Losgrößenoptimierung

Die Wellpappe spielt eine zentrale Rolle in der Verpackungsindustrie. Besonders bei Herstellern wie der Wellstar-Packaging GmbH, wo Effizienz und Kosteneffektivität entscheidend sind, kann die Losgrößentaktik eine wichtige Rolle spielen. Losgrößenoptimierung ist ein wichtiger Faktor, um hohe Kosten bei der Produktion von Wellpappe zu vermeiden und bestmögliche Effizienz zu gewährleisten. In der Praxis beeinflusst die Wahl der Losgrößen unter anderem Rüstzeiten am Wellautomaten, Materialwechsel an Papierbahnen, den Zuschnitt, den Ausschussanteil sowie Bestände an Halbfabrikaten und Fertigerzeugnissen. Ziel ist eine stabile, planbare Produktion mit kurzen Durchlaufzeiten und verlässlicher Termintreue – bei gleichzeitig niedrigen Gesamtkosten. Ergänzend wirken sich saubere Auftragsbündelung, geringe Anfahrmakulatur, abgestimmte Bahnbreiten und eine robuste Reihenfolgeplanung positiv auf die Wertschöpfungskette aus. Damit trägt die Losgrößenentscheidung direkt zu Kenngrößen wie Rüstzeitanteil, Durchsatz, OEE, Lieferfähigkeit und Kosten je Quadratmeter Wellpappe bei.

Definition: Was versteht man unter Losgrößenoptimierung?

Die Losgrößenoptimierung bezeichnet den Prozess, bei dem die ideale Menge einer Produktionscharge, also die Losgröße, bestimmt wird. Bei jeder Produktion entstehen bestimmte Nebenkosten, die sogenannten Rüstkosten. Das Ziel der Losgrößenoptimierung ist es, diese Rüstkosten so gering wie möglich zu halten. Dies wird erreicht, indem die Stück- und Gesamtkosten über einen betrachteten Zeitraum minimiert werden. Dabei fließen neben Rüst- und Herstellungskosten auch Bestands- und ggf. Fehlmengenkosten ein. In formaler Sicht ist die Losgrößenplanung eine Entscheidung über Mengen je Periode unter Nebenbedingungen wie Kapazitäten, Mindest- und Mehrfachmengen (z. B. aufgrund nutzbarer Bahnbreiten), Lieferzeiten und Servicegraden. Eine vertiefende und praxisnahe Erläuterung zur optimalen Losgröße hilft, Annahmen und Grenzen der Modelle korrekt einzuordnen. In der Praxis erfolgt die Bestimmung häufig rollierend (gleitender Horizont) und segmentbezogen, sodass Ergebnisgrößen wie Losanzahl, Zykluslängen und Sicherheitsbestände konsistent aufeinander abgestimmt werden.

Relevante Kostenkomponenten

• Rüstkosten: Aufwände für Profil-, Format-, Messer- oder Papierwechsel sowie Einrichtzeiten an Stanz- und Klebemaschinen.
• Lagerhaltungsbezogene Kosten: Kapitalbindung, Flächenbedarf, Handhabung, Schwund und Obsoleszenz bei längeren Liegezeiten.
• Herstellungskosten: Laufzeitabhängige Kosten, ggf. mit Lern- oder Geschwindigkeitskurven (z. B. optimierte Wellmaschine nach Anlauf).
• Fehlmengenkosten: Vertragsstrafen, Eilaufträge oder Expresslieferungen bei Unterdeckung der Nachfrage.
• Qualitäts- und Ausschusskosten: Anfahrmakulatur, Beschnittverluste, Toleranzen beim Zuschnitt.
• Energie- und Betriebsmittelkosten: Lastspitzen, Dampf- und Strombedarf, klebstoffbezogene Kosten in Abhängigkeit von Profilwechseln.
• Transport- und innerbetriebliche Logistikkosten: Zusätzliche Umfuhren, Zwischenlagerbewegungen, Palettenwechsel und Handling.
• Reihenfolgekosten: Wechselzeit- und -kosten in Abhängigkeit der Rüstmatrix (z. B. Papierqualitäten, Flutentypen, Druckbilder).

Anwendung der Losgrößenoptimierung

In der Wellpappenindustrie kommt die Losgrößenoptimierung zum Einsatz, um die Produktionsprozesse zu straffen und die Effizienz zu erhöhen. Durch die Optimierung der Losgröße kann der Produktionszyklus besser geplant und damit die Gesamtkosten, insbesondere die hohen Rüstkosten, reduziert werden. Damit spielt die Losgrößenoptimierung bei der Produktion von Kartonagen und Wellpappe eine zentrale Rolle. Spezifisch relevant sind die Reihenfolgeplanung am Wellautomat (Flutentyp, Grammatur, Papierqualität), das Zusammenfassen ähnlicher Aufträge zur Verringerung von Wechseln, die Festlegung wirtschaftlicher Mindestmengen je Stanzform sowie das Abstimmen von Wellanlage und Weiterverarbeitung (z. B. Faltschachtelkleben). Ergebnis ist ein Ausgleich zwischen geringen Rüsthäufigkeiten und beherrschbaren Beständen. Zusätzlich sollten Lieferfenster, Abrufrhythmen und kundenspezifische Servicegrade in die Planung einbezogen werden, um Termin- und Mengenflexibilität sicherzustellen.

Typische Einflussfaktoren in der Wellpappenproduktion

• Materialwechsel: Aufwand und Zeitbedarf bei Wechsel der Deck- und Wellenpapiere, Klebstoffe oder Flutentypen.
• Format- und Werkzeugwechsel: Umrüstungen an Querschneidern, Stanzwerkzeugen und Druckaggregaten.
• Beschnitt/Trim: Nutzen der Bahnbreite und Zuschnittpläne beeinflussen Makulatur und wirtschaftliche Mindestmengen.
• Nachfrageprofil: Schwankungen in Abrufen, Saisonalität, Kunden-Losgrößen und Abrufrhythmen.
• Kapazitäten und Schichtmodelle: Verfügbare Maschinenzeitfenster, Engpassaggregate und geplante Stillstände.
• Klimatische Bedingungen: Feuchte- und Temperatursteuerung wirken auf Geschwindigkeit, Qualität und Ausschuss.
• Druck- und Veredelungsanforderungen: Farbreihenfolgen, Lacke und Sonderfarben beeinflussen Rüstfolgen und Losbildung.
• Logistische Restriktionen: Palettenkonzepte, Lagenbilder, Ladeeinheiten und Tourenplanung setzen praktikable Losgrenzen.

Methoden zur Losgrößenoptimierung

Es gibt verschiedene Methoden zur Losgrößenbestimmung, die weit verbreitet sind. Die bekanntesten Methoden sind das Wilson-Modell und das Wagner-Whitin-Modell. Beide berücksichtigen neben den Stückkosten auch die Lagerhaltungskosten, um die optimalen Losgrößen zu ermitteln. Je nach Unternehmensstruktur und Produktanforderungen kann die eine oder andere Methode geeigneter sein. Für dynamische Umgebungen mit schwankender Nachfrage bewähren sich rollierende Planungsansätze, während bei Engpässen kapazitiv beschränkte Modelle die realistischeren Ergebnisse liefern. Eine saubere Parametrisierung (z. B. Periodenlängen, Servicegradziele, Mindestlosgrößen) ist dabei entscheidend.

Überblick wichtiger Verfahren

• Wilson-/EOQ-Modell: Bestimmt eine konstante wirtschaftliche Bestell- bzw. Produktionsmenge unter Annahmen konstanter Nachfrage, fester Rüstkosten und proportionaler Lagerhaltungskosten. Eignet sich für gleichmäßige Abrufe und stabile Programme.
• Wagner-Whitin-Modell: Dynamische Losgrößenplanung über einen endlichen Horizont mit periodisch variierender Nachfrage; liefert kostenoptimale Ergebnisse ohne Kapazitätsrestriktionen.
• Heuristiken: Silver-Meal, Least Unit Cost oder Part-Period Balancing liefern gute Näherungen bei wechselnder Nachfrage mit geringer Rechenzeit.
• Kapazitiv beschränkte Modelle (CLSP): Mathematische Optimierung (z. B. MILP) mit Kapazitäts- und Rüstzeitrestriktionen, auch mit Reihenfolgekosten und Rüstmatrizen (Changeover-Zeiten zwischen Produkttypen).
• Integrierte Planung: Verknüpfung von Losgrößen, Sequenzierung und Zuschnittoptimierung zur gleichzeitigen Minimierung von Rüst- und Trimkosten.
• Stochastische Verfahren: Berücksichtigen unsichere Nachfrage mittels Szenarien oder Wahrscheinlichkeitverteilungen und steuern Losgrößen über angestrebte Servicegrade.
• Servicegradbasierte Ansätze: Dimensionierung von Losen und Sicherheitsbeständen zur Einhaltung definierter Lieferbereitschaft bei minimalen Gesamtkosten.

Beispielhafte Annahmen und Grenzen

• Konstante Parameter (Nachfrage, Rüstkosten) vereinfachen Modelle, treffen aber real oft nur näherungsweise zu.
• Losgrößen werden durch Mindestmengen, Bündel- oder Mehrfachmengen (z. B. Bahnbreiten, Palettenlagen) eingeschränkt.
• Mehrstufige Fertigung (Rollen → Bogen → Weiterverarbeitung) erfordert abgestimmte Losgrößen über Stufen und Puffer.
• Variabilität kann durch Sicherheitsbestände, rollierende Planung und Szenario-/Stresstests adressiert werden.
• Nichtlineare Effekte (z. B. Geschwindigkeit nach Materialwechsel, Anfahrkurven) erschweren lineare Modellannahmen.
• Datenqualität (Zeitstempel, Ausschussgründe, exakte Rüstmatrizen) bestimmt die Aussagekraft der Ergebnisse.

Vor- und Nachteile von Losgrößenoptimierung

Die Vorteile der Losgrößenoptimierung liegen klar auf der Hand: Durch die Minimierung der Stückkosten und die Senkung der Gesamtkosten kann sie erheblich zur Rentabilität und Effizienzsteigerung eines Unternehmens beitragen. Sie ermöglicht eine bessere Planung der Produktion und kann helfen, Engpässe zu vermeiden. In Kombination mit klaren Servicegradzielen verbessert sie zudem die Lieferfähigkeit und erhöht die Termintreue bei gleichzeitiger Entlastung der Engpassaggregate.

Zu den Nachteilen gehört, dass die Methoden zur Losgrößenbestimmung recht komplex sind und spezielles Wissen erfordern. Außerdem setzen sie voraus, dass die Nachfrage und die Kosten konstant sind, was in der Realität oft nicht der Fall ist. Trotz dieser Herausforderungen ist die Losgrößenoptimierung ein mächtiges Werkzeug für Unternehmen in der Wellpappenindustrie und anderen Branchen. Ein weiterer Aspekt ist der Abstimmungsbedarf zwischen Produktion, Planung, Einkauf und Logistik, um Zielkonflikte (Bestände vs. Rüsthäufigkeit) transparent zu lösen.

Erweiterte Bewertung

• Pro: Weniger Rüstvorgänge, höhere Maschinenauslastung, geringere Anfahrmakulatur, verbesserte Planbarkeit, reduzierte Eilaufträge.
• Contra: Risiko höherer Bestände und längerer Liegezeiten, Sensitivität gegenüber Prognosefehlern, erhöhter Daten- und Modellierungsaufwand.
• Abwägung: Der optimale Punkt ergibt sich aus dem Trade-off zwischen Rüst- und Bestandskosten unter Einhaltung von Servicegraden.
• Praxis: Transparente KPI-Steuerung, realistische Rüstzeiten und konsequente Pflege der Rüstmatrizen sind erfolgskritisch.

Praktische Umsetzung in der Fertigung

Schrittweise Vorgehensweise

1. Datenbasis sichern: Rüstzeiten und -kosten je Wechselart messen, Ausschussquoten erfassen, Nachfrageprofile und Lieferzeiten konsistent dokumentieren.
2. Segmentierung: Artikel nach Volumen, Varianz und Wertbeitrag clustern (z. B. ABC/XYZ) und je Segment passende Verfahren wählen.
3. Modellwahl: Für stabile Abrufe einfache Modelle (EOQ), für schwankende Profile dynamische Verfahren und für Engpässe kapazitiv beschränkte Ansätze nutzen.
4. Synchronisation: Losgrößen zwischen Wellanlage und Weiterverarbeitung abstimmen, Puffer definieren, Reihenfolgen mit Rüstmatrizen optimieren.
5. Pilottest und Rollout: Ergebnisse gegen Ist-Daten validieren, Parameter feinjustieren, Kennzahlen regelmäßig überwachen.
6. IT-Integration: Planungsverfahren in ERP/MES integrieren, Stammdatenqualität sicherstellen, automatische Rückmeldungen und Schnittstellen aufbauen.
7. Governance: Verantwortlichkeiten und Eskalationswege definieren, Planungszyklen festlegen, kontinuierliche Verbesserung etablieren.
8. Qualität und Nachhaltigkeit: Effekte auf Makulatur, Energieverbrauch und CO₂-Fußabdruck messen und bei Zielsystemen berücksichtigen.

Wichtige Kennzahlen (KPIs)

• Rüstzeitanteil und Anzahl Rüstvorgänge je Zeitraum
• Bestandstage und Umschlagshäufigkeit
• Durchlaufzeit und Termintreue
• Ausschussquote (inkl. Trim- und Anfahrmakulatur)
• Gesamtkosten je Einheit über den Planhorizont
• Servicegrad (Lieferbereitschaft) und Backorder-Quote
• OEE/Anlagenverfügbarkeit an Wellanlage, Stanzung und Klebung
• Planerfüllungsgrad (Adherence to Plan) und Stabilität der Reihenfolgen

Kurzes Zahlenbeispiel

Angenommen, konstante Nachfrage von 12.000 Einheiten pro Jahr, Rüstkosten 300 €, Lagerhaltungssatz 15 % p. a., Herstellkosten 2,00 € je Einheit. EOQ-Näherung mit Einstandspreis als Basiswert liefert eine wirtschaftliche Menge von rund 1.550–1.650 Einheiten je Los (je nach Ansatz des Lagerhaltungssatzes). In der Realität werden diese Werte durch Mindestmengen, Bahnbreiten, Werkzeugverfügbarkeiten und Abrufrhythmen angepasst. Das Beispiel verdeutlicht den Grundgedanken: Steigende Rüstkosten begünstigen größere Lose, höhere Lagerhaltungskosten kleinere Lose. In formaler Darstellung (ohne Restriktionen) wird häufig die quadratische Wurzelbeziehung zwischen Bedarf, Rüstkosten und Lagerhaltungssatz genutzt; in der Praxis werden zusätzlich Kapazitäts- und Reihenfolgebedingungen sowie Servicegrade in die Optimierung integriert. Ein zweites Mini-Szenario mit periodisch schwankender Nachfrage zeigt: Bei ausgeprägter Saisonalität verschiebt eine dynamische Planung Teile der Produktion in ruhigere Perioden, sofern Bestandskosten und Haltbarkeiten dies zulassen.

Zusammenfassung:

• Die Losgrößenoptimierung ist eine Methode zur Verbesserung der Effizienz in der Produktion, insbesondere bei der Herstellung von Verpackungsmaterialien wie Wellpappe.
• Durch das Berechnen der optimalen Losgröße sollen Produktionskosten minimiert und die Balance zwischen Lagerhaltung und Produktion perfektioniert werden.
• Bedingt durch Einflussfaktoren wie Maschinen-Setup-Zeiten oder Lagerhaltungskosten, kann die Losgrößenoptimierung dazu beitragen, dass Unternehmen, die Wellpappverpackungen produzieren oder benötigen, ihre Ressourcen effizienter einsetzen.
• Je nach Nachfrageprofil und Restriktionen kommen unterschiedliche Verfahren zum Einsatz: von einfachen EOQ-Modellen über dynamische Ansätze bis zu kapazitiv beschränkten Optimierungen.
• Eine belastbare Datenbasis, abgestimmte Prozesse und kontinuierliches Monitoring der KPIs sichern nachhaltige Ergebnisse in der Praxis.
• Die Kopplung von Losgrößen-, Reihenfolge- und Zuschnittplanung reduziert Rüst- und Trimkosten gleichzeitig und stabilisiert die Fertigung.
• Transparente Servicegradziele und realistische Rüstmatrizen erhöhen Planbarkeit, Lieferfähigkeit und Wirtschaftlichkeit in der Wellpappenproduktion.