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2016 | Book

Ablaufplanung mit alternativen Prozessplänen

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Kai Watermeyer entwickelt ein gemischt-ganzzahliges lineares Programm als Basis zur exakten Lösung der Ablaufplanung mit vollständiger Flexibilität, d.h. der vollständigen Integration der Prozess- und Ablaufplanung eines Produktionsunternehmens. Die Performance dieses Programms in Bezug auf die Bestimmung des frühestmöglichen Fertigstellungszeitpunkts aller einzuplanenden Aufträge bewertet der Autor anhand von Testinstanzen. Er entwickelt ein Verfahren zur Überführung der Ablaufplanung mit vollständiger Flexibilität in ein Projektplanungsproblem mit multiplen Ausführungsmodi. Die notwendige Flexibilisierung von Produktionssystemen und die Ausnutzung der geschaffenen Potentiale z.B. durch die Anschaffung von Universalmaschinen oder die Mehrfach-Qualifizierung von Mitarbeitern erfordern Planungssysteme, die alternative Prozesspläne in die Ablaufplanung einbinden. In dieser Arbeit wird ein mathematisches Programm zu dieser Problemstellung entwickelt.

Table of Contents

Frontmatter
1. Einleitung
Zusammenfassung
Die Fertigungsabläufe eines Produktionsunternehmens werden innerhalb der Arbeitsvorbereitung durch die Prozess- und Ablaufplanung bestimmt. Die Zielerreichung eines produzierenden Unternehmens wird daher maßgeblich durch die Prozess- und Ablaufplanung beeinflusst. In den meisten Unternehmen werden diese Planungsschritte sukzessiv in voneinander getrennten Abteilungen ausgeführt. Dadurch werden jedoch positive Effekte auf die Zielerreichung des Unternehmens, die sich aus der zeitgleichen Planungsausführung ergeben würden, vernachlässigt.
Kai Watermeyer
2. Grundlagen der Prozess- und Ablaufplanung
Zusammenfassung
Zur Einführung in das Themengebiet der integrierten Prozess- und Ablaufplanung werden beide Aufgabenbereiche zunächst bei angenommener sukzessiver Ausführung betrachtet. Dazu werden die Planungsschritte jeweils in den Produktionsplanungsprozess eingeordnet und auf deren Aufgaben, Entscheidungskriterien sowie Ergebnisse bei sukzessiver Ausführung eingegangen. Nachfolgend wird die integrierte Prozess- und Ablaufplanung definiert und die vollständig integrierte Prozess- und Ablaufplanung als Kern dieser Arbeit vorgestellt. Verwendete Begriffe der nachfolgenden Arbeit werden dabei vertiefend erläutert.
Kai Watermeyer
3. Modellierung der sukzessiven und integrierten Prozess- und Ablaufplanung
Zusammenfassung
In diesem Abschnitt werden die einzelnen Planungsaufgaben der Ablaufplanung mit vollständiger Flexibilität modelliert. Anschließend wird ein Graph definiert, der die zusätzlichen Planungsentscheidungen der Operationsfolgeermittlung und Maschinenzuordnung zu jedem Fertigungsauftrag neben der Bestimmung der Bearbeitungsreihenfolge und Terminierung aller Operationen auf den Maschinen des Produktionssystems abbildet. Zur Einordnung der in den darauffolgenden Abschnitten behandelten Problemformulierungen wird im letzten Abschnitt auf Unterscheidungsmerkmale der Modelle zur Ablaufplanung mit vollständiger Flexibilität eingegangen.
Kai Watermeyer
4. Gemischt-ganzzahlige lineare Programme der Ablaufplanung mit vollständiger Flexibilität als Basis für exakte Verfahren
Zusammenfassung
In den nachfolgenden Abschnitten werden gemischt-ganzzahlige lineare Programme (MILP) (engl. Mixed Integer Linear Program) für die Ablaufplanung mit vollständiger Flexibilität vorgestellt. MILPs werden durch reellwertige und ganzzahlige Entscheidungsvariablen, lineare Nebenbedingungen sowie einer bzgl. der Entscheidungsvariablen linearen Zielfunktion formuliert (vgl. Neumann und Morlock 2002, S. 35, 381).
Kai Watermeyer
5. Metaheuristiken der Ablaufplanung mit vollständiger Flexibilität
Zusammenfassung
In Abschnitt 4 wurden zunächst gemischt-ganzzahlige (binäre) lineare Programme als Grundlage für die exakte Lösung der Ablaufplanung mit vollständiger Flexibilität vorgestellt. Aufgrund der NP-schwere des Problems (vgl. Geyik und Dosdoğru 2013, S. 1631) und der damit verbundenen Annahme, dass kein exaktes Verfahren mit geringerem als exponentiellem Rechenaufwand existiert, sind lediglich kleine Instanzen innerhalb einer vertretbaren Zeitspanne exakt lösbar. Dies geht auch aus der Performance-Analyse aus Abschnitt 4.3 hervor, in der beide Formulierungen zum Basismodell bereits bei zwanzig Aufträgen innerhalb einer Stunde keine optimalen Werte mehr bestimmen konnten.
Kai Watermeyer
6. Überführung in ein Projektplanungsproblem als Ausblick
Zusammenfassung
Probleme der Ablauf- bzw. Maschinenbelegungsplanung können allgemein als Projektplanungsprobleme formuliert werden. Die in Abschnitt 3 behandelten Modellierungen der sukzessiven (JSP) und teilweise integrierten Ablaufplanung (FJSP und FJSPseq) lassen sich beispielsweise durch das in der Literatur umfassend behandelte Resource-Constrained Project Scheduling Problem (RCPSP) sowie durch eine Erweiterung um alternative Ausführungsmodi, dem Multi-Mode-RCPSP (MRCPSP), formulieren.
Kai Watermeyer
7. Schlussbetrachtung
Zusammenfassung
Der erste Teil dieser Arbeit stellt die Prozess- und Ablaufplanung als entscheidende Planungsschritte zur Bestimmung der Fertigungsabläufe eines Produktionsunternehmens vor. Zur Einführung in das Themengebiet der integrierten Prozess- und Ablaufplanung werden die Aufgaben der einzelnen Planungsschritte zunächst bei sukzessiver Ausführung betrachtet. Hierbei legt die termin- und auftragsneutrale Prozessplanung im ersten Schritt die Operationsfolgen und die zu durchlaufenden Bearbeitungsstationen aller Fertigungsaufträge fest. Die Operationsbearbeitungsreihenfolgen und Bearbeitungszeitpunkte aller einzuplanenden Fertigungsaufträge auf den Bearbeitungsstationen des Produktionssystems werden in der darauffolgenden Ablaufplanung bestimmt.
Kai Watermeyer
Backmatter
Metadata
Title
Ablaufplanung mit alternativen Prozessplänen
Author
Kai Watermeyer
Copyright Year
2016
Electronic ISBN
978-3-658-12093-1
Print ISBN
978-3-658-12092-4
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-658-12093-1