Warehouse Management

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M. ten Hompel · T. Schmidt

Warehouse Management

i Springer

Automatisierung und Organisation von Lager­

und Kommissioniersystemen

Professor Dr. MICHAEL TEN HoMPEL Fraunhofer Institut fiir Materialfluss und Logistik Joseph-von-Fraunhofer-Str. 2-4

44227 Dortmund

Dr. THORSTEN SCHMIDT LS fiir Forder- und Lagerwesen Universitat Dortmund Emil-Figge-Str. 73 44221 Dortmund

Unter Mitwirkung von HuBERT BucHTER, ULRICH FRANZKE, DIRK LIEKENBROCK und OLIVER WOLF.

ISBN 978-3-662-10832-1 ISBN 978-3-662-10831-4 (eBook) DOI 10.1007/978-3-662-10831-4

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Die beigefiigt CD-ROM isteine freundliche Zugabedes Fraunltofer Instituts fiir Materialfluss undLogistik,Dort­mund. Aile Rechte an der beigefiigten CD-ROM liegen beim Fraunhofer IML.

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Ursprünglich erschienen bei Springer Verlag Berlin Heidelberg New York 2003

Softcover reprint of the hardcover 1st edition 2003

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Einbandgestaltung: Erich Kirchner, Heidelberg

68/3020 uw - Gedruckt auf saurefreiem Papier- 5 4 3 2 1 o

Vorwort

Heutige Lager- und Distributionssysteme stellen auf3erst komplexe Knoten in den Wertschopfungsketten dar und unterliegen einer Vielzahl von Zeit-, Kosten- und Qualitatsanforderungen. Der effiziente Betrieb eines solchen Systems ist fur jeden Verantwortlichen eine stete und grof3e Herausforde­rung. Durch die Fortschritte in der Rechner- und Steuerungstechnik gepragt, sind heute Steuerungs- und Verwaltungssysteme (Warehouse Management­systeme, WMS) verftigbar, die einen effizienten Betrieb unter den zahlreichen Anforderungen uberhaupt erst ermoglichen. Gleichzeitig sind diese Systeme zwangslaufig zu einem Komplexitatsgrad gereift, der die Anwender gelegent­lich auch uberfordert.

Die Unterschiedlichkeit der angebotenen Losungen und die Verschieden­artigkeit der Systemanforderungen fordern bei Gestaltung, Auswahl und Be­trieb eines WMS umfassendes Wissen und Erfahrung. Es gilt eine verwirrende Vielfalt von Aspekten abzuwagen und umzusetzen, die bei der Auswahl eines solchen Systems entscheidend fur Erfolg oder Misserfolg sein konnen.

An dieser Stelle soll das Buch Uberblick verschaffen und helfen, die rich­tige Entscheidung zu treffen. Es richtet sich unter anderem an Mitarbeiter, die mit der Auswahl und Spezifikation von Warehouse Managementsystemen befasst sind. Es werden Hintergrunde, Potenziale, aber auch Gefahren und Losungsstrategien aufgezeigt. Dadurch soll eine Basis fUr vergleichende Be­trachtungen geschaffen werden. Ebenso soll das Buch Studenten der Logistik und Anfangern, die sich in diese Thematik einarbeiten, eine elementare Sttitze sein. Die Ausrichtung diese Buches ist praxisbezogen, ohne grundlegende Zu­sammenhange zu vernachlassigen oder Spezialwissen vorauszusetzen. Die fUr das Verstandnis grundlegenden Ablaufe und Techniken werden daher umfas­send dargestellt.

Systementwicklern sollen gleichzeitig neue Anregungen geliefert werden. Dazu werden Probleme und Grenzen der derzeitigen Entwicklung aufgezeigt und neue Ansatze fUr Struktur und Aufbau von WMS gegeben.

Dem Buch wird ein einfaches aber lauffahiges und gut dokumentiertes WMS beigelegt, das der Open-Source Initiative my WMS entstammt. Urn das System auch ohne die sonst zwingend erforderlichen Eingangsdaten fUr einen einzelnen Anwender nutzbar zu machen, ermoglicht die dazugehorige Simulationsumgebung den autarken Betrieb auf einem gangigen PC. Durch

VI

entsprechende Visualisierung wird so Betrieb, Funktion und Nutzen eines WMS erfahrbar.

Diese Buch ware sicher nicht ohne die freundliche und engagierte U n­terstutzung fachkundiger Helfer entstanden. Unser Dank gilt besonders und in alphabetischer Reihenfolge:

Hubert Buchter, fur seine grundlegenden Betrachtungen zum Thema Design von Warehouse Managementsystemen,

Ulrich Franzke, der sich nicht nur mit dieser Arbeit identifizierte, sondern Vieles zum Thema Ident-Systeme beitrug,

Dirk Liekenbrock, dem optimalen Fachmann fur Steuerung und Optimie­rung, und

Oliver Wolf, Mr. Warehouse-Logistics, der seine Erfahrung aus dem gleich­namigen Projekt einbrachte.

Die konstruktive und freundliche Zusammenarbeit verschiedener Fachleu­te aus unterschiedlichen Fakultaten war sicherlich ein entscheidender Faktor zum Gelingen diese Buches. Dafiir vielen Dank.

Dortmund, im Dezember 2002 Michael ten Hampel, Thorsten Schmidt

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung ......................................... , . . . . . . 1 1.1 Anforderungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

1.1.1 Lagerhaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 1.1.2 Merkmale von Lagersystemen...................... 5 1.1.3 Optimierung von Lagersystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

1.2 Warehouse Management und Lagerverwaltung . . . . . . . . . . . . . 8 1.3 Systemschnittstellen und Abgrenzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.4 Aufbau und Ziel des Buches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13

2. Management von Lagersystemen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.1 Logistische Rahmenbedingungen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.1.1 Logistik-Grundsatze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15 2.1.2 Verpackung und Logistische Einheiten . . . . . . . . . . . . . . 19

2.2 Funktionen in Lagersystemen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.2.1 Warenannahme und -eingang . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 2.2.2 Einlagerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 2.2.3 Auslagerung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 2.2.4 Konsolidierungspunkt............................. 33 2.2.5 Kommissionierung................................ 34 2.2.6 Verpackung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52 2.2.7 Versand......................................... 53

2.3 Warehouse Managementsystem........................... 54 2.3.1 Lagerverwaltung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 2.3.2 Reorganisation................................... 58 2.3.3 Fordermittelverwaltung und Leitsysteme . . . . . . . . . . . . 58 2.3.4 Datenerfassung, -aufbereitung und -visualisierung . . . . 60 2.3.5 Inventur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

2.4 Basisdaten und Kennzahlen von Lagersystemen . . . . . . . . . . . . 65 2.4.1 Basisdaten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 2.4.2 Logistische Kennzahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67

2.5 Besondere Ablaufe und Verfahrensweisen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 2.5.1 Cross Docking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 2.5.2 Outsourcing der physischen Distributions- und Lager-

prozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70

VIII Inhaltsverzeichnis

2.5.3 Outsourcing der Software: Application Service Providing 72

3. Grundlagen der betrieblichen Optimierung . . . . . . . . . . . . . . . 73 3.1 Optimierung in der Ubersicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73

3.1.1 Hintergrund . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 3.1.2 Einordnung der betrieblichen Optimierung. . . . . . . . . . . 76 3.1.3 Begriffe und Elemente der Disposition............... 78

3.2 Optimierungsaufgaben im Lager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 3.2.1 Transportoptimierung............................. 80 3.2.2 Bildung von Kommissionierreihenfolgen . . . . . . . . . . . . . 88 3.2.3 Routenplanung im Lager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 3.2.4 Ubergreifende Auftragsdisposition - Batchplanung . . . . 91

3.3 Verfahren der Losungsoptimierung........................ 94 3.3.1 Allgemeines . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 3.3.2 Optimierungsverfahren im Uberblick................ 95 3.3.3 Beispiele bekannter Losungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . 98

4. Grundlagen der Lager- und Fordertechnik ................ 105 4.1 Lagersysteme .......................................... 105

4.1.1 Bodenlager ...................................... 106 4.1.2 Statische Regallagerung ........................... 108 4.1.3 Dynamische Regallager . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 118 4.1.4 Regalvorzone .................................... 122

4.2 Fordersysteme ......................................... 122 4.2.1 Stetigforderer .................................... 123 4.2.2 Unstetigforderer .................................. 126

4.3 Sortier- und Verteilsysteme .............................. 145 4.3.1 Einsatzfelder ..................................... 145 4.3.2 Grundsatzlicher Aufbau von Sortiersystemen ......... 146 4.3.3 Verteiltechniken .................................. 152 4.3.4 Steuerurig und Strategien .......................... 154

4.4 Robotereinsatz in Lagersystemen ......................... 155 4.4.1 Palettierroboter .................................. 156 4.4.2 Kommissionierroboter ............................. 156

5. Materialflussautomatisierung ............................. 157 5.1 Grundlagen der Automatisierung ......................... 157

5.1.1 Historie der Materialfiussautomatisierung ............ 158 5.1.2 Begriffe und Definitionen .......................... 159 5.1.3 Struktur von Steuerungssystemen .................. 161

5.2 Steuerungstechnik ...................................... 165 5.2.1 Klassifizierung von Steuerungen .................... 165 5.2.2 Speicherprogrammierbare Steuerungen .............. 169 5.2.3 Rechnersteuerungen .............................. 174

5.3 Sensoren .............................................. 175

Inhaltsverzeichnis IX

5.3.1 Klassifizierung von Sensoren ....................... 175 5.3.2 Mechanisch betatigte Sensoren ..................... 176 5.3.3 Optische Sensoren ................................ 177 5.3.4 Magnetische und induktive Sensoren ................ 181 5.3.5 Ultraschallsensoren ............................... 183

5.4 Aktoren ............................................... 183 5.4.1 Aufgaben und Struktur von Aktorsystemen .......... 184 5.4.2 Elektrische Antriebe .............................. 186 5.4.3 Fluidische Antriebe ............................... 192

5.5 Schnittstellen in Automatisierungssystemen ................ 193 5.5.1 Analoge und binare Dateniibertragung .............. 194 5.5.2 Digitale Dateniibertragung ........................ 195 5.5.3 Feldbussysteme .................................. 198

6. Automatische ldentifikation . .............................. 203 6.1 Code und Zeichen ...................................... 203

6.1.1 Codierung ....................................... 204 6.1.2 Codierungsbeispiele ............................... 204

6.2 1D-Codes ............................................. 206 6.2.1 Code 2/5 ........................................ 206 6.2.2 Priifzifferberechnung Code 2/5 ..................... 210 6.2.3 Code 2/5 interleaved .............................. 212 6.2.4 Code 128 ........................................ 214 6.2.5 Priifziffernberechnung Code 128 .................... 217 6.2.6 Die Zeichensatze des Code 128 ..................... 217 6.2.7 Vermischte Zeichensatze im Code 128 und Optimierung220 6.2.8 CodegroBen, Toleranzen und Lesedistanzen .......... 221

6.3 Druckverfahren und Druckqualitat ........................ 223 6.3.1 Kennzeichnungstechnologien ....................... 223 6.3.2 Qualitative Anforderungen ........................ 224 6.3.3 Auswahl des Druckverfahrens ...................... 225

6.4 Semantik im Code: EAN 128 ............................. 227 6.4.1 Internationale Lokationsnummer (ILN) .............. 228 6.4.2 Internationale Artikelnummer (EAN) ............... 230 6.4.3 Nummer der Versandeinheit (NVE) ................. 231 6.4.4 Merkmale des EAN 128-Codes ..................... 232

6.5 Lesetechnik, Gerate, Schnittstellen ........................ 235 6.5.1 Barcodeleser ..................................... 236 6.5.2 Handscanner ..................................... 236 6.5.3 Stationare Scanner ............................... 237

6.6 2D-Codes .............................................. 239 6.6.1 Gestapelte Barcodes .............................. 239 6.6.2 Matrixcode ...................................... 240

6. 7 Radiofrequenz Identifikation ............................. 242

X Inhaltsverzeichnis

6.7.1 Aufbau des Transponders .......................... 242 6.7.2 Vor- und Nachteile von Transponderlosungen ........ 243 6.7.3 Aktive- und passive Transpondersysteme ............ 244 6. 7.4 Arbeitsfrequenzen ................................ 245 6. 7.5 Speichertyp und -grofie ............................ 246

7. Informations- und Kommunikationstechnik . . . . . . . . . . . . . . . 24 7 7.1 Kommunikationstechnik ................................. 247

7.1.1 Schichtenmodelle ................................. 248 7.1.2 Protokolle ....................................... 250 7.1.3 Ubertragungsmedien .............................. 251 7.1.4 Netztypen und Internetworking .................... 254 7.1.5 Netzwerkadressen ................................ 258 7.1.6 Beispiele ........................................ 259

7.2 Datenhaltung .......................................... 263 7.2.1 Prinzipien ....................................... 263 7.2.2 Dateisysteme ..................................... 265 7.2.3 Datenbanken .................................... 266 7.2.4 Datenverfiigbarkeit ............................... 272

7.3 Benutzerschnittstelle .................................... 276 7.3.1 Endgerate ....................................... 276 7.3.2 Funktionale Sicht ................................. 277 7.3.3 Zugangskontrolle ................................. 278 7.3.4 Internationalisierung .............................. 279 7.3.5 Hilfesysteme und Hilfsdienste ...................... 280

7.4 Betriebssysteme ........................................ 281 7.4.1 Aufgaben ........................................ 281 7.4.2 Prinzipien ....................................... 282

7.5 Programmiersprachen ................................... 293 7.5.1 Ubersetzer und Interpreter ........................ 293 7.5.2 Sprachkonzepte .................................. 297 7.5.3 Sprachgenerationen ............................... 297

7.6 Grundziige der objektorientierten Programmierung ......... 299 7.6.1 Datenabstraktion ................................. 299 7.6.2 Klassen und Objekte .............................. 301 7.6.3 Vererbung ....................................... 303 7.6.4 Die Unified Modelling Language .................... 304

7.7 Extensible Markup Language: XML ....................... 305 7.7.1 Key-Value-Coding ................................ 306 7.7.2 Die Syntax von XML ............................. 309 7.7.3 Parser und Prozessoren ........................... 310 7.7.4 Vielfaltigkeit durch Stylesheets ..................... 310

7.8 Sicherheitsaspekte ...................................... 312 7.8.1 Geheimhaltung ................................... 313

Inhaltsverzeichnis XI

7.8.2 Integritatssicherung ............................... 315 7.8.3 Authentifizierung ................................. 315 7.8.4 Echtheitsnachweis und elektronische Signatur ........ 317

8. Realisierung von Warehouse Managementsystemen ....... 319 8.1 Anforderungsdefinition .................................. 320

8.1.1 Ist-Aufnahme .................................... 321 8.1.2 Schwachstellenanalyse ............................. 322 8.1.3 Entwicklung SoU-Konzept ......................... 323

8.2 Erstellung der Ausschreibungsunterlagen .................. 325 8.2.1 Definition Leistungskennzahlen ..................... 325 8.2.2 Erstellung Lastenheft ............................. 326 8.2.3 Komplettierung der Ausschreibungsunterlagen ....... 329

8.3 Auftragsvergabe ........................................ 329 8.3.1 Anbietervorauswahl ............................... 330 8.3.2 Angebotsvergleich ................................ 331 8.3.3 Angebotsprasentation ............................. 332 8.3.4 Anbieterauswahl ................................. 335

8.4 U msetzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 336 8.4.1 Pfl.ichtenhefterstellung ............................ 336 8.4.2 Realisierung ..................................... 338 8.4.3 Projektmanagement / Qualitatssicherungsmaf3nahmen 339

8.5 Inbetriebnahme ........................................ 340 8.5.1 Laborphase ...................................... 340 8.5.2 Ubergang zwischen altern und neuem WMS .......... 340 8.5.3 Schulungsmaf3nahmen ............................. 341

8.6 Abnahme .............................................. 341 8.6.1 Leistungstest .................................... 341 8.6.2 Sti:irfallsimulation und Notfallstrategien ............. 342 8.6.3 Formale Abnahme ................................ 342

9. Aufbau von WMS am Beispiel myWMS .................. 345 9.1 Datenmodell ........................................... 346

9.1.1 Datencontainer des Modells ........................ 346 9.1.2 Beziehungen zwischen den Daten ................... 349 9.1.3 Schnittstellen .................................... 352

9.2 Klassische Realisierung eines WMS ....................... 352 9.2.1 Funktionale Struktur ............................. 353 9.2.2 Tabellenstruktur ................................. 355 9.2.3 Sicherung der logischen Integritat .................. 358 9.2.4 Anlegen und Abfragen von Stammdaten ............. 358

9.3 myWMS .............................................. 359 9.3.1 Grundsatzlicher Aufbau von myWMS ............... 360 9.3.2 Geschaftsobjekte ................................. 363 9.3.3 Kernel-Konzept .................................. 365

XII Inhaltsverzeichnis

903.4 Laufzeitumgebung 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 o 0 o 0 0 0 o 367

9.4 Beispielhaftes Distributionssystem unter Einsatz von myWMS 368

90401 Beschreibung des Beispiels 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 368

9.402 Aufbau der Topologie 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 375

9.403 Plug-In- Routing 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 377

9.404 Kommunikation 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 379

Abkiirzungsverzeichnis 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 383

Literaturverzeichnis 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 387

Sachverzeichnis 0 0 o 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 393