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Analyse der Auswirkungen von Additive Manufacturing auf die Gestaltung zweistufiger Supply Chains

von Andreas Carl Barz (Autor:in)
©2019 Dissertation 230 Seiten

Zusammenfassung

Bei einer möglichen Umstellung der Fertigungstechnologie auf «Additive Manufacturing», im Allgemeinen oft als 3D-Druck bezeichnet, müssen auch logistische Strukturen hinterfragt werden. Bisherige Untersuchungen dazu beschränken sich meist auf eine qualitative Analyse. Auf Basis eines Standortplanungsproblems aus dem «Operations Research» entwickelt und untersucht der Autor einen neuartigen Ansatz zur Quantifizierung der Auswirkungen von AM auf zweistufige Supply-Chain-Strukturen. Hierfür werden detailliert logistische Implikationen von AM diskutiert und in ein modifiziertes «Two-Stage Capacitated Facility Location Problem» überführt. Anhand von 1.225 Instanzen werden optimale Netzwerkstrukturen für etablierte und additive Fertigungsverfahren bestimmt und mittels sechs logistischer Kennzahlen verglichen.

Inhaltsverzeichnis

  • Cover
  • Titel
  • Copyright
  • Autoren-/Herausgeberangaben
  • Über das Buch
  • Zitierfähigkeit des eBooks
  • Danksagung
  • Inhaltsverzeichnis
  • Abbildungsverzeichnis
  • Tabellenverzeichnis
  • Abkürzungsverzeichnis
  • Symbolverzeichnis
  • 1 Einleitung
  • 1.1 Zielsetzung
  • 1.2 Aufbau der Arbeit
  • 2 Stand der Forschung
  • 2.1 Additive Manufacturing
  • 2.1.1 Begriffsdefinition
  • 2.1.2 Eingruppierung im Verhältnis zu etablierten Fertigungsverfahren
  • 2.1.3 Untergliederung innerhalb der Gruppe der AM-Verfahren
  • 2.1.4 Weitere Synonyme
  • 2.1.5 Historische Entwicklung
  • 2.1.6 Vor- und Nachteile von Additive Manufacturing
  • 2.1.7 Märkte, Marktwachstum und Potenziale
  • 2.2 Logistik und Supply Chain Management
  • 2.2.1 Begriffsdefinition
  • 2.2.2 Logistische Subsysteme
  • 2.2.3 Standort(-entscheidungen)
  • 2.3 Literaturüberblick zum Thema Additive Manufacturing und Logistik
  • 3 Simulation von zweistufigen Supply Chains
  • 3.1 Modellbegriff/Simulationen
  • 3.2 Zweistufiges Supply-Netzwerk
  • 3.3 Generierung von Instanzen
  • 3.3.1 Allokation und Clusterung der Netzwerkknoten
  • 3.3.2 Ressourceneffizienz/buy-to-fly-ratio
  • 3.3.3 Variable Produktionskapazitäten
  • 3.3.4 Sonstige/konstante Parameter
  • 3.4 Entwicklung der Kennzahlen
  • 3.5 Ergebnisse der Simulationen
  • 3.5.1 Supply Chain-Strukturen bei konstanter Produktionskapazität
  • 3.5.2 Supply Chain-Strukturen bei variabler Produktionskapazität
  • 3.6 Zusammenfassung der Simulationen
  • 4 Evaluierung der Simulationsergebnisse
  • 4.1 Evaluierung der Simulationsergebnisse anhand vorhandener Literatur
  • 4.2 Mögliche Implikationen für die logistischen Subsysteme
  • 4.2.1 Beschaffungslogistik
  • 4.2.2 Produktionslogistik
  • 4.2.3 Distributionslogistik
  • 4.2.4 Ersatzteillogistik
  • 4.2.5 Informationslogistik
  • 5 Zusammenfassung und Ausblick
  • 5.1 Erweiterte Modellbegründung
  • 5.1.1 Anwendersicht
  • 5.1.2 Fertigungstechnische Sicht
  • 5.1.3 Betrachtung anderer Modellierungsansätze
  • 5.2 Ergebnisse der Simulationsexperimente
  • 5.3 Bewertung der Darstellung von AM durch den Mainstream
  • 5.3.1 Berichterstattung der Mainstream-Medien zu AM im zeitlichen Verlauf
  • 5.3.2 Inhaltliche Bewertung von AM durch den Mainstream
  • 5.3.3 Zusammenfassung der Mainstream-Bewertung
  • 5.4 Ausblick
  • 5.4.1 Beschränkungen des Modells und mögliche Erweiterungen
  • 5.4.2 Technischer Forschungsbedarf
  • 5.4.3 Weiterführender Forschungsbedarf
  • Literaturverzeichnis
  • Anhang
  • Reihenübersicht

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Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Supply Chain-Prozesse ohne (oben) und mit (unten) Einsatz von AM (Jones Lang Lasalle, 2013)

Abbildung 2: Übersicht der (Teil-)Ziele dieser Arbeit (eigene Darstellung)

Abbildung 3: Schematischer Aufbau dieser Arbeit (eigene Darstellung)

Abbildung 4: Kategorisierung von AM (eigene Darstellung in Anlehnung an DIN (2003, S. 7), Gebhardt (2016, S. 6), Reeves (2012, S. 9), Zäh (2006, S. 10))

Abbildung 5: Fotoskulpturen nach François Willème, links und Mitte die Aufnahme eines Objektes (George Eastman Museum, o. J.[a]), rechts eine gefertigte Skulptur (George Eastman Museum, o. J.[b])

Abbildung 6: Schema zur Generierung dreidimensionaler Landkarten (Blanther, 1892, S. 1)

Abbildung 7: Entwicklung der Patentanmeldungen für AM pro Jahr (eigene Darstellung)

Abbildung 8: Veröffentlichungszahlen je Forschungsthema und Jahr (Esmaeilian, Behdad & Wang, 2016, S. 94)

Abbildung 9: Qualitative Darstellung von „complexity for free“ (Conner et al., 2014, S. 71)

Abbildung 10: Veranschaulichung des „Treppenstufeneffektes“ (Pan et al., 2012, S. 461)

Abbildung 11: Marktanteil der fünf größten AM-System-Anbieter (eigene Darstellung nach Wohlers Associates (2016, S. 144))

Abbildung 12: AM-Markt geografisch (eigene Darstellung nach Wohlers Associates (2016, S. 145))

Abbildung 13: Schematische Struktur eines Supply-Netzwerks (Schuh, Hering & Brunner, 2013, S. 5)

Abbildung 14: Strukturzusammenhang von logistischen Systemen (Schuh, Hering & Brunner, 2013, S. 7) ← 11 | 12 →

Abbildung 15: Funktionelle Abgrenzung der logistische Subsysteme entlang des Güterflusses (Pfohl, 2010, S. 19)

Abbildung 16: Übersicht der Forschungsaktivitäten zu AM (Gausenmeier, Wall & Peter, 2013, S. 90f)

Abbildung 17: Supply Chain Planning Matrix inklusive Darstellung von OR-Planungsaufgaben (Fleischmann & Meyr, 2001, S. 15)

Abbildung 18: Struktur eines Supply-Netzwerks im Modell (eigene Darstellung in Anlehnung an Barz, Buer & Haasis (2016b, S. 3))

Abbildung 19: Beispiel einer Wahrscheinlichkeitsverteilung zur Bildung eines Clusters (eigene Darstellung in Anlehnung an Barz, Buer & Haasis (2016b, S. 6))

Abbildung 20: Beispiel einer Wahrscheinlichkeitsverteilung zur Bildung von zwei Clustern (eigene Darstellung in Anlehnung an Barz, Buer & Haasis (2016b, S. 8))

Abbildung 21: Beispiel zweier rotationssymmetrischer Clusteranordnungen (eigene Darstellung in Anlehnung an Barz, Buer & Haasis (2016b, S. 6))

Abbildung 22: Übersicht aller untersuchten Clusteranordnungen (eigene Darstellung in Anlehnung an Barz, Buer & Haasis (2016b, S. 7))

Abbildung 23: Median und 10%-/90%-Quantil zu den Kennzahlen z1 bis z6 für 1-Produktionscluster-Netzwerke (β konstant) (eigene Darstellung)

Abbildung 24: Median und 10%-/90%-Quantil zu den Kennzahlen z1 bis z6 für 1-Produktionscluster-Netzwerke bei variablen Produktionskapazitäten (eigene Darstellung)

Abbildung 25: Vergleich einer Netzwerkstruktur bei α = 20 (oben), α = 20 und β = 1 (unten links), sowie α = 2 und β = 0, 55 (unten rechts) (eigene Darstellung)

Abbildung 26: Gartner Hype Cycle for Emerging Technologies 2015 (oben, Gartner, 2015, o.S.) sowie Hype Cycle for Additive Manufacturing 2017 (unten, Gartner nach 3ders.org, 2017, o.S.) ← 12 | 13 →

Abbildung 27: Vergleich der Netzwerkstruktur bei α = 20 (oben), α = 2 und β = 0, 55 ohne Transformationskosten (unten links) sowie mit Transformationskosten (unten rechts) (eigene Darstellung)

Abbildung 28: Median sowie 10%/90%-Quantil für 2-Produktioncluster-Instanzen mit konstantem β

Abbildung 29: Median sowie 10%/90%-Quantil für 2-Produktioncluster-Instanzen mit variablem β

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Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Übersicht von AM-Definitionen (Auswahl)

Tabelle 2: Übersicht technischer Eigenschaften ausgewählter AM-Verfahren

Tabelle 3: Funktionsbezogene und globale Standortfaktoren (eigene Darstellung nach Pawellek (2008, S. 96))

Tabelle 4: Übersicht der Forschungsaktivitäten zu AM und Logistik

Tabelle 5: Übertragung von AM-Eigenschaften auf verwendetes Modell

Tabelle 6: Untersuchte Allokationen für Quellen, Produktionen und Kunden

Tabelle 7: Übersicht der Werte für β in Abhängigkeit von α

Tabelle 8: Medianwerte der Kennzahlen für Instanzen bestehend aus einem Produktionscluster in Abhängigkeit von α

Tabelle 9: Median der Kennzahlen je Allokation und Clusterung für 1-Produktionscluster-Netzwerke (β konstant)

Tabelle 10: Median der Kennzahlen für Instanzen bestehend aus 2-Produktionscluster-Netzwerke in Abhängigkeit von α (β konstant)

Details

Seiten
230
Jahr
2019
ISBN (PDF)
9783631790151
ISBN (ePUB)
9783631790168
ISBN (MOBI)
9783631790175
ISBN (Hardcover)
9783631778715
DOI
10.3726/b15624
Sprache
Deutsch
Erscheinungsdatum
2019 (Oktober)
Schlagworte
3D Druck Standortplanungsproblem Additive Manufacturing Operations Research Quantitative Bewertung
Erschienen
Berlin, Bern, Bruxelles, New York, Oxford, Warszawa, Wien 2019. 230 S., 4 farb. Abb., 25, s/w Abb., 20 s/w Tab.

Biographische Angaben

Andreas Carl Barz (Autor:in)

Andreas Barz studierte Wirtschaftsingenieurwesen an der Universität Bremen. Als Wissenschaftlicher Mitarbeiter war er für das Institut für Seeverkehrswirtschaft und Logistik, Bremen, und die Computational Logistics der Universität Bremen tätig. Währenddessen erfolgte seine Promotion. Parallel übernahm er Lehraufträge der Hochschule Bremen und der Internationalen Hochschule Bad Honnef (IUBH Internationale Hochschule).

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