Effiziente Fertigung – die Kunst der Losgrößenoptimierung

Wann haben Sie zuletzt Ihre im System hinterlegten oder durch das Bauchgefühl Ihres Produktionsplaners festgelegten Produktionslosgrößen hinterfragt? Wer kostenoptimal produzieren will, sollte regelmäßig seine Produktionslosgrößen auf den Prüfstand stellen und auf monetäre Einsparpotenziale, freisetzbare Produktionskapazitäten oder Reduktionsmöglichkeiten des Lagerbestandes hin überprüfen. Um eine langjährige Routine im Produktionsbereich aufzubrechen und optimierte Lose einführen zu können, braucht es vor allem eins: Zahlen, Daten, Fakten!

In der Produktion repräsentiert ein Los die Menge an Produkten, die hergestellt werden. Die Wahl der optimalen Losgröße ist entscheidend, um sicherzustellen, dass unter Berücksichtigung aller relevanten Kostenpunkte und operativer Restriktionen effizient produziert wird. Bei der Bestimmung dieser wird ein Gleichgewicht zwischen den Bestandskosten und Rüstkosten angestrebt. Dabei sollte jede Losgrößenoptimierung darauf abzielen, das Gesamtergebnis des Unternehmens zu verbessern und nicht nur abteilungsinterne Belange zu berücksichtigen. Kleinere Losgrößen sind oft mit geringen Lagerbeständen verbunden, weshalb sie ein klares Ziel der Logistik darstellen. Jedoch kommt es in diesem Fall zu einer häufigen Umrüstung, die zu einer Reduzierung der Produktionseffizienz führen kann, was nicht im Interesse der Produktion liegt. Große Losgrößen stellen eine gegenteilige Ausgangssituation dar. In dieser Situation, in der sich die Interessen zwischen Logistik und Produktion oft gegenüberstehen, ist das Ziel der optimalen Losgröße, ein Gesamtoptimum für das Unternehmen zu erreichen.

Ziele des Losgrößenverfahrens

Ziel der Losgrößenoptimierung ist unter Einbezug aller relevanter Positionen kostenoptimal zu produzieren. Zwei wesentliche Kostentreiber sind dabei folgende Faktoren:

• Bestandskosten in der Logistik für die Lagerung des produzierten Artikels. Diese umfassen u.a.:
  • Lagerkosten des produzierten Artikels (d.h. bspw. die Lagerkosten pro Palette)
  • Shuttlekosten: Transport von Produktionsstandort zu Lagerstandort
  • Handlingskosten
  • Kapitalkosten
• Rüstkosten in der Produktion für das Einsteuern und Auflegen des Artikels in den Produktionsablauf. Hierzu gehören u.a.:
  • Kosten der Produktionsmitarbeiter aufgrund des Rüstvorgangs
  • Kosten der Produktionsmitarbeiter für Reinigungsprozesse aufgrund des Rüstvorgangs
  • Kosten für die Prüfung der Qualitätssicherung
  • Kosten eines Materialschwunds, der durch Rüstvorgänge resultiert

Die Summe der Bestands- und Rüstkosten ergibt die Gesamtkosten. Die optimale Losgröße liegt im Gesamtkostenminium. 

Perfektionierung der Produktion – durch Optimierung der Losgröße

Bei der Bestimmung einer optimalen Losgröße ist die Differenzierung zwischen Eigenproduktion und Fremdbeschaffung erforderlich. Denn je nach Anforderungen und Gegebenheiten eines Unternehmens setzen die unterschiedlichen Beschaffungsmethoden verschiedene Vorgehensweisen voraus. Bei der Eigenproduktion liegt der Fokus auf der Optimierung der Produktionslosgrößen, um die Gesamtkosten aus Bestands- und Rüstkosten zu minimieren. Hierfür müssen sowohl die Kosten für die Lagerhaltung als auch die Rüstkosten für die Produktionsumstellung sorgfältig abgewägt werden, um die effizienteste Produktionsmenge zu entwickeln. Konträr dazu konzentriert sich die Fremdbeschaffung auf die Optimierung der Bestelllosgrößen, um die Gesamtkosten, die sich aus Bestands- und Beschaffungskosten ergeben, zu minimieren. In diesem Falle werden, zur Bestimmung der wirtschaftlichsten Bestellmengen, die Kosten für die Lagerhaltung und für die Beschaffung berücksichtigt. 

Die erwähnten Beschaffungskosten stellen hierbei die fixen Bestellkosten dar, die sich aus den folgenden Faktoren zusammensetzen:

• Kosten für die Platzierung der Bestellung
• Kosten für Kontrolle und Nachverhandlung von Lieferterminen
• Kosten für Import und Prüfung der Wareneingänge
• Sonstige Kosten wie bspw. Bearbeitung von Rechnungen etc.

Die Wahl der Losgröße hat zusätzlich auch einen direkten Einfluss auf die Durchlaufzeiten und Bestände in der Fertigungssteuerung. Das bedeutet, neben der Kostenminimierung kann die Optimierung der Losgröße auch unter dem Aspekt der Durchlaufzeitoptimierung erfolgen. Diese hat zum Ziel, die benötigte Zeit, die ein Produkt von der Auftragserteilung bis zur Fertigstellung durchläuft, zu reduzieren. Beispielsweise steigt, bei einer kleinen Losgröße, der Anteil der Rüstzeit an der Durchlaufzeit pro Teil. Bei einer hohen Losgröße steigen jedoch die Wartezeiten, wodurch sich die Durchlaufzeit ebenfalls erhöht. Daher muss hier ein optimales Los geschaffen werden, welches dazu beiträgt, die Durchlaufzeit so gering wie nötig zu halten. 

Losgrößenoptimierung – eine Investition in effektives Wirtschaften

Je nach Ergebnis der Losgrößenoptimierung hat die daraus gewonnene Losgröße einen erheblichen Einfluss sowohl auf den Bestand als auch auf die Kosten eines Unternehmens:

Ergebnis 1: Reduktion der Lose

Durch die Senkung des Losgrößenbestandes können Lagerkosten reduziert werden, insofern keine Mindestkapazitäten mit Lagerdienstleistern vereinbart wurden, die durch die Losgrößenoptimierung unterschritten werden. Des Weiteren werden bei einem niedrigeren Bestand meist zusätzliche Rüstvorgänge benötigt, wodurch sich die anfallenden Rüstkosten erhöhen würden. Die Bewältigung dessen setzt voraus, dass in der Produktion freie Kapazitäten bei Mensch und Maschine verfügbar sind.

Ergebnis 2: Erhöhung der Lose

Durch die Erhöhung der Losgröße entfallen erforderliche Rüstvorgänge, was zu niedrigeren Rüstkosten führt. Allerdings werden in diesem Falle nur Einsparungen erzielt, wenn die Rüstkosten tatsächlich minimiert werden können. Dieses Ziel setzt meist die Reduktion von Personal voraus, da dieses durch den Entfall der Rüstvorgänge nicht mehr benötigt wird. 

Die Vorreiter unter den Losgrößenverfahren

• Bei der Darstellung von relevanten Losgrößenverfahren sollte zwischen statischen und dynamischen Verfahren differenziert werden. Statische Verfahren beziehen sich primär auf die Gesamtbedarfsmenge innerhalb eines bestimmten Zeitraums und dienen somit in erster Linie der groben Schätzung der Losgröße. Zu diesen Verfahren gehört beispielsweise das Andler-Verfahren. Andlers Formel zur Berechnung der wirtschaftlichen Losgröße basiert auf dem Minimum der Gesamtkostenkurve. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Gesamtbedarfsmenge während des Zeitraums der Planung konstant bleibt, was jedoch in der Praxis schwer möglich ist.  

  Dynamische Verfahren, auch als periodische Losgrößenverfahren bekannt, betrachten den Bedarf über einen längeren Zeitraum hinweg und berechnen darauf basierend die Losgrößen kontinuierlich neu. Diese Verfahren sind eher auf die aktuelle Nachfrage ausgerichtet und können sich flexibel an sich verändernde Bedingungen anpassen. Diese Herangehensweisen umfassen bspw.:

• das Part-Period-Verfahren: Bei diesem Verfahren werden nur die Kosten für den Teil des Lagerbestands berücksichtigt, der während des Beschaffungszeitraums verbraucht wird. Dies ermöglicht eine genauere Anpassung der Bestellmenge an den tatsächlichen Bedarf und stellt somit insbesondere für unregelmäßige Bedarfe einen deutlichen Vorteil dar.
• das Wagner-Whitin-Verfahren: In diesem Vorgang werden sowohl die Lagerkosten als auch die Kosten für die Produktionsumstellung berücksichtigt. Auf Basis dessen wird die optimale Produktions- und Bestellmenge berechnet, wobei insbesondere auch dynamischen Bedarfsschwankungen im Auge behalten werden. 
• das Groff-Verfahren: Diese Vorgehensweise fußt auf der Annahme, dass die Bedarfe während eines bestimmten Zeitraums zufällig variieren. Unter Berücksichtigung von potenziellen Unsicherheiten in den Bedarfen sowie der Lager- und Bestellkosten wird die optimale Losgröße ermittelt.

Die Komplexität der Losgröße

• Bei der Festsetzung der optimalen Losgröße können verschiedene Komplikationen auftreten. Diese wären wie folgt:

• Hohe Komplexität: Die Anwendung einer allgemeinen Formel in Bezug zu spezifischen Fällen kann zu Problemen führen, da die meisten Formeln nicht alle realen Variablen, wie bspw. begrenzte Kapazitäten und Zwischenbestände auf den verschiedenen Fertigungsstufen berücksichtigen.
  • Begrenzte Kapazitäten: Der Einbezug der Verfügbarkeit von Kapazitäten ist maßgebend für die Losgrößenplanung, da bei einer Überlastung von bestimmten Produktionsstufen Engpässe und zusätzliche Kosten auftreten können. 
  • Zwischenbestände: Des Weiteren sollte der Fokus auch auf die Zwischenlagerbestände gelegt werden, da sie zu zusätzlichen Lagerkosten führen oder die Effizienz der Produktion beeinträchtigen können.
• Unsicherheit in der Nachfrage: Unregelmäßige und unvorhersehbare Nachfrageänderungen haben erhebliche Schwankungen in den Lagerbeständen zur Folge, was die Planung der optimalen Losgröße erschwert.

Die Mathematik der Produktion: Ein historischer Exkurs

Im Bereich der Supply Chain Optimierung wurden zahlreiche Formeln entwickelt, um die optimale Losgröße für die Produktion bzw. Bestellung zu ermitteln. Diese Formeln basieren auf verschiedenen Annahmen und Faktoren, jedoch haben alle die Kostenreduzierung zum Ziel. Zwei relevante und gebräuchliche Formeln sind:

Experten-Tipps für eine effiziente Losgrößenoptimierung

1. Legen Sie großen Wert auf eine sorgfältige Datenaufbereitung 
Die Aufbereitung der notwendigen Daten zur Berechnung von optimalen Losgrößen ist eine elementare Aufgabe, welche mit großer Sorgfalt koordiniert und durchgeführt werden sollte. Im Idealfall werden vorab Templates erstellt, welche den relevanten Abteilungen als Vorlage übermittelt werden, sodass der Projektleiter alle Datenpakete in strukturierter Form konsolidieren und für die weitere Verarbeitung aufbereiten kann. Benötigt werden Daten aus den verschiedensten Bereichen des Unternehmens, wie z. B. 

• Rüstzeiten für jeden Artikel
• Lohnkosten von Mitarbeitern aus Produktion, QS oder Logistik
• Kapitalkostensätze aus dem Bereich Finanzen
• Prozesskostensätze aus der Logistik 
• Entsorgungsquoten über alle Prozessschritte hinweg aus dem Controlling. 

2. Entwickeln Sie von Beginn an eine flexible Modellstruktur
Ihr Berechnungsmodell zur Bestimmung der optimalen Losgröße sollte von vornherein einen hohen Automatisierungsgrad aufweisen. Eine klare Struktur und die Unterteilung von Inputdaten, Datenverarbeitungsmatrizen sowie Outputdaten sind elementar, um ein lebendes Sortiment abbilden zu können. Auf diese Weise stellen Sie sicher, dass auslaufende Artikel problemlos entfernt, neue Artikel ergänzt und operative Restriktionen aus Produktion oder anderen Bereichen im Zeitablauf angepasst werden können. Dies mag zu Beginn eines Losgrößenprojekts die Komplexität steigern, führt jedoch im Rahmen einer rollierenden Überprüfung der ermittelten, optimalen Losgrößen zu einem deutlichen Effizienzgewinn. 

3. Identifizieren Sie alle wesentlichen Kostenpositionen
Da das klassische Losgrößenmodell mit der Betrachtung von Rüst- und Bestandskosten nicht alle Kostenpositionen einer praxisorientierten Losgrößenoptimierung enthält, müssen weitere, relevante Kostenpositionen sorgfältig identifiziert und in das Berechnungsmodell integriert werden. Sind z. B. die vorhandenen Lagerkapazitäten am Limit, müssen externe Lagerkosten sowie Prozesskosten für Auslagerungs-, Transport- und Einlagerungsprozesse bei einem externen Lagerdienstleister im Modell berücksichtigt werden. Weiterhin kann eine Erhöhung der Losgrößen in einigen Industrien zu erhöhten Entsorgungskosten führen, wenn Bestände über ein Mindesthaltbarkeitsdatum (MHD) hinaus im Lager verweilen und nicht abverkauft werden können. Auch ein derartiges Risiko muss über kalkulatorische Positionen im Modell verankert werden. Dagegen stehen mögliche, positive Einflüsse wie z.B. die Reduzierung von Nachlieferungskosten, wenn ein erhöhter Bestand Kundennachlieferungen verringert. Welche konkreten Kostenpositionen bei der Optimierung von Losgrößen berücksichtigt werden müssen, ist immer individuell zu evaluieren und sollte nicht pauschalisiert werden. 

4. Unterteilen Sie die Kosten stringent nach fix und variabel
Eine stringente Unterteilung der entscheidungsrelevanten Kostenpositionen nach fixen und variablen Kosten ist zur korrekten Bestimmung optimaler Losgrößen unumgänglich. Die Relevanz von fixen Lagerkosten ist z. B.  abhängig von der Lagerkapazität. Ist ausreichend Lagerkapazität vorhanden, so finden fixe Lagerkosten kurzfristig keine Berücksichtigung im praxisorientierten Losgrößenmodell. Ist hingegen das Lager bereits voll ausgelastet, so müssen Lagerkosten für die Anmietung oder Errichtung der notwendigen Lagerkapazitäten variabilisiert und auf die betrachteten Produktionsartikel im Verhältnis zu deren Platzbedarf im Rahmen einer Losgrößenoptimierung verteilt werden. In diesem Fall werden fixe Lagerkosten variabel und entscheidungsrelevant. Bei den variablen Kosten ist zusätzlich wichtig, diese in mengeninduziert und losgrößeninduziert zu unterteilen. Mengeninduzierte Kosten werden durch die reine Produktionsmenge getrieben und sind somit für eine Losgrößenoptimierung irrelevant (z. B. die reine Fertigungszeit eines Artikels auf einer Maschine). Nur die losgrößeninduzierten variablen Kosten (z. B. Rüst- und Reinigungszeiten) sind im Optimierungsmodell zu berücksichtigen.

5. Diskutieren Sie operative Restriktionen in interdisziplinären Teams
Jede kalkulatorische Losgröße muss um operative Restriktionen aufgrund von Produktionsabläufen, Logistikprozessen oder Schichtmodellen ergänzt werden. Ein häufiger Fall einer derartigen Restriktion sind vorgegebene Mindest- und Maximallosgrößen bestimmt durch Tank- oder Gebinde-Vielfache, welche in der Praxis nicht unter- oder überschritten werden können, auch wenn dies kalkulatorisch Vorteile bringen würde. Um sicherzustellen, dass keine operativen Restriktionen übersehen wurden, ist es unabkömmlich, die kalkulatorischen Ergebnisse der optimalen Losgrößen in interdisziplinären Teams zu diskutieren und zu hinterfragen.

6. Stellen Sie sicher, dass mögliche Einsparpotenziale auch realisierbar sind
Ist das Ergebnis einer Losgrößenoptimierung die Reduktion der Lose und damit die Reduktion des Losgrößenbestandes im Lager, sollte final geprüft werden, ob die ausgewiesenen Potenziale auch GuV-wirksam werden. Dies ist im Fall der Reduktion von Losen nur dann möglich, wenn im Bereich des Lagers beispielsweise keine Mindestkapazitäten mit einem Lagerdienstleister vereinbart worden sind, die durch die Optimierung unterschritten würden. Des Weiteren müssen durch zusätzliche Rüstvorgänge in der Produktion freie Produktionszeiten und die entsprechende Man-Power verfügbar sein, um Einsparpotenziale nicht durch reduzierte Produktionsmengen und entgangene Verkäufe zu eliminieren. Ist das Ergebnis einer Losgrößenoptimierung die Erhöhung der Lose, kommen Einsparpotenziale nur dann, wenn Rüstkosten auch tatsächlich reduziert werden können. Dies ist in der Regel mit Personalabbau verbunden, da Rüstvorgänge entfallen. In der finalen Projektphase sollten Sie alle kalkulatorischen Ergebnisse nochmals auf den Prüfstand stellen und auf die praktische Umsetzbarkeit hin validieren. Wem nützen Einsparungen auf dem Papier, wenn diese am Ende nicht GuV-wirksam im Jahresabschluss erscheinen?

7. Warten Sie nicht mit der Umsetzung, starten Sie sofort mit ausgewählten Artikeln
Oftmals wird im Endspurt eines Optimierungsprojekts die Umsetzung entweder verschoben oder gar gänzlich unterlassen. Machen Sie diesen Fehler nicht, sondern starten Sie unmittelbar mit der Umsetzung Ihrer Ergebnisse. Hierzu bietet sich eine Priorisierung der Artikel an. Berechnen Sie pro Artikel das Einsparpotenzial je Mengeneinheit und starten Sie die Umsetzung mit jenen Artikeln, die das höchste relative Einsparpotenzial aufweisen und von der Produktion als wenig kritisch angesehen werden. Die Umstellung auf optimale Losgrößen sollte nicht auf einen Schlag über das gesamte Portfolio, sondern sukzessiv über verschiedene Artikelkategorien vorgenommen werden, um sich langsam der Realisierung des Gesamtpotenzials zu nähern und etwaige Risiken zu minimieren. 

8. Machen Sie sich das Pareto-Prinzip zu Nutze
Eine gute Nachricht zum Schluss: das Pareto-Prinzip bzw. die 80-zu-20-Regel greift oftmals auch im Bereich der Losgrößenoptimierung. Dies bedeutet, dass Sie in vielen Fällen 80 % des ermittelten Einsparpotenzials mit nur 20 % des Aufwands, also einer relativ geringen Anpassung Ihrer Produktionslosgrößen erzielen können. Machen Sie sich dies zum Vorteil, um z. B. kritische Kollegen mit nur kleinen Veränderungen in den operativen Abläufen zu überzeugen und den Effekt Ihres Projekts ohne große Eingriffe nachweisen zu können. Je nach Schwierigkeit der Umsetzung in den operativen Produktionsabläufen kann es auch sinnvoll sein, auf das optimale Ergebnis zu verzichten und sich mit den oben genannten 80 % zufriedenzugeben.

Die Überprüfung und Kalkulation optimaler Losgrößen im Rahmen Ihrer Produktionsabläufe sollten Sie regelmäßig vornehmen, da in Zeiten von schnelllebigen Märkten, sich verändernden Sortimenten und Kostenstrukturen sowie neu auftretenden operativen Restriktionen, die Einflussfaktoren auf Ihr individuelles Losgrößenmodell stets im Wandel stehen. In der Praxis produzieren eine Vielzahl von Unternehmen noch lange nicht im Kostenoptimum, sodass signifikante Einsparpotenziale liegen bleiben. Das optimale Los in Ihrer Produktion lässt sich in der Regel nicht auf einen Blick erkennen und bedarf sorgfältig ausgearbeiteter Analysen. Ertrag der Bemühungen ist in vielen Fällen ein signifikanter Effekt auf Ihre GuV, mit Einsparungen – je nach Branche und Produktionsablauf – im deutlich sechsstelligen Bereich.

Unser Fazit

In Zeiten wie der heutigen dynamischen Wirtschaftswelt ist es essenziell, die Losgrößen regelmäßig zu überprüfen, um eine kosteneffiziente Produktion gewährleisten zu können. Die Wahl der optimalen Losgröße sollte auf dem Gleichgewicht zwischen Bestands- und Rüstkosten basieren und auf das Gesamtergebnis des Unternehmens ausgerichtet sein. In Bezug dazu bieten sowohl eine hohe als auch eine niedrige Losgröße sowohl Vor- als auch Nachteile, die je nach Unternehmen abgewogen werden müssen. Die primäre Herausforderung liegt darin, eine klare Balance zwischen Logistik und Produktion zu finden, um ein Gesamtoptimum für Ihr Unternehmen zu erreichen. Sie benötigen Unterstützung im Bereich der Produktionsplanung? Wir helfen Ihnen gerne.

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