Was ist eine Materialflussmatrix?

Die Materiallfussmatrix stellt Transport-Prozesse für Material in der Produktion computerlesbar dar und ist damit eine wichtige Grundlage für die Planung der Logistik.

Die Materialflussmatrix (auch: Transport-, Fluss- oder Intensitätsmatrix) zählt zu den bekanntesten und nicht zuletzt einfachsten formalen Modellen zur Darstellung logistischer Prozesse in produzierenden Unternehmen. Folgendes wird darin erfasst:

  • Quellen und Senken für den Materialfluss: Damit sind in der Logistik die Orte (Ressourcen) gemeint, von denen Material abtransportiert wird (Quellen) und/oder die mit Material versorgt werden (Senken). Quellen und Senken finden sich in Form von Lagern, Maschinen oder Arbeitsplätzen. Diese müssen in einem Fabriklayout positioniert werden. Darum nennt man sie in der Layoutplanung „Anordnungsobjekte“, welche zusammen ein oder mehrere Flusssysteme bilden. Die meisten Anordnungsobjekte sind sowohl Quelle als auch Senke. Die anderen gelten als Randelemente des Flusssystems (z. B. Wareneingang und Warenausgang einer Fabrik).
  • Fluss- oder Transportintensität: Diese Größe beschreibt, wie häufig Transporte in einer Zeiteinheit von einer Quelle zu einer Senke erfolgen. Das soll den Aufwand für die Logistik darstellen. Tatsächlich erfasst man damit aber nur eine Dimension des Transportaufwands. Die zweite Dimension ist die Entfernung zwischen Quelle und Senke. Diese wird in der Materialfluss-Matrix nicht betrachtet.

Was bedeutet Transportintensität?

Lesen Sie hierzu den Blogbeitrag:

Materialflussanalyse in zwei Dimensionen

Aufbau der Materialflussmatrix

Die Materialfluss- bzw. Transportmatrix ist ein tabellarisches Materialflussschema. Alle am Materialfluss beteiligten Anordnungsobjekte sind in der jeweils ersten Spalte und Zeile der Tabelle einzutragen. Das erste Tabellenfeld (oben links) bleibt frei. Zur besseren Orientierung kann man darin die Leserichtung von Quelle nach Senke kennzeichnen. Die vom ersten Feld ausgehende Matrixdiagonale wird gesperrt. In die verbleibenden Felder kommen die Transportintensitäten.

Materialflussmatrix am Beispiel einer Transportintensitätsmatrix
Beispiel einer Materialflussmatrix

I. d. R. wird die erste Spalte für die Quellen benutzt, die erste Zeile für die Senken. Es entsteht eine VON-NACH-Matrix. Im hier gezeigten Beispiel wird der von Objekt A abgehende Transport nach Objekt 1 in seiner Intensität von 0,9 oberhalb der Diagonalen im Schnittpunkt der Matrixachsen von A und 1 eingetragen. Gäbe es Gegentransport von 1 nach A, so würde dieser unterhalb der Diagonalen eingetragen. So ist die Richtung des Materialflusses erkennbar.

Nutzen der Materialflussmatrix für die Planung

Algorithmen können aus der Matrixstruktur erkennen, ob die resultierenden Flusssysteme linear oder vernetzt sind. Dies ist entscheidend dafür, nach welcher Strategie die Objekte im Produktionslayout zueinander angeordnet werden müssen.

Für die Anordnungsoptimierung vernetzter Flusssysteme spielt die Richtung der Material-Bewegungen beispielsweise eine untergeordnete Rolle. Hierzu werden obere und untere Dreiecksmatrix zusammengefasst, man spricht dann von einer ungerichteten Transportmatrix. Die Matrixfelder enthalten dann die Intensität der gesamten Flussbeziehung, anstelle der Intensität des gerichteten Transports.

Für lineare Flusssysteme dagegen ist die Richtung im Materialfluss ausschlaggebend für die optimale Anordnung der beteiligten Ressourcen im Fluss. Für viele produzierende Unternehmen gilt das Gestalten linearer Strukturen für die gesamte Supply Chain sogar als wesentliches Ziel zur Vereinfachung der Prozesse in der Logistik.

Von daher ist das Aufstellen einer Materialfluss-Matrix insbesondere für die Analyse des IST-Zustandes bedeutsam. Als Intensitätsmaß wird dabei die Anzahl Transporte genutzt. Diese werden zwischen definierten Bereichen mit Quell- oder Senkenfunktion gezählt und im Materialflussschema erfasst. Hierbei können Tracking-Systeme helfen, die eine Materialfluss-Matrix direkt als Ausgabeformat für Excel anbieten. Aber auch aus einem ERP-System heraus lässt sich diese einfache Form der Abbildung von Materialflüssen mit etwas Know-how ableiten. Spezialisierte Dienstleister für Fabrikplanung erarbeiten so nicht selten eine erste quantitative Basis für die Layoutplanung.

Vorteile und Nachteile

Ein wesentlicher Vorteil dieser Materialfluss-Darstellung ist ihre einfache Form. Damit ist sie leicht zu erstellen und gut mit Software zu verarbeiten. Darüber hinaus ist sie Grundlage von Heuristiken zur Planung von Fabrikstrukturen, z. B. für das modifizierte Dreiecksverfahren nach Schmigalla.

Nachteilig ist der hohe Abstraktionsgrad. So sind z. B. Flussdiagramme wie das Sankey-Diagramm deutlich anschaulicher und beinhalten dabei die gleichen Informationen zum Materialfluss. Dies ist jedoch heute als nachrangig einzuschätzen. Denn ihre praktische Bedeutung zur Veranschaulichung der Prozesse in der Logistik haben Flussdiagramme weitgehend zu Gunsten grafischer Software-Systeme verloren. Solche Software kann den Materialfluss layoutbezogen darstellen und erlaubt zielgerichtete Analysen zur Materialflussplanung. Die Materialfluss- bzw. Transportmatrix erfreut sich darum heutzutage bei der Planung von Materialfluss und Logistik insbesondere als Austauschformat an Excel-Schnittstellen großer Beliebtheit.

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Thomas Weber
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