Adaptive Steuerung flexibler Werkstattfertigungssysteme (eBook)

Nutzung moderner Informations- und Kommunikationstechnologien zur effizienten Produktionssteuerung unter Echtzeitbedingungen

Thomas van Brackel (Autor)

eBook Download: PDF

2009 | 2009
XXII, 285 Seiten
Betriebswirtschaftlicher Verlag Gabler
978-3-8349-8066-3 (ISBN)

Infos

Thomas van Brackel entwickelt ein umfangreiches und realitätsnahes Modell zur Steuerung von Werkstattfertigungssystemen. Die Effizienz der für dieses kombinatorische Optimierungsproblem entwickelten sequentiellen und parallelen Verfahren wird in einer Simulationsstudie auf der Basis eines echtzeitfähigen Steuerungskonzeptes auf verteilten Systemen untersucht.

Dr. Thomas van Brackel war wissenschaftlicher Mitarbeiter bei Prof. Dr. Otto Rosenberg am Lehrstuhl für Betriebswirtschaftslehre insbes. Produktionswirtschaft an der Universität Paderborn. Er ist als SAP-Unternehmensberater im Bereich Energiewirtschaft tätig.

Inhalt

Geleitwort 6
Vorwort 7
Inhaltsverzeichnis 8
Abbildungsverzeichnis 14
Tabellenverzeichnis 16
Symbolverzeichnis 19
Kapitel 1 Einleitung 21
Kapitel 2 Steuerung von Werkstattfertigungssystemen 24
2.1 Produktion als Input/Output-System 25
2.2 Produktionsplanung und -steuerung aus Sicht der Betriebswirtschaftslehre 26
2.2.1 Betriebswirtschaftliche Zielgrößen 26
2.2.2 Betriebswirtschaftliche Planungsmodelle 27
2.3 Klassifizierung von Fertigungssystemen 31
2.3.1 Fließfertigung 33
2.3.2 Werkstattfertigung 33
2.3.3 Zentrenfertigung 34
2.3.4 Flexible Fertigungskonzepte 34
2.3.5 Fazit 36
2.4 Systeme zur Produktionsplanung und -steuerung 36
2.4.1 Aufbau von Systemen zur Produktionsplanung und - steuerung 37
2.4.2 Aufgaben von Systemen zur Produktionsplanung und - steuerung 37
2.4.3 Schwachstellen der betrachteten Systeme zur Produktionsplanung und - steuerung 44
2.5 Störungsmanagement 45
2.5.1 Definition und Klassifizierung von St ¨ orungen 46
2.5.2 Aufgaben des St ¨ orungsmanagements 47
2.5.3 Maßnahmen in der Produktionsplanung 49
2.5.4 Maßnahmen in der Produktionssteuerung 50
2.6 Fazit 53
Kapitel 3 Modelle und Lösungsansätze zur Steuerung 54
3.1 Klassifizierung von Modellen zum Scheduling und Rescheduling 54
3.1.1 Definition von Scheduling und Rescheduling 55
3.1.2 Planungsumgebung 55
3.1.3 Strategien zur Steuerung 56
3.1.4 Grundsätze des Rescheduling 59
3.1.5 Methoden zum Rescheduling 60
3.2 Allgemeine Lösungsansätze 62
3.2.1 Exakte Verfahren 64
3.2.2 Prioritätsregeln 66
3.2.3 Heuristische Eröffnungsverfahren 66
3.2.4 Heuristische Verbesserungsverfahren 67
3.3 Verfahren zur Reihenfolgeplanung 74
3.3.1 Simulated Annealing Ansätze 76
3.3.2 Ein schnelles Tabu Search Verfahren 77
3.3.3 Genetische Algorithmen 78
3.3.4 Das Shifting Bottleneck Verfahren 80
3.3.5 Verbesserte Lösungsansätze zur heuristischen Suche 81
3.3.6 Parallele Lösungsverfahren 91
3.3.7 Modelle mit anderen Zielsetzungen 92
3.4 Erweiterte Modelle 93
3.4.1 Modelle mit parallelen Maschinen 94
3.4.2 Modelle mit integrierten Aspekten der Losgr ¨ oßenplanung 106
3.4.3 Modelle mit Lagerhaltung und Transportaspekten 111
3.5 Modelle mit Rescheduling 113
3.5.1 Reaktive Modelle 114
3.5.2 Pr ¨ adikatives/ reaktives Scheduling 117
3.5.3 Proaktive oder robuste Modelle 127
3.6 Fazit zu Lösungsverfahren 135
3.7 Fazit zu Rescheduling-Ansätzen 137
Kapitel 4 Neues Modell zur adaptiven Steuerung 138
4.1 Annahmen über die Problemstruktur 139
4.1.1 Produktionsprogramm 139
4.1.2 Integration von Aspekten der Losgrößenplanung 140
4.1.3 Flexible Produktionsstruktur 141
4.1.4 Lagerung 142
4.1.5 Transport 142
4.1.6 Bearbeitung und Weitertransport von Losen 143
4.1.7 Dynamischer Produktionsablauf 145
4.1.8 Bewertung einer Lösung / Zielkriterien 147
4.2 Parameter 149
4.2.1 Produktionsprogramm 149
4.2.2 Integration von Aspekten der Losgrößenplanung 150
4.2.3 Flexible Produktionsstruktur 153
4.2.4 Transport 156
4.2.5 Dynamischer Produktionsablauf 157
4.2.6 Kosten im Fertigungssystem 160
4.3 Variablen des Modells 162
4.4 Nebenbedingungen 163
4.4.1 Bündelung von Losen 163
4.4.2 Zuordnung von Losen zu Maschinen 164
4.4.3 Transitivität der Losreihenfolge 164
4.4.4 Interdependenzen zwischen den Variablenklassen 166
4.4.5 Berechnung der Bearbeitungszeitpunkte 168
4.4.6 Produktartbeschränkungen 176
4.4.7 Wertebereich der Variablen 177
4.5 Zielfunktion 178
4.5.1 Produktionskosten 178
4.5.2 Rüstkosten 178
4.5.3 Lagerkosten 179
4.5.4 Transportkosten 180
4.5.5 Terminabweichungskosten 181
4.6 Kritische Beurteilung des Modells 182
Kapitel 5 Konzept zur Steuerung 184
5.1 Merkmale des benutzten Konzepts 184
5.2 Realisierung 187
5.2.1 Simulation des Produktionsablaufs 187
5.2.2 Einfache Anpassung durch Prioritätsregel 196
5.2.3 Zeitlimitbasierter Ansatz 197
5.2.4 Kontinuierliche Optimierung 198
Kapitel 6 Sequentielle und parallele Algorithmen für das neue Modell 201
6.1 Erzeugung der Probleminstanzen 202
6.1.1 Daten zu den Produktarten 202
6.1.2 Daten zu den Aufträgen 203
6.1.3 Daten zu den Losen 203
6.1.4 Daten zu den Zentren 204
6.1.5 Daten zu den Maschinen 204
6.1.6 Daten zu den Transportmitteln 205
6.1.7 Anpassung der Lieferterminzeitfenster 205
6.2 Eröffnungsverfahren 206
6.2.1 Kombiniertes Verfahren zur Berechnung der Startlösung 208
6.3 Verbesserungsverfahren 209
6.3.1 Verfahren zur Loszuordnung 211
6.3.2 Verfahren zur Losreihenfolge 213
6.3.3 Optimierung der Loszusammenfassung 218
6.3.4 Beschreibung des Meta-Solvers 218
6.4 Parallelisierung der Verfahren 220
6.4.1 Massiv parallele und verteilte Systeme 220
6.4.2 Kriterien zur Klassifizierung 222
6.4.3 Gewählte Ansätze zur Parallelisierung 223
Kapitel 7 Analyse und exemplarische Validierung der neuen Algorithmen 230
7.1 Vortests 231
7.1.1 Problemgr ¨ oße und Komplexit¨ at 231
7.1.2 Bestimmung der Position der Zeitfenster 233
7.1.3 Bestimmung der Gr ¨ oße der Zeitfenster 234
7.1.4 Kosten der Startl ¨ osung 235
7.2 Analyse der sequentiellen Algorithmen 237
7.2.1 Bewertung der Er ¨ offnungsverfahren 237
7.2.2 Vergleich der Verbesserungsverfahren 241
7.3 Analyse der parallelen Algorithmen 250
7.3.1 Test mit statischer Gruppengr ¨ oße 251
7.3.2 Test mit dynamischer Gruppengr ¨ oße 252
7.3.3 Effizienz des parallelen Verfahrens 254
7.4 Exemplarische Validierung 257
7.4.1 Vergleich der drei Ans ¨ atze untereinander 257
7.4.2 Vergleich mit einem allwissenden Gegner 261
Kapitel 8 Zusammenfassung und Ausblick 265
Literaturverzeichnis 268
Anhang A Tabellen und Abbildungen 288
A.1 Abbildungen zum Steuerungskonzept und Algo-rithmen 288
A.2 Ergänzende Tabellen zur Validierung 292

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 21.11.2009
• Reihe/Serie: Schriften zur quantitativen Betriebswirtschaftslehre
• Vorwort: Prof. Dr. Otto Rosenberg
• Zusatzinfo: XXII, 285 S.
• Verlagsort: Wiesbaden
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Wirtschaft ► Betriebswirtschaft / Management ► Logistik / Produktion
• Themenwelt: Wirtschaft ► Betriebswirtschaft / Management ► Unternehmensführung / Management
• Schlagworte: Flexibilität • Optimierung • Optimierungsproblem • Produktion • Simulationsstudie • Steuerungskonzept
• ISBN-10: 3-8349-8066-8 / 3834980668
• ISBN-13: 978-3-8349-8066-3 / 9783834980663