Myriam Franken Produktionsplanung und -steuerung in strategischen Netzen GABLER EDITION WISSENSCHAFT Information - Organisation - Produktion Herausgegeben von Professor Dr. Hans Corsten, Professor Dr. Michael ReiB, Professor Dr. Claus Steinle und Professor Dr. Stephan Zelewski Die Schriftenreihe prasentiert Konzepte, Modelle und Methoden zu drei zentralen Domanen der UnternehmensfOhrung. Information, Organisation und Produktion werden als Bausteine eines integriert angelegten Managementsystems verstanden. Der Erforschung die ses Bereiches dienen sowohl theoretische als auch anwendungsori entierte Beitrage. Myriam Franken Produktionsplanung und -steuerung in strategischen Netzen Ein logistikorientierter Koordinationsansatz Mit einem Geleitwort von Prof. Dr. Stephan Zelewski Deutscher UniversiUits-Verlag Bibliografische Information Der Deutschen Bibliothek Die Deutsche Bibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet uber <http://dnb.ddb.de> abrufbar. Dissertation Universitat Duisburg-Essen, 2003 1. Auflage Februar 2004 Aile Rechte vorbehalten © Deutscher Universitats-Verlag!GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2004 Lektorat Brigitte Siegel! Nicole Schweitzer Der Deutsche Universitats-Verlag ist ein Unternehmen von Springer Science+Business Media. www.duv.de Das Werk einschlieBlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschutzt. Jede Verwertung auBerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verla.9s unzulassig und strafbar. Das gilt insbe sondere fUr Vervielfaltigungen, Ubersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen-und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten waren und daher von jedermann benutzt werden durften. Umschlaggestaltung: Regine Zimmer, Dipl.-Designerin, Frankfurt/Main Gedruckt auf saurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier ISBN-13: 978-3-8244-8041-8 e-I SB N-13:9 78-3-322-81700-6 001: 10.1007/978-3-322-81700-6 Fiir Samuel uod David Geleitwort VII Geleitwort Die vorliegende Arbeit befasst sich mit einer komplex en Problemstellung aus dem Bereich des operativen Produktionsmanagements. Sie betrifft die Aufgabe, Produktionsprozesse in einem raumlich verteilten Produktionssystem - einem "Produktionsnetzwerk" - zunachst zu planen und spater waruend der Prozessausflihrung auch steuernd einzugreifen, wenn uner wartete Produktionsstiirungen eintreten und die Erflillung des ursprUnglich geplanten Prozess ablaufs gefahrden. Die besondere Koordinierungsproblematik resultiert aus dem komplexen Zusammenwirken von zwei Koordinierungsebenen. Einerseits besitzen die einzelnen Produk tionseinheiten (Knoten) eines Produktionsnetzwerks, die einzelne Betriebsstatten oder auch rechtlich selbststandige Untemehmen darstellen konnen, eine beschriinkte Autonomie hin sichtlich der Koordinierung jener Produktionsprozesse, die innerhalb eines so1chen Netzkno tens auszuflihren sind. Andererseits bedarf es eines iibergeordneten Koordinierungsmecha nismus, der das Zusammenspiel der teilautonomen Koordinierungsentscheidungen innerhalb der Netzknoten netzwerkweit so aufeinander abstimmt, dass die verteilte (dezentrale) Koordi nierungsaufgabe flir das gesamte Produktionsnetzwerk nach MaBgabe vorgegebener Zielkri terien erflillt wird. Die Autorin, Frau Dr. MYRIAM FRANKEN, widmet sich einer Problemstellung von hoher praktischer Relevanz. Einerseits be1egen mehrere empirische Studien, dass in der betriebli chen Praxis - wie z.B. der deutschen Automobilindustrie - ein hoher Bedarf flir die Koordi nierung untemehmensiibergreifender Materialfliisse besteht, die Produzenten mit ihren Liefe ranten und ihren Kunden verbinden. Andererseits wird vielfach beklagt, dass die zurzeit ver breiteten PPS-Systeme kaum in der Lage seien, die entsprechenden logistischen Anforderun gen an die untemehmensiibergreifende Materialflusskoordinierung zu erflillen. Zu Recht weist die Autorin auf weithin bekannte Koordinierungsdefekte wie Varianzeskalation und Bullwhip-Effekt (beide meinen das gleiche Phanomen) hin. Allerdings behandelt sie ihre Pro blemstellung nicht aus der sonst iiblichen Perspektive des Supply Chain Managements, son dem wendet sich dezidiert der Fortentwicklung von einschlagigen Konzepten aus dem Be reich der Produktionsplanung und -steuerung (PPS) zu. In dies em PPS-spezifischen Rahmen fokussiert die Autorin ihre Untersuchungen auf zwei besondere Aspekte. Erstens betrachtet sie die zuvor skizzierte Aufgabe der Prozesskoordinie rung ausschlieBlich flir den besonderen Netzwerktyp der strategischen Produktionsnetzwerke. Sie zeichnen sich durch ein besonderes, auf langfristige Stabilitat angelegtes Arrangement der netzwerkkonstituierenden Produktionseinheiten aus. Trotz dieser strategischen Charakteristik der Netzwerkkonfiguration handelt es sich bei der Aufgabe, die Produktionsprozesse inner halb eines so1chen Produktionsnetzwerks zu koordinieren, weiterhin urn eine Aufgabe aus dem Bereich des operativen Produktionsmanagements. Zweitens nimmt die Verfasserin in ihrer Analyse der Koordinierungsaufgabe und in ihrem anschlieBenden Gestaltungsvorschlag flir ein Koordinierungsinstrument eine dezidiert logistische Erkenntnisperspektive ein. Dies bedeutet, dass sie ihre Argumentation auf eine durchgehend "flussorientierte" Betrachtungs weise der Koordinierung von Produktionsprozessen griinden mochte. Dabei konzentriert sie sich auf zwei modemere PPS-Konzepte, die sich sowohl durch ihre Prozessorientierung als auch durch ihre Dezentralisierungspotenziale auszeichnen: Es handelt sich urn das japanische KANBAN-Verfahren und die in Deutschland entwickelte Belastungsorientierten Auftrags freigabe (BOA-Verfahren). Sehr zu begriiBen ist, dass die Autorin ihre Analysen durch ein prazise ausgearbeitetes, quantitatives Formelsystem unterlegt, so dass ihre Ausflihrungen auch im Detail prazise nachvollzogen und iiberpriift werden konnen. Aber auch der betriebswirtschaftlich orientierte Leser, der mehr an qualitativen Studien inter essiert ist, kann der vorliegenden Studie eine Fiille von Denkanregungen flir die Prozesskoor- VIII Geleitwort dinierung in Produktionsnetzwerken entnehmen. So bettet die Autorin ihre Untersuchungen in eine zunlichst allgemein angelegte Betrachtung von Kooperationen und Netzwerken als Orga nisationsformen "zwischen Markt und Hierarchie" ein. Dieser theoretische Einstieg wird durch einen informationsokonomischen Argumentationsansatz ausgebaut, der inhaltliche Aspekte des Property-Rights-, des Transaktionskosten- und des PrinzipaUAgenten-Ansatzes in sich aufnimmt. Insbesondere durch ihren Riickgriff auf den Prinzipal/Agenten-Ansatz ge lingt es der Autorin, einen iiberzeugenden Katalog von Anforderungen herzuleiten, den die Koordinierung von Produktionsprozessen in einem strategischen Produktionsnetzwerk erflil len sollte. Dieser Anforderungskatalog wird durch aussagekrliftige praktische Belege gestiitzt, die vorrangig aus dem Bereich der Automobilbranche stammen. Bemerkenswert ist insbesondere die Anforderung, die Koordinierungsform miisse so ausge legt sein, dass sie sowohl eine hierarchische Lenkungskomponente (mittels Pllinen) in Bezug auf Zielvorgaben und Erfolgskontrollen als auch eine marktliche Leistungskomponente (mit tels Preisen) flir die netzwerkinterne Vergabe von Produktionsauftrligen und die splitere Ver teilung von Erfolgsbeitrligen umfasst. Aus 6konomischer Perspektive mutet der letztgenannte marktliche Aspekt besonders reizvoll an. Denn die Autorin folgt hier nicht dem gewohnlichen Ansatz der innerbetrieblichen Produktionsplanung und -steuerung, mittels hierarchischer An weisungen zu koordinieren. Vielmehr prliferiert sie einen "market-in approach", indem sie flir die interne Koordinierung von strategischen Produktionsnetzwerken bei Auftragsvergabe und Erfolgsverteilung eine marktliche Koordinierungsform empfiehlt. Diese Koordinierung mit tels "interner Markte" ist flir den Funktionsbereich der Produktionsplanung und -steuerung bislang nur wenig erforscht worden, vor allem im Kontext von Multi-Agenten-Systemen flir die Prozesskoordinierung. Solche Multi-Agenten-Systeme, die vor allem seitens der Erforschung Kiinstlicher Intelligenz und im Rahmen der Wirtschaftsinformatik thematisiert werden, haben jedoch bislang - von wenigen Ausnahmen abgesehen (wie z.B. bei CORSTEN/GbsSINGER) - noch keine substanzielle Berucksichtigung in betriebswirtschaftlichen Arbeiten gefunden. Daher beschreitet die Autorin zumindest aus der Perspektive der betriebswirtschaftlichen Pro dUktionsplanung und -steuerung einen innovativen Weg, indem sie flir die Auftragsvergabe und die Erfolgszurechnung innerhalb eines strategischen Produktionsnetzwerks eine Koordi nierung iiber (netzwerk-)interne Markte entwirft. Zur Realisierung dieser "pretialen" Prozess koordinierung greift die Autorin vor allem auf netzwerkinterne Ausschreibungen (einschlieB Iich Lizitationen) zuruck, die im Prinzip "reverse auctions" darstellen. Auf dieser Grundlage einer "hybriden Koordinierungsphilosophie" arbeitet die Autorin einen konkreten Vorschlag flir die Planung und Steuerung von Produktionsprozessen in strategi schen Produktionsnetzwerken aus (allerdings ohne informationstechnische Implementierung, die von einer betriebswirtschaftlichen Dissertation auch nicht erwartet werden kann). Das konzeptionelle Fundament dieses Koordinierungsinstruments bildet die Belastungsorientierte Auftragsfreigabe (BOA). Mit ihrem prlizise ausgearbeiteten, durch detaillierte Berechnungs forme In gestiitzten Gestaltungsvorschlag flir ein BOA-basiertes Instrument zur Prozesskoor dinierung in Produktionsnetzwerken leistet die Autorin einen bemerkenswerten Beitrag zum betriebswirtschaftlichen Erkenntnisfortschritt. Zu den zahlreichen "Highlights" dieser kenntnis- und ideenreichen Ausflihrungen gehort u.a. der wohliiberlegte konzeptionelle Ansatz, KenngroBen zur Beschreibung, Analyse und Koor dinierung von Produktionsprozessen in Produktionsnetzwerken auf zwei verschiedenen Ebe nen zu identifizieren und spliter systematisch miteinander zu verkniipfen: Einerseits handelt es sich urn die strategischen ZielgroBen der Lieferflexibilitlit (Lieferbereitschaft und Lieferan passung) sowie der Lieferkosten, aus deren Quotient ein prliziser, quantitativer MaBstab flir die Logistikeffizienz hergeleitet wird. Andererseits werden als operative KontrollgroBen die Durchlaufzeiten, die Termintreue, die Lagerbestlinde und die Kapazitlitsauslastung herange zogen. Die Autorin entwickelt flir aile vorgenannten KenngroBen zunlichst prlizise Ermitt- Geleitwort IX lungsfonneln, die auf das BOA-Konzept abgestimmt sind, und ennittelt anschlieBend die in haltlichen Beziehungen zwischen diesen KenngroBen, die sowohl verstarkender als auch kon fliktioniirer Natur sind und in einer "causal map" iibersichtlich zusamrnengefasst werden. Weitere bemerkenswerte Beitrage zur Fortentwicklung betriebswirtschaftlicher PPS-Konzepte stellen beispielsweise der Versuch dar, in einem Optimierungskalkiil optimale Verhaltenswei sen flir die Netzwerkakteure zu ennitteln, sowie die Ubertragung der Qualitatsregelkarten technik aus dem Bereich des Qualitatsmanagements in die Domiine der Produktionsplanung und -steuerung. Den vielschichtigen, erfrischend prazisen und oftmals innovativen Ausflihrungen der Autorin ist eine moglichst breite Resonanz unter allen betriebs-, insbesondere produktionswirtschaft lich interessierten Lesem zu wiinschen. Aber auch "Zaungaste" aus den eher ingenieurwissen schaftlich gepragten Bereichen der PPS-Systeme und der Fabriksteuerungssysteme sollten sich eingeladen flihlen, in diesem Werk Anreize flir Fortentwicklungen und vergleichende Gegeniiberstellungen zu find en. Stephan Zelewski Vorwort XI Vorwort uod Daoksaguog Die verarbeitende Industrie befindet sich im Umbruch. Neue Organisationsformen und neue Koordinationsinstrumente miissen gefunden werden, wenn die modeme Industriegesellschaft den Weg in eine neue, flexible Gesellschaftsstruktur finden soli. Diese Arbeit will in einem kleinen Ausschnitt zeigen, daB eine so1che neue Struktur funktionieren kann. Urn die bei der Produktion im Netzwerk auf der einen Seite bestehenden Flexibilitatsvorteile gegeniiber hierarchisch geftihrten Grol3untemehmen zu realisieren und auf der anderen Seite im Marktgeschehen beobachtbare Nachteile wie das Phlinomen der Varianzeskalation zu vermeiden, ist eine Koordination der verschiedenen in den Netzwerkuntemehmen vorliegen den PPS-Systeme notwendig. Dieser Bedarf an untemehmensiibergreifender Disposition ist vor allem in der Praxis im Zusammenhang mit der klassischen Produktionsplanung und - steuerung erkannt. In dieser Arbeit wird entsprechend die Koordination der PPS-Systeme thematisiert, wobei die Ansatze des Supply Chain Management (SCM) nicht beriicksichtigt werden. Haufig liegt der Bildung von Netzwerken sogar das Ziel zugrunde, eine iibergreifende Koor dination der Produktionsplanung und -steuerung zu ermoglichen. Die PPS-Koordination bleibt jedoch Stiickwerk und verfehlt die yom Netzwerk gesteckten Ziele, wenn die Koordi nation der PPS-Aufgaben nicht in einem integrativen Ansatz gelost wird. Je starker die Koor dination in Ubereinstimmung mit den Zielen des Untemehmensnetzwerkes stehen soli, desto erstrebenswerter ist die Entwicklung eines Koordinationsinstruments. Hinzu kommt die ent scheidende und damit bei der Entwicklung eines Koordinationsinstruments zu beriicksichti gende Besonderheit eines Netzwerkes, daB die Koordination in einem Umfeld zwischen Markt und Hierarchie stattfindet. Somit werden in der Arbeit Anforderungen an ein PPS-Koordinationsinstrument im spezifi schen Netzwerkumfeld aus dem Koordinationsobjekt Netzwerk und der Koordinationsaufga be PPS abgeleitet, bevor ein konkreter Koordinationsansatz flir ein solches Instrument ent wickelt wird. Diese Arbeit war nur moglich durch die fachliche und die personliche Unterstiitzung des Univ.-Prof. Dr. Stephan Zelewski, Lehrstuhl Betriebswirtschaftslehre, insb. Produktion und Industrielles Informationsmanagement an der Universitat Duisburg-Essen. Insbesondere ihm danke ich flir die zahlreichen, wertvollen Anregungen, seine Unterstiitzung und seine Geduld, die weit iiber meine Erwartungen hinausgingen. Herm Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Hans-Peter Wiendahl, geschaftsflihrender Leiter des Instituts flir Fabrikanlagen der Universi tat Hannover, ebenfalls herzlichen Dank flir die Ermutigung zur Beendigung dieser Arbeit. Innerhalb meiner Lehrstuhltatigkeit an der Wissenschaftlichen Hochschule flir Untemehmens flihrung Koblenz, Otto-Beisheim-Hochschule, konnte ich daruberhinaus im Rahmen des Pro jektes "Wandelbare Produktionsnetze" in Tragerschaft des Bundesministeriums ftir Bildung und Forschung mit Untemehmen zusammenarbeiten, die mir fUr die Problemstellung und flir die Anwendungsbeispiele als Hintergrund dienten. In diesem Zusammenhang danke ich ins besondere Herm Dipl.-Ing. Volker Gobel flir die investierte Zeit flir intensive Gesprache. XII VOlwort Besonders wichtig fUr die Entstehung dieser Arbeit waren auch die von Dipl.-Kfin. Thorsten Schuppe im Rahmen seiner Diplomarbeit vorgelegten Ideen und Gedanken. Dr. Lieve Stock mann, Dr. Norbert Knorren und meinem Mann, Dipl.-Kfin. Hendrik Ch. Jahn, einen groBen Dank flir all die Anregungen und Korrekturhinweise, sowie Dr. Kuang-Hua Lin und der APMC GmbH fUr die Moglichkeit zur Nutzung der Biiro-Infrastruktur. SchlieBlich sind es mein Mann und unsere beiden Kinder, denen ich ganz besonderen Dank schulde fUr ihre Geduld mit mir und den Stunden an meinem Computer. Myriam Franken