Planung des Designs flexibler Fertigungssysteme:
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| Format: | Thesis Book |
| Language: | German |
| Published: |
Wiesbaden
Gabler
1995
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| Series: | Betriebswirtschaftliche Forschung zur Unternehmensführung
27 |
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| Online Access: | Inhaltsverzeichnis |
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|---|---|
| adam_text | IX
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis XIV
Tabellenverzeichnis XVII
Abkürzungsverzeichnis XVIII
Symbolverzeichnis XIX
1 Einleitung 1
1.1 Einführung in das Thema 1
1.2 Aufbau der Arbeit 6
2 Das Design flexibler Fertigungssysteme 8
2.1 Der Begriff des flexiblen Fertigungssystems 8
2.1.1 Eine Definition 8
2.1.2 Zahlenmaterial zum Einsatz flexibler Fertigungssysteme 11
2.1.3 Ein Beispiel für ein flexibles Fertigungssystem 14
2.1.4 Vor und Nachteile 17
2.1.5 Ziele 18
2.1.6 Der Begriff der Flexibilität 19
2.1.6.1 Allgemeine Begriffsunterteilung 19
2.1.6.2 Flexibilität eines flexiblen Fertigungssystems 21
2.2 Die Planungsprobleme 23
2.2.1 Planung 23
2.2.2 Die Planungsebenen bei flexiblen Fertigungssystemen 26
2.2.2.1 Die strategische Ebene 27
2.2.2.2 Die Designebene 28
2.2.2.3 Die operative Ebene 29
2.2.2.4 Überblick über die Planungsebenen 30
2.3 Die Designebene 33
2.3.1 Das Planungsvorgehen 33
2.3.2 Das Designproblem 36
2.3.3 Allgemeine Lösungsverfahren 37
X
2.3.3.1 Weniger gebräuchliche Verfahren 3g
2.3.3.2 Deterministische Optimierungsverfahren 41
2.3.3.3 Warteschlangenverfahren 42
2.3.3.4 Kritik 46
2.3.4 Anwendung auf das Designproblem 46
2.4 Der geeignete Modelltyp und darauf basierende Verfahren 47
2.4.1 Die Planungsdaten 47
2.4.1.1 Die Teile 47
2.4.1.2 Die Maschinen ja
2.4.2 Der geeignete Modelltyp 50
2.4.3 Warteschlangenverfahren in der Literatur 51
2.4.3.1 Bewertende Verfahren 51
2.4.3.2 Erweiterungen 55
2.4.3.3 Optimierungsansätze 57
2.4.3.4 Beurteilung der vorgestellten Verfahren 58
2.5 Entwicklung eines neuen Verfahrens 61
2.5.1 Das Planungsvorgehen 6l
2.5.2 Die zugrundeliegenden Daten 63
2.5.3 Das Modell.... ,.
64
2.5.4 Das Bewertungsverfahren 66
2.5.4.1 Das Bewertungsmaß 66
2.5.4.2 Das Verfahren 67
2.5.5 Das Optimierungsverfahren 68
2.5.5.1 Die Entscheidungsvariablen 68
2.5.5.2 Die Zielfunktion 68
2.5.5.3 Die Nebenbedingungen 69
2.6 Weiteres Vorgehen 3 Die Bewertung von Systemkonfigurationen 72
3.1 Ein offenes Warteschlangennetzwerk 72
3.1.1 Eine Bedienungsstation 72
3.1.2 Zusammensetzen von Bedienungsstationen zu einem Netzwerk 74
3.1.3 Ein stochastischer Prozeß 75
3.1.4 Verteilungen, der Variationskoeffizient und die Auslastung...................... 80
3.1.5 Poisson Prozesse 82
3.1.6 Die festzulegenden Faktoren .84
XI
3.2 Darstellung als ein Warteschlangennetzwerk 86
3.2.1 Die Eingabedaten 86
3.2.1.1 Die Teile 86
3.2.1.2 Die Maschinen 87
3.2.1.3 Die Ankunftsströme der Teile 88
3.2.2 Die Bedienungszeiten 91
3.2.2.1 Die Verteilung der Bearbeitungszeit 91
3.2.2.2 Die Bedienungszeit an den verschiedenen Maschinen 94
3.2.3 Die Übergangswahrscheinlichkeiten 97
3.2.3.1 Die Wahl der Übergangswahrscheinlichkeiten 98
3.2.3.2 Die Bearbeitungskosten 100
3.2.3.3 Die Bezeichnungen der Übergangswahrscheinlichkeiten 101
3.2.3.4 Die Berechnung der Übergangswahrscheinlichkeiten
anhand eines Beispiels 104
3.2.3.5 Die allgemeinen Formeln zur Berechnung der
Übergangswahrscheinlichkeiten 109
3.2.3.6 Zusammenfassende Betrachtung 112
3.2.4 Der verwendete stochastische Prozeß 113
3.2.4.1 Die Grundannahmen 113
3.2.4.2 Die Zustandsbeschreibung 114
3.2.4.3 Die Bedienungsdisziplin 116
3.2.4.4 Die Übergänge 116
3.2.4.5 Die Untersuchung des Prozesses 119
3.3 Das approximierte Netzwerk 121
3.3.1 Die Approximation 121
3.3.2 Die Umsetzung im Modell 122
3.3.3 Die Gleichgewichtsverteilung des vorgestellten Netzwerkes 123
3.3.4 Die Maschinen in Isolation betrachtet 125
3.4 Die Berechnung der Auslastungen 129
3.4.1 Die Verkehrsgleichung 129
3.4.1.1 Die Verkehrsgleichung in allgemeiner Form 129
3.4.1.2 Die Lösung der Verkehrsgleichung des vorliegenden
Netzwerkes 129
3.4.2 Die Berechnung der Maschinenauslastungen 132
3.4.3 Einsatz der Auslastung in der Systembetrachtung 134
XII
3.5 Auslastungsberechnungen für Beispielsysteme 135
3.5.1 Das Bewertungsprogramm 135
3.5.2 Beispielrechnungen 140
3.5.2.1 Beispiel 1 240
3.5.2.1.1 Die Systemdaten 141
3.5.2.1.2 Auslastungsberechnungen 142
3.5.2.2 Beispiel 6 j43
3.5.2.2.1 Die Systemdaten 143
3.5.2.2.2 Auslastungsberechnungen 145
3.5.3 Zusammenfassung j46
3.6 Vergleich mit Simulationsergebnissen 147
3.6.1 Das Simulationsprogramm 147
3.6.2 Auslastungsvergleiche 149
3.6.2.1 Auslastungsvergleiche für Beispiel 6 149
3.6.2.2 Auslastungsvergleiche für Beispiel 1 152
3.6.2.3 Zusammenfassende Betrachtung 154
3.7 Zusammenfassung 155
4 Die Auswahl der optimalen Systemkonfiguration 156
4.1 Die Untersuchung des Optimierungsproblems 156
4.1.1 Die Darstellung des Optimierungsproblems 156
4.1.2 Die Eignung allgemeiner Lösungsansätze 158
4.1.3 Eine besondere Klasse kombinatorischer Optimierungsprobleme 161
4.2 Heuristische Verfahren zur Lösung kombinatorischer
Optimierungsprobleme l64
4.2.1 Allgemeine Verfahren 164
4.2.2 Beurteilung der vorgestellten Lösungsheuristiken 172
4.2.3 Simulated Annealing j75
4.2.3.1 Allgemeine Beschreibung 175
4.2.3.2 Die zur Umsetzung benötigten Faktoren 177
4.3 Die Optimierung mit Simulated Annealing 181
4.3.1 Die Auswahl des Lösungsraumes und der Kostenfunktion 181
XIII
4.3.1.1 Der Lösungsraum 183
4.3.1.2 Die Kostenfunktion 184
4.3.1.2.1 Erster Teil 184
4.3.1.2.2 Zweiter Teil 187
4.3.1.2.3 Zusammenfassung der Kostenfunktion 188
4.3.2 Die Auswahl der weiteren Faktoren 189
4.3.2.1 Die Nachbarschaft und die Störungswahrscheinlichkeit 190
4.3.2.2 Die Treppenfunktion 191
4.3.2.3 Die Annahmewahrscheinlichkeit 192
4.3.2.3.1 Die Kühlparameter 193
4.3.2.3.2 Die resultierende Annahmewahrscheinlichkeit 193
4.3.3 Abschließende Betrachtung der eingeführten Faktoren und des
Vorgehens 195
4.4 Auswertungen von Beispielen 197
4.4.1 Das Optimierungsprogramm 197
4.4.2 Optimierungsergebnisse 201
4.4.2.1 Untersuchung der Güte der Lösungen einer Optimierung 201
AA.2.2 Optimierung des Beispiels 6 204
4.4.2.3 Optimierung des Beispiels 1 207
4.4.2.4 Optimierungsergebnisse von Beispiel 2 209
4.4.3 Optimierungsverläufe 210
4.4.3.1 Graphiken zur Optimierung von Beispiel 1 211
4.4.3.2 Graphiken zur Optimierung von Beispiel 6 214
4.4.3.3 Betrachtungen zu den Optimierungsläufen 218
4.4.4 Zeitvorteile beim Einsatz dieser Optimierung 220
4.4.5 Die Entwicklung der Rechenzeit 221
4.4.6 Die benötigte Optimierungszeit 222
4.4.7 Zusammenfassung der Rechenergebnisse 223
4.5 Zusammenfassende Betrachtung 224
5 Schlußbetrachtun« 225
5.1 Zusammenfassung 225
5.2 Ausblick 227
Anhang 231
Literaturverzeichnis 249
XIV
Abbildungsverzeichnis
Abb. 2.1: Elemente eines flexiblen Fertigungssystems 10
Abb. 2.2: Ein flexibles Fertigungssystem 11
Abb. 2.3: Ein Beispiel 14
Abb. 2.4: Route 8 15
Abb. 2.5: Werkzeugfluß 16
Abb. 2.6: Route 1 16
Abb. 2.7: Einordnung verschiedener Produktionsarten 17
Abb. 2.8: Beispiel eines Petri Netzes 39
Abb. 2.9: Einzel und Mehrbediener 43
Abb. 2.10: Offene und geschlossene Netzwerke 44
Abb. 2.11: Oberblick über die vorgestellten Verfahren 53
Abb. 2.12: Planungsaufbau 61
Abb. 3.1: Eine Bedienungsstation 72
Abb. 3.2: Ein Beispielnetzwerk 74
Abb. 3.3: Übergangsmatrix des Beispielnetzwerkes 74
Abb. 3.4: Beispiel für zwei Realisationen 76
Abb. 3.5: Beispielrealisationen mit der angegebenen Zustandsbeschreibung 77
Abb. 3.6: Exponentialverteilung 81
Abb. 3.7: Erlang Verteilung mit n=2 Stufen und n=5 Stufen 82
Abb. 3.8: Dekomposition und Superposition von Poisson Strömen 84
Abb. 3.9: Die Übergangswahrscheinlichkeiten pi zu den Maschinen Mi 96
Abb. 3.10: Übergangswahrscheinlichkeiten zwischen Maschinentypen 101
Abb. 3.11: Übergangswahrscheinlichkeiten zwischen Maschinen 102
Abb. 3.12: Beispiel von Übergangsmöglichkeiten 104
Abb. 3.13: Zahlenbeispiel 105
Abb. 3.14: Übergangsbeispiel mit zwei gleichen Maschinen 105
Abb. 3.15: Die Bezeichnungen an der Maschine Mjm 114
XV
Abb. 3.16: Ankunft eines Teils im System 117
Abb. 3.17: Abgang eines Teils aus dem System 117
Abb. 3.18: Ein Teil wechselt die Maschine 118
Abb. 3.19: Abarbeitung einer Bedienungsphase eines Teils 118
Abb. 3.20: Bildschirm Hardcopy des Hauptmenüs 135
Abb. 3.21: Bildschirm Hardcopy des Menüpunktes 1 135
Abb. 3.22: Bildschirm Hardcopy des Menüpunktes 3 bei Eingabe eines Produktions¬
teils mit 5 auszuführenden Arbeitsgängen 136
Abb. 3.23: Bildschirm Hardcopy des Menüpunktes 7 beim Erfassen der Arbeits¬
gänge der Maschinen eines Maschinentyps 6 137
Abb. 3.24: Bildschirm Hardcopy des Menüpunktes 9 bei einer Systemkonfiguration
von Beispiel 1 137
Abb. 3.25: Bildschirm Hardcopy des Menüpunktes 16 beim Erstellen derTeildatei 138
Abb. 3.26: Bildschirm Hardcopy der Übergangswahrscheinlichkeiten bei Beispiel 1,
Teiletyp 1, Bearbeitungsstufe 2 139
Abb. 3.27: Bildschirm Hardcopy der Anzeige der Maschinenauslastungen 139
Abb. 3.28: Die unterschiedlichen Routen der Teile bei Beispiel 1 141
Abb. 3.29: Die möglichen Routen der Teile bei Beispiel 6 144
Abb. 4.1: Zwei benachbarte Routen 164
Abb. 4.2: Beispiel eines Optimierungsproblems mit nur einem Parameter 166
Abb. 4.3: Beispiel zu einem auftretenden Problem bei Threshold Accepting 167
Abb. 4.4: Beispiel zu einem auftretenden Problem bei Tabu Search 168
Abb. 4.5: Grafische Zusammenhänge der Faktoren von Simulated Annealing 179
Abb. 4.6: Einsatz einer Kostenfunktion im unzulässigen Bereich 182
Abb. 4.7: Treppenfunktion bei 10 und bei 4 Maschinentypen 192
Abb. 4.8: Entwicklung der Annahmewahrscheinlichkeit 195
Abb. 4.9: Entwicklung von Treppenbreite und Kühlparameter 195
Abb. 4.10: Verbindung von Simulated Annealing und einem stochastischen Prozeß 196
Abb. 4.11: Bildschirm Hardcopy des Hauptmenüs 197
Abb. 4.12: Bildschirm Hardcopy des Menüpunktes Optimierung im Arbeitsschritt 5 198
XVI
Abb. 4.13: Bildschirm Hardcopy bei Optimierung des Beispiels 1 199
Abb. 4.14: Ausdruck der Ergebnisdatei einer Optimierung des Beispiels 1 200
Abb. 4.15: Die möglichen Routen der Teile 202
Abb. 4.16: Die drei besten Konfigurationen bei Beispiel 3 203
Abb. 4.17: Kosten der 9 besten Konfigurationen bei Beispiel 6 205
Abb. 4.18: Darstellung der Maschinenanzahl aller Maschinentypen bei den besten
Konfigurationen 206
Abb. 4.19: Kostender 10 besten Konfigurationen bei Beispiel 1 208
Abb. 4.20: Die fünf besten Konfigurationen bei Beispiel 1 209
Abb. 4.21: Optimierungsverlauf der ersten Optimierung von Beispiel 1 211
Abb. 4.22: Geglättete Darstellung des ersten Optimierungsverlaufs 211
Abb. 4.23: Optimierungsverlauf der zweiten Optimierung von Beispiel 1 212
Abb. 4.24: Geglättete Darstellung des zweiten Optimierungsverlaufs 213
Abb. 4.25: Optimierungsverlauf von Beispiel 6 1. Teil 214
Abb. 4.26: Optimierungsverlauf von Beispiel 6 2. Teil 215
Abb. 4.27: Geglätteter Optimierungsverlauf von Beispiel 6 1. Teil 216
Abb. 4.28: Geglätteter Optimierungsverlauf von Beispiel 6 2. Teil 217
Abb. 4.29: Optimierungsverlauf bei Beispiel 3 219
Abb. 4.30: Die benötigte Optimierungszeit bei Beispiel 6 221
Abb. 4.31: Entwicklung der durchschnittlichen Rechenzeit pro Iteration bei Beispiel 6 221
Abb. 4.32: Die Entwicklung der benötigten Rechenzeit für 2000 Iterationen bei
Beispiel 6 222
XVII
Tabellenverzeichnis
Tab. 2.1: Überblick über die Modellannahmen der Verfahren 54
Tab. 3.1: An den Teilen auszuführende Arbeitsgänge bei Beispiel 1 140
Tab. 3.2: Von den Maschinen ausführbare Arbeitsgänge bei Beispiel 1 141
Tab. 3.3: Auslastungsberechnungen bei Beispiel 1 142
Tab. 3.4: An den Teilen auszuführende Arbeitsgänge bei Beispiel 6 143
Tab. 3.5: Von den Maschinen ausführbare Arbeitsgänge bei Beispiel 6 143
Tab. 3.6: Auslastungsberechnungen bei Beispiel 6 145
Tab. 3.7: 1. Ergebnisvergleich bei Beispiel 6 150
Tab. 3.8: 2. Ergebnisvergleich bei Beispiel 6 151
Tab. 3.9: 3. Ergebnisvergleich bei Beispiel 6 151
Tab. 3.10: Ergebnisse einer Simulation bei Beispiel 1 152
Tab. 3.11: 1. Ergebnisvergleich bei Beispiel 1 153
Tab. 3.12: Ergebnisse einer weiteren Simulation bei Beispiel 1 153
Tab. 3.13: 2. Ergebnisvergleich bei Beispiel 1 153
Tab. 4.1: Zulässige und unzulässige Konfigurationen bei Beispiel 3 189
Tab. 4.2: Annahmewahrscheinlichkeit bei Verschlechterung um 4%, 8% und 16% 194
Tab. 4.3: Die Bearbeitungsmöglichkeiten bei Beispiel 3 201
Tab. 4.4: Die vier besten ermittelten Lösungen bei Beispiel 3 202
Tab. 4.5: Veränderungen der Maschinenanzahl der verschiedenen Maschinentypen 204
Tab. 4.6: Lösungen von Beispiel 6 205
Tab. 4.7: Die besten Lösungen von Beispiel 1 208
Tab. 4.8: Erste Lösungen von Beispiel 2 210
Tab. 4.9: Diebesten Konfigurationen bei Beispiel 2 210
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| discipline | Werkstoffwissenschaften / Fertigungstechnik Wirtschaftswissenschaften |
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