Mathematische Modellierung zur Optimierung der Wertschöpfungsverteilung nach quantitativen und qualitativen Kriterien in Produktionsnetzwerken der diskreten Fertigung

Abstract

Durch die Internationalisierung entstehen im Laufe der Zeit meist komplexe Produktionsnetzwerke, die - ganzheitlich betrachtet - in der Regel unvorteilhaft fragmentiert sind. Unternehmen stehen daher aktuell vor der Herausforderung, ihre bestehenden Strukturen zu optimieren und darüber Wettbewerbsvorteile zu erzielen. Die Optimierung ist derzeit von kostenbasiertem Entscheidungsverhalten und entsprechenden Methoden geprägt. Qualitative Kriterien werden nicht oder nicht in hinreichender Weise berücksichtigt. Dies führt oft zu Fehlentscheidungen, die die Unternehmensexistenz gefährden können. Zielsetzung dieser Arbeit ist die Bereitstellung einer Methode, die die Wertschöpfungsverteilung integriert nach quantitativen und qualitativen Kriterien in bestehenden Produktionsnetzwerken der diskreten Fertigung optimiert. Dies wird durch den Einsatz der multikriteriellen Optimierung erreicht. Zentrales Element des entwickelten Ansatzes ist eine gemischt-ganzzahlige lineare mathematische Modellierung, die eine integrierte Optimierung nach Kosten, Erfolgspositionen und Risiken zulässt. Die Erzeugung einer optimalen Lösung erfolgt durch softwaretechnische Umsetzung. Basis der Modellierung bildet eine Logik zur Abbildung der Realität. Dort werden Innovationen im Bereich der umfassenden und flexiblen Berücksichtigung von Netzwerkpartnern, von Wertschöpfung und qualitativen Kriterien erzielt. Eine Implementierung in Form einer grafischen Oberfläche unterstützt die Abbildung der Realität. Zur einfachen und aufwandsarmen Anwendung der mathematischen Optimierung wird eine Methode zur Verfügung gestellt, die Sensitivitätsanalysen beinhaltet. Die Erprobung des entwickelten Ansatzes innerhalb von Fallbeispielen aus der Automobilzulieferindustrie und dem Maschinenbau zeigt die Funktionsfähigkeit. Unternehmen werden befähigt, nachhaltige Entscheidungen hinsichtlich ihrer Wertschöpfungsverteilung zu treffen und damit ihre Wettbewerbsfähigkeit zu steigern und Unternehmensexistenzen zu sichern.

Internationalization has created complex production networks, which, for the most part, have evolved over many years, and, taken as a whole, are usually inconveniently fragmented. Therefore, the challenge that companies are faced with at the moment is to optimize existing structures to gain competitive advantages. Current optimization efforts are dominated by cost-based methods and decision-making behavior. Qualitative criteria, however, are not or insufficiently taken into account. Often, this results in wrong decisions which may threaten the existence of a company. The aim of this work is to provide a method which optimizes the distribution of valueadded activities in existing discrete production networks in an integrated manner according to quantitative and qualitative criteria. This is achieved by a multi-criteria optimization approach. First and foremost, the developed method is based on mixed-integer linear mathematical modeling. It allows for integrated optimization according to costs, success factors, and risks. A software program helps to generate the optimal solution. The modeling technique is based on a specific logic for representing reality. The innovative aspect of this logic is that network partners, value added, and qualitative criteria are considered in a comprehensive and flexible manner. The representation of reality is supported by a graphical user interface. To handle the mathematical optimization procedure in a simple and efficient way, a method is offered which includes sensitivity analyses. The developed approach has been tested in case studies within the automotive supply and the mechanical engineering industry, demonstrating its usefulness. Companies are empowered to make sustainable choices concerning the distribution of value-added activities and thus enabled to increase their competitiveness and ensure business continuity.