Ablaufplanung bei Werkstattfertigung: simulationsgestützte Analyse von Steuerungs- und Koordinationsregeln
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| Format: | Thesis Book |
| Language: | German |
| Published: |
Wiesbaden
Dt. Univ.-Verl.
1996
Wiesbaden Gabler |
| Series: | Gabler-Edition Wissenschaft
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Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung 1
2 Charakterisierung von Werkstattsteuerungsproblemen 5
2.1 Grundlagen und Prämissen 5
2.1.1 Grundlagen der Werkstattsteuerung 5
2.1.2 Prämissen 6
2.2 Zielsetzungen der Werkstattsteuerung 7
2.2.1 Notationen 7
2.2.2 Definition der Zielsetzungen 8
2.2.2.1 Durchlaufzeitorientierte Zielsetzungen 8
2.2.2.2 Belegungszeit und kapazitätsorientierte Zielsetzungen . . 10
2.2.2.3 Terminorientierte Zielsetzungen 11
2.2.3 Zielsysteme mit mehrfacher Zielsetzung 14
2.3 Komplexität von Werkstattsteuerungsproblemen 15
2.3.1 Notation zur Darstellung von Werkstattsteuerungsproblemen . 15
2.3.2 Grundlagen zur Algorithmenanalyse 16
2.3.3 Die Klassen P und NP 18
2.3.4 TVP schwierige Werkstattsteuerungsprobleme 20
2.3.5 Komplexität von dynamischen stochastischen Werkstattsteuerungs¬
problemen 21
3 Steuerung und Koordination dynamischer stochastischer Werkstattfer¬
tigungssysteme 23
3.1 Grundlegende Aspekte zur Lösung von Werkstattsteuerungsproblemen . 23
3.2 Dezentrale Steuerung dynamischer stochastischer Werkstattfertigungssy¬
steme 24
XI
3.2.1 Klassifikation von dezentralen Steuerungsregeln 25
3.2.2 Wesentliche Steuerungsregeln 26
3.2.2.1 Notationen 26
3.2.2.2 Lokale Steuerungsregeln 27
3.2.2.3 Globale Steuerungsregeln 31
3.2.2.4 Kombination von Steuerungsregeln 33
3.3 Koordination von dezentralen Werkstattsteuerungsregeln 35
3.3.1 Motivation für die Entwicklung von Koordinationsregeln 35
3.3.2 Vorausschauende Auftragsnachfrage 35
3.3.3 Störungsreaktionsregeln 47
3.3.3.1 Vorausschauende Auftragsnachfrage bei der Berücksichti¬
gung von Maschinenausfällen 47
3.3.3.2 Auftragsrückstellung in den unmittelbar vorgelagerten Teil¬
systemen 51
3.3.3.3 Auftragsrückstellung in den mittelbar und unmittelbar vor¬
gelagerten Teilsystemen 55
4 Planung einer simulationsgestützten Analyse dezentraler Werkstattsteue
rungs und koordinationsregeln 61
4.1 Grundlegende Aspekte zur Simulation von Werkstattfertigungssystemen . . 61
4.2 Parameter von Simulationsmodellen zur Werkstattsteuerung 64
4.2.1 Problemspezifische Modellparameter 64
4.2.1.1 Anzahl der Maschinen 64
4.2.1.2 Verteilung der Zwischenankunftszeiten und Größe des Ka¬
pazitätsauslastungsgrads 65
4.2.1.3 Verteilung der Maschinenfolgen 66
4.2.1.4 Verteilung der Bearbeitungszeiten 67
4.2.1.5 Vorgabe der Fertigstellungstermine 67
4.2.1.5.1 Statische Terminvergabemethoden 67
4.2.1.5.2 Dynamische Terminvergabemethoden 69
4.2.1.6 Verteilung der Ausfalls und Zwischenausfallszeiten . 70
4.2.2 Statistische Modellparameter 71
4.2.2.1 Phasen einer Simulation 71
XII
4.2.2.2 Längen der Einschwing und der Ausschwingphase . 72
4.2.2.3 Länge der Analysephase und Anzahl der Experimente . . 73
4.3 Methoden der statistischen Planung und Analyse von Experimenten . 75
4.3.1 Bedeutung der Planung und Analyse von Experimenten 75
4.3.2 Statistische Grundlagen 76
4.3.2.1 Notationen 77
4.3.2.2 Normalverteilung und t Verteilung 78
4.3.3 Vergleich zweier Mittelwerte 81
4.3.3.1 Hypothesenaufstellung und Fehlerarten 81
4.3.3.2 Paarweiser i Test und normaler i Test 83
4.3.3.3 Konfidenzintervalle 86
4.3.3.4 Erforderliche Stichprobengröße 88
4.3.4 Vergleich von mehr als zwei Mittelwerten 91
4.3.4.1 Varianzanalyse 91
4.3.4.1.1 Versuchsplan mit einem Faktor 91
4.3.4.1.2 Versuchsplan mit einem Faktor und Blockbildung 95
4.3.4.1.3 Versuchsplan mit zwei Faktoren 99
4.3.4.1.4 Versuchsplan mit K 3 Faktoren 105
4.3.4.2 Erforderliche Stichprobengröße 111
4.3.4.2.1 Versuchsplan mit einem Faktor 111
4.3.4.2.2 Versuchsplan mit mehreren Faktoren 113
4.3.4.3 Analyse signifikanter Faktoren 116
4.3.4.3.1 Duncan Test 116
4.3.4.3.2 Konfidenzintervalle 119
4.4 Modellvalidierung und Verifikation 120
4.5 Möglichkeiten zur Beschleunigung der Simulationsabläufe 122
4.5.1 Verteiltes Simulationskonzept 122
4.5.1.1 Struktur des verteilten Simulationsmodells 122
4.5.1.2 Steuerungsprozessor 123
4.5.1.3 Simulationsprozessoren 124
4.5.1.3.1 Interne Prozeßstruktur 124
XIII
4.5.1.3.2 Maschinensimulation 125
4.5.1.3.3 Routing 127
4.5.1.3.4 Synchronisation 129
4.5.1.3.5 Main, Multiplexer und Demultiplexer 130
4.5.1.4 Physikalische Konfiguration 131
4.5.2 Analyse des verteilten Simulationskonzeptes 131
4.5.2.1 Analyse des Synchronisationsmechanismus 132
4.5.2.2 Analyse der Laufzeiten des verteilten Simulationsmodells . 132
4.5.2.2.1 Simulation von lokalen Steuerungsregeln 133
4.5.2.2.2 Simulation von globalen Steuerungsregeln . 134
4.5.2.3 Diskussion der Ergebnisse 136
5 Simulationsgestützte Analyse dezentraler Werkstattsteuerungs¬
und koordinationsregeln 139
5.1 Ziele der simulationsgestützten Analyse 139
5.2 Experimente ohne Berücksichtigung von Maschinenausfällen 140
5.2.1 Analyse wesentlicher Einflußfaktoren 140
5.2.1.1 Versuchsanordnung 140
5.2.1.2 Durchlaufzeitorientierte Analyse 141
5.2.1.2.1 Analyse der mittleren Durchlaufzeiten 141
5.2.1.2.2 Analyse der maximalen Durchlaufzeiten 145
5.2.1.2.3 Diskussion der Ergebnisse 149
5.2.1.3 Terminorientierte Analyse 153
5.2.1.3.1 Analyse der Anteile terminüberschreitender Auf¬
träge 153
5.2.1.3.2 Analyse der mittleren Terminüberschreitungen . . 156
5.2.1.3.3 Analyse der maximalen Terminüberschreitungen . 159
5.2.1.3.4 Diskussion der Ergebnisse 163
5.2.1.4 Zusammenfassung der wesentlichen Ergebnisse 165
5.2.2 Analyse der Koordinationsregel VANF 167
5.2.2.1 Ermittlung und Analyse wesentlicher Einflußfaktoren auf
die relative Vorteilhaftigkeit von VANF 167
5.2.2.1.1 Versuchsanordnung 167
XIV
5.2.2.1.2 Durchlaufzeitorientierte Analyse 168
5.2.2.1.2.1 Analyse der mittleren Durchlaufzeiten . . 168
5.2.2.1.2.2 Analyse der maximalen Durchlaufzeiten . . 172
5.2.2.1.3 Terminorientierte Analyse 175
5.2.2.1.3.1 Analyse der Anteile terminüberschreiten¬
der Aufträge 175
5.2.2.1.3.2 Analyse der mittleren Terminüberschrei¬
tungen 179
5.2.2.1.3.3 Analyse der maximalen Terminüberschrei¬
tungen 182
5.2.2.1.4 Zusammenfassung der wesentlichen Ergebnisse . . 185
5.2.2.2 Detaillierte Analyse der Arbeitsvorratsschranke 191
5.2.2.2.1 Versuchsanordnung 191
5.2.2.2.2 Analyse der mittleren Durchlaufzeiten 192
5.3 Experimente mit Berücksichtigung von Maschinenausfällen 195
5.3.1 Analyse wesentlicher Einflußfaktoren 195
5.3.1.1 Versuchsanordnung 196
5.3.1.2 Durchlaufzeitorientierte Analyse 197
5.3.1.2.1 Analyse der mittleren Durchlaufzeiten 197
5.3.1.2.2 Analyse der maximalen Durchlaufzeiten 201
5.3.1.2.3 Diskussion der Ergebnisse 205
5.3.1.3 Terminorientierte Analyse 207
5.3.1.3.1 Analyse der Anteile terminüberschreitender Auf¬
träge 207
5.3.1.3.2 Analyse der mittleren Terminüberschreitungen . . 210
5.3.1.3.3 Analyse der maximalen Terminüberschreitungen . 214
5.3.1.3.4 Diskussion der Ergebnisse 218
5.3.1.4 Zusammenfassung der wesentlichen Ergebnisse 219
5.3.2 Analyse der Koordinationsregeln 221
5.3.2.1 Ermittlung und Analyse wesentlicher Einflußfaktoren auf
die relative Vorteilhaftigkeit der Koordinationsregeln . . . 221
5.3.2.1.1 Versuchsanordnung 221
5.3.2.1.2 Durchlaufzeitorientierte Analyse 222
XV
5.3.2.1.2.1 Analyse der mittleren Durchlaufzeiten . . 222
5.3.2.1.2.2 Analyse der maximalen Durchlaufzeiten . . 226
5.3.2.1.3 Terminorientierte Analyse 229
5.3.2.1.3.1 Analyse der Anteile terminüberschreiten¬
der Aufträge 229
5.3.2.1.3.2 Analyse der mittleren Terminüberschrei¬
tungen 232
5.3.2.1.3.3 Analyse der maximalen Terminüberschrei¬
tungen 235
5.3.2.1.4 Zusammenfassung der wesentlichen Ergebnisse . . 238
5.3.2.2 Detaillierte Analyse der Arbeitsvorratsschranke 240
5.3.2.2.1 Versuchsanordnung 240
5.3.2.2.2 Analyse der mittleren Durchlaufzeiten 241
5.4 Abschließende Betrachtung der simulationsgestützten Analyse 245
6 Zusammenfassung 251
Literaturverzeichnis 253
A Wahrscheinlichkeitstabellen 269
B Normierte Mindestdifferenzen 283
XVI
Tabellenverzeichnis
3.1 Klassifikationsschema der beschriebenen Steuerungsregeln 34
4.1 Daten Beispiel für den i Test 84
4.2 Testgrößen für den Vergleich von zwei Mittelwerten 86
4.3 Varianzanalyse einer zufälligen Einfaktoranordnung 94
4.4 Datenbeispiel einer Einfaktoranordnung 94
4.5 Varianzanalyse für das Datenbeispiel einer Einfaktoranordnung 95
4.6 Varianzanalyse einer zufälligen vollständigen Blockanordnung 97
4.7 Datenbeispiel einer Einfaktoranordnung in Blöcken 98
4.8 Varianzanalyse für das Datenbeispiel einer Einfaktorblockanordnung . 99
4.9 Varianzanalyse einer zufälligen Zweifaktorenanordnung 102
4.10 Datenbeispiel einer Zweifaktorenanordnung 103
4.11 Varianzanalyse für das Datenbeispiel einer Zweifaktorenanordnung 104
4.12 Varianzanalyse einer zufälligen Dreifaktorenanordnung 109
4.13 Mittelwertanalyse mit dem Duncan Test 119
5.1 Varianzanalyse für F des M x Ug x k x V Versuchsplans 142
5.2 F Stufenmittelwerte und effekte der Faktoren M, Ug, k und V 143
5.3 Varianzanalyse für Fmax des M x Ug x k x V Versuchsplans 146
5 4 Fmal Stufenmittelwerte und effekte der Faktoren M, Ug, k und V 146
5.5 Varianzanalyse für %T des M X Ug x k X V Versuchsplans 153
5.6 %r Stufenmittelwerte und effekte der Faktoren M, Ua, k und V 154
5.7 Varianzanalyse für T des M x Ug x k x V Versuchsplans 156
5.8 T Stufenmittelwerte und effekte der Faktoren M, U„ k und V 157
5.9 Varianzanalyse für Tmax des M x Ug x k x V Versuchsplans 160
5.10 Tm« Stufenmittelwerte und effekte der Faktoren M, Ug, k und V 160
XVII
5.11 Varianzanalyse für F des M x Ug x AVS x V Versuchsplans 169
5.12 F Stufenmittelwerte und effekte der Faktoren M, Ug, AVS und V 170
5.13 Varianzanalyse für Fmax des M x Ug x AVS x V Versuchsplans 172
5.14 FmoI Stufenmittelwerte und effekte der Faktoren M, U3, AVS und V . 173
5.15 Varianzanalyse für %T des M x Ug x AVS x V Versuchsplans 176
5.16 %T Stufenmittelwerte und effekte der Faktoren M, Ug, AVS und V . 176
5.17 Varianzanalyse für T des U x Ug x AVS x V Versuchsplans 179
5.18 T Stufenmittelwerte und effekte der Faktoren M, Ug, AVS und V 180
5.19 Varianzanalyse für Tmax des M x Ug x AVS x V Versuchsplans 182
5.20 rmaI Stufenmittelwerte und effekte der Faktoren M, Ug, AVS und V . 183
5.21 Bereiche für die Größe der AVS in Abhängigkeit von V, Ug und z 186
5.22 Varianzanalysen für F der Einfaktorenversuchspläne 192
5.23 Varianzanalyse für F des M x Ag x MAZx V Versuchsplans 197
5.24 F Stufenmittelwerte und effekte der Faktoren M, Ag, MAZ und V . 198
5.25 Varianzanalyse für Fmax des M x Ag x MAZ x V Versuchsplans 202
5.26 Fmor Stufenmittelwerte und effekte der Faktoren M, Ag, MAZ, V 202
5.27 Varianzanalyse für %T des M x Ag x MAZ x V Versuchsplans 207
5.28 %r Stufenmittelwerte und effekte der Faktoren M, Aa, MAZ und V . 208
5.29 Varianzanalyse für T des M x Ag x MAZx V Versuchsplans 211
5.30 T Stufenmittelwerte und effekte der Faktoren M, Ag, MAZ und V . 211
5.31 Varianzanalyse für Tmax des M x Ag x MAZ x V Versuchsplans 215
5.32 Tm„ Stufenmittelwerte und effekte der Faktoren M, Ag, MAZ, V 215
5.33 Varianzanalyse für F des Ag x MAZ x K x V Versuchsplans 223
5.34 F Stufenmittelwerte und effekte der Faktoren Ag, MAZ, K und V . 223
5.35 Varianzanalyse für Fmax des Ag x MAZx K x V Versuchsplans 226
5.36 Fm„ Stufenmittelwerte und effekte der Faktoren Ag, MAZ, K und V . . . 227
5.37 Varianzanalyse für %T des A„ x MAZx K x V Versuchsplans 230
5.38 %r Stufenmittelwerte und effekte der Faktoren Ag, MAZ, K und V . 230
5.39 Varianzanalyse für T des A, x MAZ x K x V Versuchsplans 233
5.40 T Stufenmittelwerte und effekte der Faktoren Ag, MAZ, K und V 233
5.41 Varianzanalyse für Tmax des Ag x MAZ x K x V Versuchsplans 236
XVIII
5.42 rmal Stufenmittelwerte und effekte der Faktoren Ag, MAZ, K und V . 236
5.43 Varianzanalysen für F der Einfaktorenversuchspläne 241
A.l P(z z0) für eine standardnormalverteilte Zufallsvariable z 270
A.2 „;„ Werte für eine t verteilte Zufallsvariable t 271
A.3 Fo,o5;V1^ Werte 272
A.4 FOlo6;i,;i, Werte (Fortsetzung) 273
A.5 Fo,oi;„i; „ Werte 274
A.6 Fo,oii„i;„ Werte (Fortsetzung) 275
A.7 Fo,ooiil(l,,a Werte 276
A 8 Fo,ooi^r,n Werte (Fortsetzung) 277
A.9 ro.os^i'B) Werte für den Duncan Test 278
A.10 ro,os(fc, vE) Werte für den Duncan Test (Fortsetzung) 279
A.ll TO,oi(k,vE) Werte für den Duncan Test 280
A.12ro,oi(k,i 'E) Werte für den Duncan Test (Fortsetzung) 281
B.l A in Abhängigkeit von o und n für a = 0,01 und l ß = 0,90 284
B.2 A in Abhängigkeit von a und b für a = 0,01 und 1 ß = 0,90 285
B.3 A' in Abhängigkeit von vx und vE für a = 0,01 und \ ß = 0,90 286
XIX
Abbildungsverzeichnis
3.1 Phasen 1 (Auftragsnachfrage) und 2 (Auftragsangebote) der VANF 45
3.2 Phasen 3 (Auftragsauswahl) und 4 (Bestätigung) der VANF 46
3.3 Auftragsrückstellung nach der Störungsreaktionsregel ARUVT 54
3.4 Auftragsrückstellung nach der Störungsreaktionsregel ARVT2 58
4.1 Normalverteilung mit Mittelwert n und Varianz er2 79
4.2 « Verteilung mit v = 1, v = 9, v = 16 und v = 00 80
4.3 Annahme und Ablehnung der Nullhypothese 82
4.4 Konfidenzintervalle und Konfidenzverteilung 88
4.5 Mittelwerte und Interaktionseffekte der Stufenkombinationen 104
4.6 Grundstruktur des verteilten Simulationsmodells 123
4.7 Prozeßstruktur eines Simulationsprozessors 124
4.8 DeBruijn Netzwerk der Dimension 3 127
4.9 Ausschnitte aus dem Ablauf des Synchronisationsmechanismus 130
4.10 Laufzeiten des Synchronisationsmechanismus 132
4.11 Laufzeiten bei lokalen Steuerungsregeln 133
4.12 Laufzeiten bei globalen Steuerungsregeln 135
5.1 F in Abhängigkeit von M, U„ k und V 144
5.2 Fmax in Abhängigkeit von M, U„ k und V 147
5.3 %T in Abhängigkeit von M, Ug, k und V 155
5.4 T in Abhängigkeit von M, Ug, k und V 158
5 5 Tmax in Abhängigkeit von M, Ug, k und V 161
5.6 7 in Abhängigkeit von U3, AVS und V für M = 10 171
5.7 Fmax in Abhängigkeit von Ug, AVS und V für M = 10 174
5.8 %T in Abhängigkeit von U„ AVS und V für M = 10 177
XXI
5.9 T in Abhängigkeit von U„ AVS und V für M = 10 181
5.10 Tm„ in Abhängigkeit von U„ AVS und V für M = 10 184
5.11 F in Abhängigkeit von [pmi„,Pm„i] und AVS 193
5.12 7 in Abhängigkeit von Af, A„ MAZ und V 199
5.13 Fm« in Abhängigkeit von M, A3, MAZ und V 203
5.14 %T in Abhängigkeit von M, A„ MAZ und V 209
5.15 T in Abhängigkeit von M, A„ MAZ und V 213
5.16 Tmax in Abhängigkeit von M, A„ MAZ und V 216
5.17 7 in Abhängigkeit von A„ MAZ, K und V 225
5.18 Fmax in Abhängigkeit von A„ MAZ, K und V 228
5.19 %T in Abhängigkeit von A„, MAZ, K und V 231
5.20 T in Abhängigkeit von A„ MAZ, K und V 234
5.21 Tmal in Abhängigkeit von A„ MAZ, K und V 238
5.22 Fin Abhängigkeit von [p„„,p„„], K und AVS 243
XXII |
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