Koordination im Reverse Logistics: Konzepte und Verfahren für Recyclingnetzwerke

349 Pages·2009·1.621 MB·German

by  Eberhard Schmid (auth.)

Eberhard Schmid
Koordination im Reverse Logistics
GABLER EDITION WISSENSCHAFT
Produktion und Logistik
Herausgegeben von
Professor Dr. Wolfgang Domschke,
Technische Universität Darmstadt,
Professor Dr. Andreas Drexl,
Universität Kiel,
Professor Dr. Bernhard Fleischmann,
Universität Augsburg,
Professor Dr. Hans-Otto Günther,
Technische Universität Berlin,
Professor Dr. Stefan Helber,
Universität Hannover,
Professor Dr. Karl Inderfurth,
Universität Magdeburg,
Professor Dr. Thomas Spengler,
Universität Braunschweig,
Professor Dr. Hartmut Stadtler,
Technische Universität Darmstadt,
Professor Dr. Horst Tempelmeier,
Universität zu Köln,
Professor Dr. Gerhard Wäscher,
Universität Magdeburg
Kontakt: Professor Dr. Hans-Otto Günther, Technische Universität Berlin,
FGBWL – Produktionsmanagement, Wilmersdorfer Str. 148, 10585 Berlin
Diese Reihe dient der Veröffentlichung neuer Forschungsergebnisse
auf den Gebieten der Produktion und Logistik. Aufgenommen werden
vor allem herausragende quantitativ orientierte Dissertationen und
Habilitationsschriften. Die Publikationen vermitteln innovative Beiträ-
ge zur Lösung praktischer Anwendungsprobleme der Produktion und
Logistik unter Einsatz quantitativer Methoden und moderner Informa-
tionstechnologie.
Eberhard Schmid
Koordination im
Reverse Logistics
Konzepte und Verfahren
für Recyclingnetzwerke
Mit einem Geleitwort von Prof. Dr. Thomas S. Spengler
GABLER EDITION WISSENSCHAFT
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<http://dnb.d-nb.de> abrufbar.
Dissertation Technische Universität Braunschweig, 2008
1. Auflage 2009
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© Gabler | GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden 2009
Lektorat: Frauke Schindler / Nicole Schweitzer
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wären und daher von jedermann benutzt werden dürften.
Umschlaggestaltung: Regine Zimmer, Dipl.-Designerin, Frankfurt/Main
Gedruckt auf säurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier
Printed in Germany
ISBN 978-3-8349-1478-1
Geleitwort
Vor dem Hintergrund aktueller gesetzlicher Regelungen sind die Hersteller elek-
tr(on)ischerGer¨ateverpflichtet,Altger¨ateamEndeihrerLebensdauerzuru¨ckzu-
nehmen und einem m¨oglichst hochwertigen Recycling zuzufu¨hren. Die aktuelle
Situation des Recyclings von Elektro(nik)altger¨aten in Deutschland ist durch
kleinere und mittelst¨andische Unternehmen gekennzeichnet, die sich in Netz-
werken zusammengeschlossen haben um fu¨r die Hersteller der Ger¨ate, die ihre
RecyclingpflichtenandieRecyclingunternehmenu¨bertragen,einefl¨achendecken-
de Ru¨cknahme zu erm¨oglichen. Derartige Recyclingnetzwerke treten zwar nach
außeneinheitlichauf,jedochistinnerhalbderNetzwerkeeineAllokationdervon
denHerstellernu¨bernommenenRecyclingauftr¨ageaufdieeinzelnenimNetzwerk
beteiligten Recyclingunternehmen notwendig. Dies erfordert eine Abstimmung
zwischenrechtlichundwirtschaftlichweitestgehendunabh¨angigenUnternehmen.
Das Vorhandensein unabh¨angiger Unternehmen impliziert, dass nicht zwingend
allenotwendigenInformationenvorhandensindundsomitkeinezentralePlanung
erfolgen kann. In der Praxis wird eine derartige Allokation meist auf Basis ein-
facher Daumenregeln“ durchgefu¨hrt,diejedochnichtzwingendzuausSichtdes
”
gesamten Netzwerks wu¨nschenswerten, effizienten L¨osungen fu¨hren. Aus diesem
Grund ist die Entwicklung dezentraler Koordinationsverfahren wu¨nschenswert,
diedieEigenst¨andigkeitderimNetzwerkbeteiligtenUnternehmenberu¨cksichti-
gen.
DieserHerausforderungstelltsichdievonHerrnDr.SchmidvorgelegteDisserta-
tion.ImRahmenderArbeitbereitetdieAnalysederrechtlichen,technischen,or-
ganisatorischenundvertraglichenBeziehungeninRecyclingnetzwerkenzun¨achst
dieBasisfu¨rdieAbleitungvonEntscheidungsmodellenderinRecyclingnetzwer-
ken agierenden Akteure. Hierbei legt Herr Dr. Schmid unterschiedliche Zielset-
zungen der Entscheidungstr¨ager zu Grunde und setzt Informationsasymmetrie
zwischen den Akteuren voraus. Die entwickelte Methodik der dezentralen Ent-
scheidungsfindungberuhtaufderRelaxationnetzwerkweiterNebenbedingungen
zur Einhaltung von Sammel- und Recyclingquoten. Eine aus Sicht des Gesamt-
netzwerks gute L¨osung wird durch einen verhandlungsbasierten Ansatz auf der
BasisvonSubgradientenverfahrenbestimmt.DieentwickelteMethodikwirdan-
schließend exemplarisch angewandt. Hierbei werden zun¨achst fu¨r ein einfaches
BeispielnumerischeUntersuchungenbezu¨glichderPerformancedermitderMe-
thodik erzielbaren Ergebnisse im Vergleich zur jeweils zentral ermittelten, aus
SichtdesGesamtnetzwerksoptimalenL¨osungdurchgefu¨hrt.Anschließenderfolgt
die Validierung an einem Datensatz eines Recyclingnetzwerks in Niedersachsen.
vi
DieAnalysederErgebnisseerlaubthierbeisowohlAussagenbezu¨glichderGu¨te
der erzielbaren L¨osungen fu¨r eine derart praxisnahe Anwendung, als auch den
Vergleich mit in der Praxisangewandten Allokationsmethoden. Im Rahmen der
Implementierung erfolgt die Umsetzung des Ansatzes als Multiagentensystem.
Die Ergebnisse der numerischen Untersuchungen bilden die Grundlage fu¨r die
Ableitung von Handlungsempfehlungen an betriebliche Entscheidungstr¨ager in
Recyclingnetzwerken.
DieArbeitvonHerrnDr.Schmidzeichnetsichdurchihreausgesprochenfundier-
tenmethodischenEntwicklungenzurdezentralenEntscheidungsunterstu¨tzungin
Recyclingnetzwerken aus. Insgesamt hat Herr Dr. Schmid den Stand der For-
schungimThemengebietReverseLogisticseinenentscheidendenSchrittvorange-
bracht.DemvorliegendenBuchseidahereineweiteVerbreitunginWissenschaft
undPraxisgewu¨nscht.
Prof.Dr.ThomasS.Spengler
Vorwort
Die vorliegende Arbeit entstand in den Jahren 2004 bis 2008 w¨ahrend meiner
T¨atigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl fu¨r Produktion und
Logistik des Instituts fu¨r Automobilwirtschaft und industrielle Produktion der
TechnischenUniversit¨atBraunschweig.Ichm¨ochteandieserStelleallen,diezum
GelingenderArbeitbeigetragenhaben,herzlichdanken.
Mein besonderer Dank gilt meinem Doktorvater Prof. Dr. Thomas S. Spengler
fu¨rdiekonstruktivenDiskussionen,vielenAnregungenunddieU¨berlassungder
wissenschaftlichen Freiheit w¨ahrend der Erstellung der Arbeit. Auch gelang es
ihm immer in schwierigen Situationen, meine Aufmerksamkeit auf die wesent-
lichen Dinge zu lenken, was mir erm¨oglichte, die Arbeit zu einem erfolgreichen
Abschluss zu bringen. Herzlich bedanken m¨ochte ich mich auch bei Herrn Prof.
Dr.HeinzAhnfu¨rdieflexibleundzu¨gigeU¨bernahmedesKorreferats.HerrnProf.
Dr. Dirk C. Mattfeld m¨ochte ich herzlich fu¨r die U¨bernahme des Vorsitzes der
Promotionskommisiondanken.
Ein weiterer wesentlicher Erfolgsfaktor zum Gelingen der Arbeit ist ganz zwei-
felsfreiimKollegenkreisamLehrstuhlzusuchen.DieguteAtmosph¨areundder
freundschaftliche Umgang am Lehrstuhl hat sich wesentlich auf die erfolgrei-
che Erstellung der Arbeit ausgewirkt. Mein gr¨oßter Dank hierbei gilt Dr. Grit
Walther, fu¨r zahlreiche Diskussionen in der Konzeptphase der Arbeit sowie die
gute Zusammenarbeit bei der Erstellung einer Reihe von Publikationen. Dipl.-
Wirtsch.-Ing. Anne Schatka, Dipl.-Math. Oec. Kerstin Schmidt und Dipl.-Kffr.
JennySteinborndankeichfu¨rdieU¨bernahmel¨astiger(aberleidernotwendiger)
Korrekturlesearbeiten.MeinemBu¨ronachbarnDr.ThomasVollingdankeichfu¨r
zahlreiche fachliche und nicht fachliche Diskussionen sowie fu¨r viele gemeinsa-
me Aktivit¨aten abseits der wissenschaftlichen Arbeit, wie z.B. die regelm¨aßi-
genStadionbesuche.Fu¨rdiesehrangenehmeZusammenarbeitunddiefachlichen
Gespr¨achem¨ochteichmichbeiDipl.-Wirtsch.-Ing.BrittaEngel,Dipl.-Kfm.Ni-
klas Labitzke, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Andr´e Hintsches, Dipl.-Wirtsch.-Ing. Karsten
Kieckh¨afer,Dipl.-Wirtsch.-Ing.J¨orgWansart,Dipl.-Wirtsch.-Inf.MatthiasWich-
mannundDipl.-Wirtsch.-Ing.KaiWitteksowiebeiden ehemaligen“ Dipl.-Oek.
”
GrischaMeyer,Dr.DoloresQueiruga,Dr.StefanRehkopf,Dr.MarcusSchr¨oter
und Dr. Wiebke St¨olting bedanken. Daru¨ber hinaus m¨ochte ich mich bei Frau
BirgitHauptfu¨rihreUnterstu¨tzungbeiallenadministrativenAufgabenbedan-
ken.
Weiterhinm¨ochteichmichbeiallenstudentischenMitarbeiternsowieDiploman-
denfu¨rderUnterstu¨tzungmeinerArbeitbedanken.StellvertretendseihierDipl.-
viii
Wirtsch.-Inf.NataliaBu¨hmannfu¨rdieUnterstu¨tzungbeidersoftwaretechnischen
Umsetzunggedankt.
Mein ganz besonderer Dank an dieser Stelle gilt meinen Eltern, die mir meine
Ausbildungerm¨oglichtundmichimmeraufmeinemWegunterstu¨tzthaben.Sie
haben somit einen ganz wesentlichen Beitrag zu meinem bisherigen Werdegang
geleistet.
EberhardSchmid
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis xv
Tabellenverzeichnis xix
Symbolverzeichnis xxiii
Abku¨rzungsverzeichnis xxxi
1 Einleitung 1
1.1 AusgangslageundProblemstellung . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 ZielsetzungundVorgehensweise . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
2 Grundlagen und Rahmenbedingungen 5
2.1 DieRollevonRecyclingnetzwerkeninderKreislaufwirtschaft . . . 5
2.2 BegrifflichkeitenundDefinitionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.3 RecyclingnetzwerkealsReverseLogisticsNetzwerke . . . . . . . . 15
2.4 Rahmenbedingungenfu¨rRecyclingnetzwerke . . . . . . . . . . . . 19
2.4.1 RechtlicheRahmenbedingungen . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.4.2 TechnischeRahmenbedingungen . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.4.3 Organisatorischeund¨okonomischeRahmenbedingungen. . 27
2.5 Anforderungen an ein Konzept zur Koordination von Recycling-
netzwerken. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
2.6 EinordnungderProblemstellungindieProduktionswirtschaft . . 32
2.6.1 NetzwerkealsinteragierendeProduktionssysteme . . . . . 32
2.6.2 KoordinationvonNetzwerken . . . . . . . . . . . . . . . . 35
2.6.3 EinordnungindasProduktionsmanagement . . . . . . . . 36
3 Ans¨atze zur Planung und Koordination von Reverse Logistics
Netzwerken 39
3.1 PlanungsproblemeinReverseLogisticsNetzwerken . . . . . . . . 39
3.2 TaktischeundoperativePlanungvonReverseLogisticsAktivit¨aten 41
3.2.1 Ans¨atze zur unternehmensinternen Planung von Reverse
LogisticsAktivit¨aten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
3.2.1.1 PlanungderDemontage . . . . . . . . . . . . . . 41
3.2.1.2 PlanungdermechanischenAufbereitung . . . . . 48
x Inhaltsverzeichnis
3.2.2 Ans¨atzezurunternehmensu¨bergreifendenPlanungvonRe-
verseLogisticsNetzwerken . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
3.3 Ans¨atze zur dezentralen Koordination von (Closed Loop) Supply
Chains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53
3.3.1 KoordinationaufBasisvonKontrakten. . . . . . . . . . . 54
3.3.2 KoordinationmathematischerOptimierungsmodelle . . . . 57
3.3.2.1 HierarchischverteilteEntscheidungsfindung . . . 58
3.3.2.2 UpstreamPlanningundErweiterungen . . . . . . 59
3.3.2.3 IterativeVerfahrenderDekomposition . . . . . . 61
3.3.2.4 AuktionsbasierteVerfahren . . . . . . . . . . . . 68
3.3.2.5 KollaborativesAushandlungsschema . . . . . . . 70
3.3.3 MultiagentenbasierteAns¨atze . . . . . . . . . . . . . . . . 71
3.3.4 KoordinationvonClosedLoopSupplyChains . . . . . . . 72
3.4 EinordnungderArbeitindenwissenschaftlichenKontext . . . . . 73
4 Konzept zur Koordination von Recyclingnetzwerken 75
4.1 U¨berblicku¨berdasKonzept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75
4.2 ModellierungderStoffstromebene . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
4.2.1 RecyclingprozessealsKuppelproduktionsprozesse . . . . . 77
4.2.2 Aktivit¨atsanalytischeModellierungvonRecyclingprozessen 78
4.2.2.1 Grundlagen der Modellierung von Recyclingpro-
zessenaufBasisderAktivit¨atsanalyse . . . . . . 79
4.2.2.2 Stoffstrommodellfu¨rRecyclingnetzwerke . . . . . 81
4.3 ModellierungdesZielsystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
4.3.1 ZielsystemderRecyclingunternehmen. . . . . . . . . . . . 89
4.3.2 ZielsystemdesfokalenUnternehmens . . . . . . . . . . . . 91
4.4 Informationssituation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 92
4.5 KoordinationsebeneninRecyclingnetzwerken. . . . . . . . . . . . 93
4.5.1 Grundlegende Strukturierungselemente der hierarchischen
Planung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
4.5.2 IdentifikationvonKoordinationsebenen . . . . . . . . . . . 95
4.5.3 Taktische Koordination - Hierarchische Aushandlung von
Rahmenvertr¨agen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
4.5.3.1 Rahmenbedingungenfu¨rdietaktischeKoordination 99
4.5.3.2 Konzeptionelle Entwicklung eines Mechanismus
fu¨rdietaktischeKoordination . . . . . . . . . . . 99
4.5.4 M¨oglichkeitenzuroperativenKoordinationvonRecycling-
netzwerken . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103
5 Aushandlungsmechanismus zur taktischen Koordination von
Recyclingnetzwerken 107
5.1 ElementeeinesAushandlungsverfahrens. . . . . . . . . . . . . . . 107