Planungsassistenz in der Kontraktlogistik - Ein Konzept zur KI-basierten Planungsunterstützung innerhalb einer digitalen Plattform

Marius Veigt, Lennart Steinbacher und Michael Freitag

Der intensive globale Wettbewerb, kürzer werdende Produktlebenszyklen und eine zu-nehmende Variantenvielfalt erfordern flexible und wandlungsfähige, aber zugleich wirtschaftliche Produktions- und Logistiksysteme. Insbesondere in der Kontraktlogistikbranche werden aufgrund der kurzen Vertragslaufzeiten (ca. zwei bis drei Jahre) häufig Logistiksysteme bzw. Fabrikabschnitte neu geplant. Das Wissen über die kundenspezifischen Prozesse sowie die kundenindividuelle Konfiguration der Logistiksysteme liegt implizit bei den Planer*innen. Durch den Einsatz eines KI-basierten Assistenzsystems soll dieses Wissen erfasst und aufbereitet werden, sodass der Planungsprozess beschleunigt wird und gleichzeitig die Planungsqualität weniger individuellen Schwankungen unter-liegt. In diesem Artikel wird beschrieben an welchen Stellen des Planungsprozesses ein Bedarf für eine Unterstützung durch ein auf künstlicher Intelligenz (KI) basierendes Assistenzsystem besteht und wie die digitale Plattform für ein solches System grundlegend konzeptioniert sein sollte.

Das Outsourcing von Tätigkeiten, die außerhalb der Kernkompetenzen eines Unternehmens angesiedelt sind, ist weitläufige Praxis [1]. Dieser Trend hat sich besonders in der Kontraktlogistik bis in die Gegenwart gehalten, was sich in einem stetigen Wachstum des Marktvolumens der Kontraktlogistikbranche auszeichnet [2]. In der Praxis spiegelt sich dies wie folgt wider: Unternehmen erstellen Ausschreibungen für benötigte Logistikdienstleistungen. Logistikplaner*innen müssen dann schnellstmöglich auf diese Ausschreibungen reagieren und eine erste Version des Planungskonzepts inklusive Kostenvoranschlags entwickeln. Die Kontraktlogistiker übernehmen nicht nur Tätigkeiten, wie die Kommissionierung und Sequenzierung von Zulieferteilen, sondern auch wertschöpfende Tätigkeiten wie eine Vormontage.
Als wesentliche Charakteristik der Beziehung zwischen Kontraktlogistiker und Kunde kann die starke Anpassung des Logistikanbieters an den Kunden identifiziert werden [3].  Dies zeigt sich in der häufig tiefgehenden Spezifikation des Logistikstandortes, welcher durch den Kunden vorgegeben wird. Dabei muss auf die lokalen Gegebenheiten des Kundenstandorts eingegangen werden. Hieraus folgt, dass für die Planung und Kalkulation der Logistikleistung detaillierte Analysen und Recherchen durchgeführt werden müssen, um sich den gestellten Anforderungen an die Logistikdienstleistung anzupassen. Dies ist nur mit dem Einsatz von erfahrenen und hochqualifizierten Mitarbeiter*innen auszuführen [4]. Dabei ist es in der Kontraktlogistik üblich Tabellenkalkulationswerkzeuge zu benutzen, um der geforderten Flexibilität im Ausschreibungsprozess gerecht zu werden. Allerdings führt die Benutzung solcher Werkzeuge dazu, dass die Planer*innen eigene Vorgehen wählen, die beispielsweise von anderen Planer*innen nicht bzw. nicht vollständig nachvollzogen werden können. Demgegenüber konnten bereits erste Erfolge mit Ansätzen der Modularisierung und Standardisierung von Logistikprozessen und einer prototypisch umgesetzten webbasierten Applikation gezeigt werden [5]. Im Rahmen der Erprobung und Evaluation des Prototyps stellte sich jedoch heraus, dass selbst umfangreiche Prozessmodule Anpassungen für spezifische Ausschreibungen benötigen. Hieraus leitet sich ab, dass Standardisierung nicht der alleinige Ansatzpunkt für die Prozessoptimierung des Planungs- und Kalkulationsprozesses ist.
In dem aktuellen Planungs- und Kalkulationsprozess werden zunächst die Ausschreibungsunterlagen gesichtet. Anschließend werden nach den geforderten Preispositionen des Kunden eine Struktur erarbeitet, die notwendig ist, da der Kunde später die Angebote untereinander vergleichen können muss. Diese Strukturen werden dann mit Prozesshierarchien befüllt, die bis auf die niedrigste Prozessschrittebene reichen. Zusätzliche Konfigurationen, wie beispielsweise die Lagertechnik, müssen bei den Prozessen ergänzt werden. Der Planungs- und Kalkulationsprozess ist durch Iterationsschleifen gekennzeichnet, denn häufig müssen Anforderungen mit dem Kunden wiederholt abgestimmt werden. Das Wissen über die kundenspezifischen Adaptionen der Prozesse sowie die kundenindividuelle Konfiguration der Logistiksysteme liegt hierbei implizit bei den Planer*innen der Logistikdienstleister vor. Weiterhin hat sich bislang keine kommerzielle oder Open-Source-Software bei der Unterstützung der Planung und Kalkulation durchgesetzt. Der aktuelle Planungsprozess wird nach wie vor mittels Tabellenkalkulationen manuell durchgeführt. Aufgrund schwankender Bedarfe an Logistik- und Produktionsplanungs­dienstleistungen lässt es sich aber nicht vermeiden, dass auch weniger erfahrene Planer*innen diese Aufgabe übernehmen müssen. Dies erhöht den Zeitbedarf, reduziert die Qualität des Konzepts und verringert somit die Chancen, den Auftrag zu erhalten. Um diesem Problem entgegenzuwirken sowie die Planung von Experten*innen zu beschleunigen, soll ein KI-basiertes Assistenzsystem die Planer bei der Erstellung der Konzepte für die Logistik- und Produktionsplanung unterstützen. Ein solches Assistenzsystem begleitet den Planungsprozess und stellt eine digitale Plattform zur Entwicklung von Logistik- bzw. Produktionskonzepten dar.
 

Einordnung in bestehende Planungsprozessmodelle

Die Fabrikplanung kann als ein systematischer, zielorientierter, in aufeinander aufbauende Phasen strukturierter Prozess angesehen werden [6]. Zur Strukturierung des Planungsprozesses wurden zahlreiche Ansätze entwickelt, welche die komplexe Gesamtaufgabe in verschiedene Teilphasen gliedern. Diese Teilphasen umfassen verschiedene, inhaltlich voneinander abgrenzbare Aufgaben, die unter zur Hilfenahme verschiedener Methoden und Werkzeugen durchführt werden. In [7] wurden verschiedene Phasenmodelle klassischer und neuerer Fabrikplanungsansätze (Rockstroh, REFA, Wiendahl, Kettner, Grundig, Gegenstrom, Aachener FPV) zusammengestellt. Als weitere in Phasen strukturierte Ansätze können beispielsweise der von Schmigalla [8] sowie die VDI-Richtlinie 5200 [6] in vergleichbare Hauptphasen unterteilt werden, sodass sich der Unterschied dieser Ansätze vor allem im Detail und nicht im übergeordneten Phasenablauf der Planung wiederfindet [6].
Um die Arbeit in diesem Beitrag einordnen zu können, wird die VDI-Richtlinie 5200 genutzt, da diese in der Praxis weit verbreitet ist. In dieser Richtlinie ist der Fabrikplanungsprozess in sieben Phasen untergliedert, die sequentiell und teilweise iterativ bearbeitet werden [8]. Bild 1 zeigt einen Überblick über diese Phasen.
In Phase 1 werden zunächst die Unternehmens- und Fabrikziele festgelegt. Zudem werden Kriterien zur Bewertung von Planungsvarianten und Vorgaben zur Kostenermittlung definiert. In der Phase 2 (Grundlagenermittlung) werden zunächst die notwendigen Informationen beschafft. Diese gliedern sich in die drei Säulen Produktdaten (z. B. Mengengerüste), Produktionsdaten (z. B. Betriebsmittel und Produktionsabläufe) und Immobiliendaten. Anschließend werden die Informationen ausgewertet, um vor der eigentlichen Planung die Erreichbarkeit der Zielkriterien abzuschätzen. Die Konzeptplanung (Phase 3) gliedert sich in die Strukturplanung, Dimensionierung, Idealplanung und Realplanung. In der Strukturplanung werden funktionale und organisatorische Einheiten festgelegt, die Produktion strukturiert und Beziehungen zwischen den Einheiten (Kommunikationskonzept) erarbeitet. In der Dimensionierung erfolgt die Kapazitätsauslegung, die Berechnung des Flächenbedarfs sowie die Auswahl von Produktionsplanungs- und Steuerungsverfahren. In der Idealplanung werden die Produktionseinheiten räumlich ideal angeordnet. Hierdurch lassen sich Referenzkennwerte für die Realplanung gewinnen. In der Realplanung werden schließlich Restriktionen berücksichtig und Varianten des Groblayouts erzeugt. Diese Varianten werden gemäß der in Phase 1 definierten Kriterien bewertet und verglichen. Schließlich wird eine reale Vorzugsvariante ausgewählt, mit der in den folgenden Phasen die detaillierte Planung, die Realisierung sowie die Hochlaufbetreuung erfolgt.



 
Bild 1: Phasenmodell des Fabrikplanungsprozesses der VDI-Richtlinie 5200 [8].
 

Ansatzpunkte für die KI-Unterstützung

Um zu klären, bei welchen Aufgaben in diesem Planungsprozess die Einführung eines KI-basierten Assistenzsystems einen wesentlichen Mehrwert erzeugt, wurden Workshops mit Unternehmensberatern für Fabrikplanung sowie mit Logistikplanern aus der Kontraktlogistikbranche durchgeführt. Folgende Kernergebnisse wurden hierbei erzielt:
Die Grundlagenermittlung besteht aus einer Reihe zeitaufwändiger, repetitiver Aufgaben, bei denen die Planer*innen sich eine Unterstützung wünschen bzw. vorstellen können. Insbesondere die Erhebung bzw. Planung von Produktions- bzw. Logistikabläufen wurde hier genannt. Während die Fabrikplanungsberater vor allem vor der Aufgabe stehen aus sehr heterogenen Ist-Daten zu Produktionsprozessen (z.B. aus unterschiedlichen ERP-/BDE-Systemen, REFA-Zeitaufnahmen, Abschätzungen) eine einheitliche, konsistente Datengrundlage zu erheben, stehen die Logistikplaner*innen aus der Kontraktlogistikbranche vor der Aufgabe aus umfangreichen Ausschreibungsunterlagen die wesentlichen Informationen für ihre Planung zu extrahieren. In beiden Fällen wäre eine KI-Anwendung wünschenswert, die die Semantik der unstrukturierten Informationen versteht, die relevanten Informationen herausfiltert und diese automatisiert in ein standardisiertes Datenformat überträgt. Hierbei handelt es sich dementsprechend statistische Verfahren, die innerhalb des Vorschlagswesen des Assistenzsystems eingesetzt werden.

Zum Weiterlesen hier klicken