition
Literaturhinweise
Normalverteilung
Gammaverteilung
Diskrete
Verteilung
Köln, im Juni 2005
Horst Tempelmeier

Inhaltsverzeichnis
Kapitel A Einordnung des Buches 1
A.1 Material-Logistik und Bestandsmanagement . . . . . . . . . . . . . . . . 1
A.2 Kapazitätsorientierte Produktionsplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
Kapitel B Grundlagen 9
B.1 Struktur einer Supply Chain . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10
B.2 Einflußgrößen der Unsicherheit in Supply Chains . . . . . . . . . . . . . 13
B.3 Modellierung von Supply Chains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
B.3.1 Grundbegriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
B.3.2 Modellierung der Zeitachse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
B.3.3 Lagerbezogene Leistungskriterien . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
B.3.3.1 Produktbezogene Leistungskriterien . . . . . . . . . . . . . 27
B.3.3.1.1 α-Servicegrad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
B.3.3.1.2 β-Servicegrad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
B.3.3.1.3 γ-Servicegrad . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
B.3.3.1.4 Dauer der Lieferunfähigkeit . . . . . . . . . . . . . . . 30
B.3.3.1.5 Lieferzeit eines Kundenauftrags . . . . . . . . . . . . . 33
B.3.3.2 Produktgruppenbezogene Leistungskriterien . . . . . . . . . 37
B.3.3.3 Kundenklassenspezifische Leistungskriterien . . . . . . . . . 42
B.3.3.4 Auswirkungen des Lagers auf nachfolgende logistische Prozesse
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
B.3.4 Die Kennziffer ”
Bestandsreichweite” . . . . . . . . . . . . . . . . 48
B.3.5 Die Nachfragemenge im Risikozeitraum . . . . . . . . . . . . . . 50

VIII
Inhaltsverzeichnis
Kapitel C Einstufige Lagerhaltungspolitiken 63
C.1 Approximative Analyse ausgewählter Lagerhaltungspolitiken . . . . . . . 65
C.1.1 (s, q)-Politik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65
C.1.1.1 Kontinuierliche Bestandsüberwachung . . . . . . . . . . . . 66
C.1.1.2 Periodische Bestandsüberwachung . . . . . . . . . . . . . . 77
C.1.1.3 Simultane Optimierung von Bestellmenge und Bestellpunkt . 86
C.1.2 (r, S)-Politik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
C.1.3 (s, S)-Politik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
C.1.4 Vergleich der Lagerhaltungspolitiken . . . . . . . . . . . . . . . . 112
C.2 Exakte Analyse ausgewählter Lagerhaltungspolitiken . . . . . . . . . . . 114
C.2.1 Eine einmalige Bestandsergänzung: Das Newsvendor-Problem . . 114
C.2.1.1 Modell ohne bestellfixe Kosten . . . . . . . . . . . . . . . . 115
C.2.1.2 Modell mit bestellfixen Kosten: einperiodige (s, S)-Politik . 119
C.2.2 (s, q)-Politik mit Poisson-verteilter Nachfrage und kontinuierlicher
Lagerüberwachung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
• Exkurs 1: Approximation der Nachfragemenge in der Wiederbeschaffungszeit
durch eine Normalverteilung 130
• Exkurs 2: Periodische Lagerüberwachung . . . . . . . . . 131
C.2.3 Base-Stock-Politik mit Poisson-verteilter Nachfrage und kontinuierlicher
Lagerüberwachung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
C.2.4 Wahrscheinlichkeitsverteilung der Lieferzeit für eine Base-Stock-
Politik in diskreter Zeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136
C.3 Mehrere Kundenklassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141
C.4 Mehrere Auftragsgrößenklassen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 143
C.5 Modellierung des Lieferanten als Warteschlangensystem . . . . . . . . . . 145
C.5.1 Auftragsorientierte Produktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145
C.5.2 Lagerorientierte Produktion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 149
C.5.2.1 Produktionsknoten mit unbeschränkter Kapazität . . . . . . . 151
C.5.2.2 Produktionsknoten mit beschränkter Kapazität . . . . . . . . 153
C.6 Bestandskonzentration: die Wurzelformel . . . . . . . . . . . . . . . . . 156

Inhaltsverzeichnis
IX
Kapitel D Analyse mehrstufiger Supply Chains 159
D.1 Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
D.2 Der Bullwhip-Effekt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
D.3 Mehrstufige Lagerhaltungspolitiken mit lokaler Disposition . . . . . . . . 167
D.3.1 Modelle für divergierende Systeme . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
D.3.1.1 Poisson-verteilte Nachfrage in kontinuierlicher Zeit, identische
Regionallager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 169
D.3.1.2 Allgemein verteilte Nachfrage in kontinuierlicher Zeit, nichtidentische
Regionallager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176
D.3.1.3 Allgemein verteilte Nachfrage in diskreter Zeit, nichtidentische
Regionallager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187
D.3.1.4 Allgemein verteilte Nachfrage in diskreter Zeit, nichtidentische
Regionallager, Kundenklassen . . . . . . . . . . . 197
D.3.2 Modelle für Systeme mit genereller Struktur . . . . . . . . . . . . 201
D.3.3 Abschließende Bemerkungen zu den Konzepten mit lokaler Disposition
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203
D.4 Mehrstufige Lagerhaltungspolitiken mit zentraler Disposition . . . . . . . 206
D.4.1 Das Konzept des systemweiten Lagerbestands . . . . . . . . . . . 206
D.4.2 Modelle mit internen Wartezeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213
D.4.3 Modelle ohne interne Wartezeiten . . . . . . . . . . . . . . . . . 219
D.5 Vendor-Managed Inventory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226
Kapitel E Praxisorientierte Heuristiken 229
E.1 Mengen- und Zeitpuffer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231
E.1.1 Sicherheitsbestand . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
E.1.2 Sicherheitsvorlaufzeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 237
E.1.3 Überschätzung der Nettobedarfsmengen . . . . . . . . . . . . . . 238
E.1.4 Bestandsrationierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 239
E.1.5 Produktsubstitution und Kannibalisierung . . . . . . . . . . . . . 239
E.2 Fixierung der Primärbedarfsmengen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 240
E.3 Neueinplanung von Aufträgen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242
E.4 Vorankündigung von Aufträgen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245

X
Inhaltsverzeichnis
Literaturverzeichnis 249
Sachverzeichnis 259
Verzeichnis der Symbole 263
Anhang 269
Anhang 1: Normalverteilung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 269
Anhang 2: Gamma-Verteilung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 274
Anhang 3: Gemischte Erlang-Verteilung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275
Anhang 4: Ableitung eines Integrals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277
Anhang 5: PMT – Produktions-Management-Trainer . . . . . . . . . . . . . . 278
Anhang 6: Ein multimediales Lernsystem zur Produktion und Logistik . . . . . 283