Um im Wettbewerb bestehen und langfristig Gewinne maximieren zu können, streben Unternehmen u. a. nach einer Minimierung der Kosten, was beispielsweise durch eine Beschleunigung von Abläufen gefördert werden kann. In der vorliegenden Arbeit werden diesbezügliche Optimierungsmöglichkeiten in der Layoutplanung betrachtet und computergestützte Lösungsverfahren entwickelt. Die Layoutplanung, auch als innerbetriebliche Standortplanung bezeichnet, beschäftigt sich u. a. mit der Aufgabe, eine für den Produktionsprozess günstige Anordnung von Maschinen innerhalb einer Fertigungshalle zu bestimmen. Dabei können Kosten-, aber auch Zeitziele im Fokus der Betrachtung stehen.
Die Layoutplanung1 beschäftigt sich mit der Frage nach einer günstigen Platzierung von Organisationseinheiten (OE) auf einem Standortträger. Letzterer wird als räumlich eng umgrenzt angenommen, wie etwa ein Betriebsgelände. Somit ist die Layoutplanung abzugrenzen von der betrieblichen Standortplanung, welche die geografische Platzierung des Betriebsstandorts (oder von mehreren räumlich getrennten Betriebseinrichtungen, wie Lagerstandorten und Produktion) abhängig von der Infrastruktur sowie den Kunden- und Lieferantenstandorten betrachtet.
Eine große Herausforderung für Verfahren der Layoutplanung ist es, eine günstige Form der Speicherung von Layouts zu finden. Das vorliegende Kapitel stellt das Konzept der Slicing Trees (ST) detailliert vor, welches geeignet ist, um Anordnungen von OE darzustellen. Dieses Konzept wurde im VLSI-Design erfolgreich verwendet, um die Platzierung von funktionalen Einheiten auf einem Mikroprozessor zu planen, wobei meist eine Minimierung des Flächenbedarfs angestrebt wurde.17 Wie ST in der Layoutplanung genutzt werden können, ist Inhalt dieses Kapitels. Weiterhin werden die Vor- und Nachteile des Konzepts sowie Möglichkeiten zur Vermeidung der Nachteile besprochen.
Dieses Kapitel präsentiert gemischt-ganzzahlige Modellierungen (MILP) des Layoutplanungsproblems. Zunächst werden selbst entwickelte, auf der Slicing Tree-Repräsentation basierende Modelle vorgestellt. Anschließend wird eine der Literatur entnommene, non-slicing Formulierung vorgestellt.
Exakte Verfahren, die im vorigen Kapitel vorgestellt wurden, sind nicht in der Lage praxisrelevante Problemgrößen zu behandeln. Deswegen ist der Einsatz von leistungsfähigen heuristischen Verfahren notwendig. In diesem Kapitel wird ein als STaTS60 bezeichnetes Tabu-Search-Verfahren vorgestellt, in welchem ST zur Repräsentation der Layouts genutzt werden. Ein Zeitschriftenaufsatz dazu wurde bereits im European Journal of Operational Research veröffentlicht, siehe Scholz et al. (2009). Durch kleine Änderungen am ST wird iterativ nach verbesserten Layouts gesucht. Hauptziel ist die Minimierung der Transportkosten entsprechend Zielfunktion (2.1). Dabei sollen die Vorgaben bezüglich der OE-Abmessungen stets eingehalten werden.
Im vorangegangenen Kapitel wurden günstige Slicing Layouts ermittelt. Ist diese Slicing Eigenschaft jedoch nicht nötig bzw. vorausgesetzt, so können durch den vergrößerten Lösungsraum eventuell bessere Zielfunktionswerte erzielt werden. Im vorliegenden Kapitel wird ein Verfahren präsentiert, welches Layouts weiter verbessern kann, die z. B. mit dem STaTS-Verfahren aus Kapitel 5 erstellt wurden.
Die praktische Anwendbarkeit und Leistungsfähigkeit der vorgestellten Modelle soll in diesem Kapitel demonstriert werden. Dazu wird eine Layoutplanung für einen Betrieb durchgeführt, welcher Formteile und Dichtungselemente aus Schaumstoffen fertigt. Es wird auf das in Kapitel 5 vorgestellte STaTS-Lösungsverfahren zurückgegriffen und Erweiterungen daran vorgenommen, um in der Praxis auftretende Restriktionen abbilden zu können. Zu dem hier vorgestellten Verfahren wurde ein Zeitschriftenaufsatz im European Journal of Operational Research veröffentlicht, siehe Scholz et al. (2010).
Diese Arbeit liefert einen Überblick zu verschiedenen Modellierungen des Layoutplanungsproblems, welche innerhalb der letzten Dekaden vorgestellt wurden. Es werden verschiedene Lösungsverfahren zur Layoutplanung entwickelt, die mehrheitlich auf der ST-Modellierung beruhen. Dies sind zum einen exakte und zum anderen heuristische Verfahren. Für eine Anwendung in der Praxis sind insbesondere letztere von hoher Relevanz. Generell muss bei der Entwicklung von Layoutplanungsmodellen und den zugehörigen Lösungsverfahren stets im Fokus stehen, dass praxistaugliche Ergebnisse erzielt werden können. Im Gegensatz zu früheren Modellen ermöglicht dies die ST-Modellierung zusammen mit dem BC-Verfahren oder der gemischtganzzahligen Modellierung zur Layoutberechnung. Sie lässt die gleichzeitige Berücksichtigung von OE mit unterschiedlichen Größen und Abmessungsrestriktionen sowie das Einbeziehen von Leerflächen im Layout zu. Auf dieser Grundlage konnten weitere Restriktionen, die sich aus der betrieblichen Praxis ergeben, einbezogen werden.
