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2017 | Buch

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Produktionstheorie 3

Dynamische Konstruktionen

verfasst von: Wilhelm Dangelmaier

Verlag: Springer Berlin Heidelberg

Buchreihe : VDI-Buch

Enthalten in: Springer Professional "Wirtschaft+Technik" , Springer Professional "Technik" , Springer Professional "Wirtschaft"

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Über dieses Buch

In dem mehrbändigen Werk zur „Produktionstheorie“ sollen erstmalig die heute aus der Praxis geborenen Produktionsmodelle und -verfahren mathematisch begründet hergeleitet und so auch der Produktionswirtschaft eine wissenschaftliche Grundlage gegeben werden. Dem „wir haben unser Unternehmen halt so organisiert und das hat sich bewährt“ soll eine konstruktivistische Sicht beiseite gestellt und so die vielen deskriptiv angelegten „Fabrikbetriebslehren“ abgelöst werden.
Band 3 behandelt Produktionsabläufe in der Zeit. Ordinale und kardinale Zeitmengen führen zur systemtheoretisch verankerten Definition eines Prozesses am Produktionspunkt und den möglichen Prozess- und Zustandsverständnissen. Ein Hauptpunkt ist hier die Herleitung des in der Serienfertigung verbreiteten Denkens in Fortschrittszahlen. Ausgehend von der Basisform einer zeitbasierten Produktion werden effiziente dynamische Ereignisse und Prozesse aufbereitet. Damit sind die Grundlagen für die Zustandsdarstellung eines allgemeinen Zeitsystems und die Anwendung von Sequentialmaschinen geschaffen. Zeitinvariante Zeitsysteme und stochastische Produktionen sind Grundlage einer robusten Produktion. Eine ideale Symbiose finden Produktionspunkt und Zeitsystem in der Anwendung endlicher Automaten: Eine endliche Anzahl von Zuständen führt zusammen mit einer begrenzten Menge von Eingaben zu einer zustandsgetriebenen Produktion – eine der wesentlichen Voraussetzungen zur Realisierung von Industrie 4.0.

Inhaltsverzeichnis

Frontmatter

Chapter 1. Ordinale Zeitmengen

Abstrakt

Wir legen Ereignisse zugrunde, die beobachtbar sind und geordnet werden können, aber keine Anforderungen hinsichtlich Reproduzierbarkeit und Periodizität erfüllen. In der Regel werden das Ereignisse sein, die ausschließlich innerhalb des betrachteten Produktionssystems beobachtet werden - endogene, reale Ereignisse, die nur mit beschränkter Aussage in die Umwelt transportiert werden können; „Der 87. Takt in Montagelinie 13“ ist für einen Zulieferanten keine Aussage, nach der er sich richten kann, auch wenn sich der 87. Takt vor dem 88. Takt ereignet. Also betrachten wir reale, empirisch erfahrbare Ereignisse in einem Produktionssystem und beschreiben deren Auftreten und Reihenfolge. Das ist möglicherweise die mit einem Erfassungsgerät protokollierte Sequenz von Ereignissen. Eine Planung im Sinne eines Produktionsplanungs- und Steuerungs-Systems und die Koordination von zukünftigen Ereignissen ist so vor allem im Zusammenspiel mit der Umwelt nicht möglich und auch nicht beabsichtigt. Die dazu notwendige vollständige Ordnung werden wir schon deswegen nicht mit ordinalen Zeitmengen leisten können, weil nicht alle handelnden Subjekte dieselbe Ereignismenge beobachten können. „Nach dem 87. Takt und vor dem 88. Takt haben wir die Hupe für die Mittagspause gehört“ ist eine vollständige Ordnung nur für die Menschen, die das Montageband beobachten und die Hupe hören können.

Wilhelm Dangelmaier

Chapter 2. Kardinale Zeitmengen

Abstrakt

Eine ordinale Zeitmenge stellt für die von einem Beobachter beobachteten Ereignisse eine vollständige Ordnung her. Wenn dieser Beobachter die begründete Vermutung hat, dass die Abstände zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ereignissen nicht gleich sind, er aber über keine geeigneten Hilfsmittel verfügt, diese Abstände quantifizieren und vergleichen zu können, dann bleibt die vergleichende Bewertung des Werteverzehrs der einzelnen Transformationen nur unbefriedigend gelöst.

Also führen wir hier Konstrukte ein, mit denen wir Zeitabstände - vergleichbar zu Länge, Masse und Temperatur - messen können. Wenn wir diese Konstrukte - wie die Temperatur - auf eine allgemein beobachtbare Basis stellen, dann können wir Produktionskalender vereinbaren, die die Ereignisse in einem Produktionsbereich in eine vollständige Ordnung bringen, und andererseits Zeitabstände in einem mit einer reellen Zahl ausdrückbaren Verhältnis vergleichen. Und wenn die zugrundegelegte Basis auch für andere Produktionskalender gilt, dann können auch die Ereignisse dort mit den eigenen in eine Relation gebracht werden.

Wilhelm Dangelmaier

Chapter 3. Dynamische Produktionspunkte

Abstrakt

Wie in Bd. 2, Statische Konstruktionen beobachten wir hier einen Produktionspunkt und behandeln die eingehenden Faktoren als Input und die ausgelösten Transformationen als Output (bzw. umgekehrt am Ende-Produktionspunkt). Wieder stehen uns zunächst keine externen Maßstäbe zur Verfügung: Wir haben kein Maßband, um Draht der Länge 2,80 m abzumessen, aber auch keine Uhr, um „pünktlich“ die Pause einzuhalten. Also sind unsere Aussagen zunächst wieder nur Mengenaussagen: „Für die Montage eines Fahrrades braucht man Rahmen, Räder, Sättel, Klingeln, …“, allerdings ergänzt um Zeitangaben: „… und das in einer bestimmten Reihenfolge, bspw. die Klingel am Schluss“. Erst mit einer weiteren Beobachtung/Erkenntnis ist eine Parametrisierung möglich: „Bei Dunkelheit machen sie keine Kinderräder“ und erst mit weiteren Erkenntnissen ist eine Quantifizierung der Aussagen in einem linearen Zeitsystem möglich.

Wilhelm Dangelmaier

Chapter 4. Eigenschaften dynamischer Produktionspunkte: Zustandsdarstellung, Kausalität und Zeitinvarianz

Abstrakt

Dieses Kapitel bespricht Zustände, die nicht von außen vorgegeben werden und daher für einen Produktionspunkt für immer gültig sind, sondern die das Input-Output-System „Produktionspunkt“ abhängig von seiner Historie für ein Zeitelement selbst einstellt. Also treffen wir Entscheidungen abhängig von einem von Zeitelement zu Zeitelement unterschiedlichen Zustand. Von kausaler Zustandsdarstellung sprechen wir, wenn diese Entscheidungen vom aktuellen Zustand und vom aktuellen Input, nicht aber vom Zustandsverlauf in der Vergangenheit abhängig sind. Das ebnet den Weg zu der in allen Produktionsplanungs- und -steuerungs-Systemen verwendeten Sequentialmaschine: Der Zustand zum Zeitpunkt t+1 berechnet sich aus dem Zustand zum Zeitpunkt t, dem zwischen t und t+1 erfolgten Input sowie den Bedingungen, die zum Zeitelement t allgemein gelten, nicht aber vom Verlauf des Zustandes in der Vergangenheit von t. Also können wir folgern: Neuer Bestand = Alter Bestand + Zugang - Schwund (Bestand, Zugang, Zeitabschnitt).

Zeitinvariante additive Zeitsysteme liegen dann vor, wenn wir den Produktionsprozess zu beliebigen Zeitpunkten aufsetzen können und sich dabei nichts ändert. Das gilt auch für stochastische Produktionen in unlimitierten offenen Wartesystemen.

Wilhelm Dangelmaier

Chapter 5. Endliche Automaten

Abstrakt

Wir befassen uns mit Inputs, Outputs und Zuständen, die von vornherein einen endlichen Wertevorrat besitzen: Das Input-Output-System muss mit einigen (wenigen) Werten auskommen und mit endlichen Mengen operieren. Damit sprechen wir bspw. Rüstreihenfolgen, bestimmte ausgezeichnete Zustände in der Qualitätssicherung oder Prozessparameter bei der Lackierung an. Auch hier spielt der Effizienz-Gedanke die entscheidende Rolle: Auf welche Zustände können wir verzichten, ohne das Verhalten des Input-Output-Systems zu ändern?

Anders als ein von vornherein unendlicher Zustandsraum lässt dessen Beschränkung Bestrebungen sinnvoll erscheinen, endliche Automaten in einfachere Automaten zu zerlegen. Wenn das gelingt, dann haben wir im Umkehrschluss gezeigt, dass ein endlicher Automat mit einem bestimmten Verhalten aus einfacheren Komponenten zusammengesetzt werden kann. Dann macht es auf jeden Fall auch Sinn, derartige Komponenten für die Synthese aus einem Baukasten zu modularisieren.

Wilhelm Dangelmaier

Chapter 6. Dynamische Kopplung von Produktionspunkten

Abstrakt

Wir verknüpfen Produktionsbeginn- und Produktionsendepunkt zu einer Produktionsstufe. Der Zeitverbrauch der Transformation der Produktionsfaktoren in die Produkte hängt von den Produktionsverfahren und der technischen Ausführung der Arbeitssysteme ab. Die Berechnung des Zeitverbrauchs und damit der Zustände/der Bestände wird zusätzlich von der Wahl der Zeiteinheit und der damit verbundenen Strukturierung der Zeitachse geprägt.

Mehrstufige Produktionssysteme erhalten wir wieder, wenn die Produkte der einen Stufe auf der im Produktionsfortschritt folgenden als Verbrauchsfaktoren eingesetzt werden. Auch hier müssen wir nach den Vorschriften des Bestandsübergangs differenzieren.

Wilhelm Dangelmaier

Backmatter

Titel: Produktionstheorie 3
verfasst von: Wilhelm Dangelmaier
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Electronic ISBN: 978-3-662-54919-3
Print ISBN: 978-3-662-54918-6
DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-662-54919-3

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