Integrierte Steuerung getakteter Variantenfließlinien:
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| Format: | Abschlussarbeit Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Wiesbaden
Dt. Univ.-Verl.
1997
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| Schriftenreihe: | Gabler-Edition Wissenschaft
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| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XXIV, 246 S. graph. Darst. |
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| adam_text | Titel: Integrierte Steuerung getakteter Variantenfließlinien
Autor: Mollemeier, Arnd
Jahr: 1997
Inhaltsverzeichnis
Verzeichnis der Abbildungen und Tabellen XTTT
Verzeichnis der Symbole XVII
1 Einleitung 1
2 Produktionsplanung und -Steuerung bei getakteter Variantenfließfertigung 3
2.1 Einordnung der getakteten Variantenfließfertigung 3
2.2 Fertigungsablauf in der Automobilindustrie 5
2.3 Fertigungsablauf in einer getakteten Mehrproduktfließlinie 10
2.3.1 Aufbau der Linie 10
2.3.2 Produktionsvollzug innerhalb der Linie 11
2.4 Systematisierung der PPS-Aufgaben bei getakteter Variantenfließfertigung 14
2.4.1 Zusammenfassung der Aufgaben 14
2.4.1.1 Leistungsabstimmung 14
2.4.1.2 Reihenfolgeplanung 16
2.4.2 Gliederung nach der Fristigkeit der Planung 17
2.4.3 Gliederung nach der Grundidee des Verbesserungsansatzes 17
2.5 Probleme der getakteten Variantenfließfertigung 21
2.6 Operative Feinabstimmung bei getakteter Variantenfließfertigung 23
3 Ziele der Produktionssteuerung bei getakteter Variantenfließfertigung 29
3.1 Kapazitätsorientierte Ziele 31
3.1.1 Relevante Ziele innerhalb der Fließlinie 31
3.1.1.1 Zeitorientierte Ziele 32
3.1.1.1.1 Minimierung der Zykluszeit 33
3.1.1.1.2 Minimierung der Gesamtdurchlauf zeit 34
3.1.1.1.3 Minimierung des Gesamtüberhangs 36
3.1.1.1.4 Minimierung des Zuwachses des Gesamtüberhangs 39
3.1.1.1.5 Minimierung der maximalen Werkerabdrift .40
3.1.1.1.6 Minimierung der Summe der Springereinsatzzeiten .40
3.1.1.1.7 Minimierung der Summe der Leerzeiten 42
3.1.1.1.8 Berücksichtigung erhöhter Arbeitsintensität bei der
Bestimmung von Springereinsatzzeiten .44
3.1.1.1.9 Minimierung der Summe der Überlappungsbereich-Zeiten 46
3.1.1.1.10 Terminabweichungen .49
3.1.1.2 Kostenorientierte Ziele 49
3.1.1.2.1 Lohnkosten 51
3.1.1.2.2 Qualitätskosten 54
3.1.1.3 Sonstige Ziele 55
3.1.2 Relevante Ziele in sonstigen internen Produktions- und
Logistikteilsystemen - -¦ 55
X Inhaltsverzeichnis
3.1.2.1 Vorgelagerte Teilsysteme 55
3.1.2.1.1 Zuliefersysteme....- 56
3.1.2.1.2 Vorgelagerte Fertigungsstufen 59
3.1.2.2 Nachgelagerte Teilsysteme 59
3.1.3 Relevante Ziele in den externen Produktions- und Logistiksystemen. 60
3.1.3.1 Vorgelagerte Teilsysteme 60
3.1.3.2 Nachgelagerte Teilsysteme.- 61
3.2 Programmorientierte Ziele 61
3.2.1 Verbrauchsorientierte Ziele 62
3.2.2 Kostenorientierte Ziele - - 66
3.3 Möglichkeiten einer bereichsübergreifenden Zielsetzung 67
4 Modellformulierungen 69
4.1 Deskriptive Modelle .70
4.1.1 Grundmodell 71
4.1.1.1 Bearbeitungszeiten. .72
4.1.1.2 Zeitpunkte für die Fertigungsaufträge des Restbestands .75
4.1.1.3 Zeitpunkte für die Fertigungsaufträge des aktuellen
Auftragsbestands - 80
4.1.1.3.1 Erster Auftrag des aktuellen Auftragsbestands 81
4.1.1.3.2 Übrige Aufträge 82
4.1.2 Variable AG-Zuordnung 84
4.1.2.1 Ansatz von Decker zur Arbeitsgangverschiebung 86
4.1.2.2 Modell zur erweiterten Arbeitsgangverschiebung 88
4.1.2.2.1 Bestimmung der notwendigen Arbeitsgänge 88
4.1.2.2.1.1 Zusammenhang zwischen Variante / Fertigungsauftrag
und Arbeitsgängen 88
4.1.2.2.1.2 Zusammenhang zwischen Variante / Fertigungsauftrag,
Arbeitsgängen und Stationen 90
4.1.2.2.2 Berechnung der Bearbeitungszeiten 92
4.1.3 Level Scheduling 94
4.2 Entscheidungsmodelle .95
4.2.1 Reihenfolgeprobleme .95
4.2.1.1 Modelle ohne optimierende Zielfunktion - Der Car Sequencing-
Ansatz .96
4.2.1.2 Modelle mit optimierenden Zielfunktionen .99
4.2.1.2.1 Modelle auf Basis programmorientierter Ziele
- Level Scheduling .99
4.2.1.2.2 Modelle auf Basis kapazitätsorientierter Ziele 100
4.2.2 Reihenfolgeprobleme mit Berücksichtigung zusätzlicher
Steuerungsmaßnahmen 101
4.2.2.1 Verschiebung von Arbeitsgängen 101
4.2.2.2 Veränderung der Personalzuordnung 102
4.2.2.3 Variation der Größe der Überlappungsbereiche 103
4.2.2.4 Integrierte Steuerung der Variantenfließfertigung 104
4.3 Exkurs: Realisierungsmöglichkeiten und weitere Maßnahmen 105
Inhaltsverzeichnis XI
4.3.1 Materialversorgung bei variabler Arbeitsgangzuordnung 105
4.3.2 Weitere Ansätze zur Komplexitätsbeherrschung in getakteten Fließlinien 106
5 Lösungsverfahren 111
5.1 Komplexitätsbetrachtungen. 112
5.2 Verfahrensklassen und Einordnung 116
5.3 Merkmale und Grundprinzipien ausgewählter heuristischer Verfahrensklassen 122
5.3.1 Local-Search-Verfahren 123
5.3.1.1 Allgemeine Merkmale und Prinzipien 123
5.3.1.1.1 Nachbarschaft 124
5.3.1.1.2 Art und Reihenfolge der Suche 125
5.3.1.1.3 Ausgestaltung der Bewertungsfunktion 126
5.3.1.1.4 Abbruchbedingungen 126
5.3.1.2 Multiple-Local-Search 127
5.3.1.2.1 Mehrfache Anwendung 127
5.3.1.2.2 Kombination von mehreren Local-Search-Verfahren 127
5.3.2 Global-Search-Verfahren 128
5.3.2.1 Siniulated-Annealing und verwandte Verfahren 129
5.3.2.1.1 „Klassisches Simulated Annealing 131
5.3.2.1.2 Threshold Accepting 133
5.3.2.1.3 GreatDeluge 134
5.3.2.1.4 Record-to-Record-Travel 136
5.3.2.1.5 Verbesserungsmöglichkeiten 137
5.3.2.1.6 Noising 139
5.3.2.2 TabuSearch 141
5.3.2.3 Genetische Algorithmen 143
5.4 Verfahren zur Lösung des Bandabgleichproblems 145
5.4.1 Mittelfristiger Bandabgleich 145
5.4.2 Operative Feinabstimmung durch Verschiebung von Arbeitsgängen 147
5.4.2.1 Allgemeine Betrachtung der Problemstellung 147
5.4.2.2 Verfahren von Decker 149
5.4.3 Weitere Ansätze 150
5.5 Verfahren zur Lösung des Reihenfolgeproblems 150
5.5.1 Exakte Verfahren 151
5.5.2 Heuristische Verfahren 154
5.5.2.1 Eröffnungsverfahren 155
5.5.2.2 Verbesserungsverfahren 159
5.5.2.2.1 Local-Search-Verfahren 160
5.5.2.2.1.1 Local-Search-Verfahren von Bard 160
5.5.2.2.1.2 Verfahren von Ziegler. 161
5.5.2.2.1.3 Verfahren von Decker. 162
5.5.2.2.1.4 Hybrid-Verfahren von Scholl als Local-Search-Ansatz 163
5.5.2.2.2 Global-Search-Verfahren 165
5.5.2.2.2.1 Hybrid-Verfahren von Scholl als Global-Search-Ansatz 166
5.5.2.2.2.2 Global-Search-Verfahren von Bard 167
5.5.2.2.2.3 Verfahren von Wilhelm 168
XII Inhaltsverzeichnis
6 Entwicklung und Analyse neuer Verfahren 169
6.1 Problemdaten 169
6.2 Verwendete Hard-und Softwarekonfiguration .175
6.3 Verfahren zur Lösung der Teilprobleme 176
6.3.1 Operative Feinabstimmung der Linie 176
6.3.1.1 Optimierung der Größe der Überlappungsbereiche 176
6.3.1.2 Optimierung der Personalzuordnung 188
6.3.1.3 Optimierung der Arbeitsgangzuordnung 193
6.3.1.3.1 Zur Verschiebbarkeit von Arbeitsgängen 194
6.3.1.3.2 Verfahren zur Optimierung der Arbeitsgangzuordnung 195
6.3.2 Reihenfolgeplanung 198
6.3.2.1 Entwurf und Analyse unterschiedlicher Nachbarschaften 202
6.3.2.1.1 Qualitative Lösungsveränderungen bei Vertauschung von
zwei Elementen einer Reihenfolge 203
6.3.2.1.2 Quantitative Lösungsveränderungen 210
6.3.2.2 Analyse unterschiedlicher Akzeptanzkriterien 214
6.4 Integration von operativer Feinabstimmung und Reihenfolgeplanung 215
6.4.1 Abfolge der Instrumente 218
6.4.2 Zahl der Berechnungen / Häufigkeit des Einsatzes der Instrumente. 219
6.4.3 Ein integriertes Verbesserungsverfahren zur Fertigungssteuerung bei
Variantenfließfertigung 220
6.4.4 Berücksichtigung von Intensitätssteigerungen 225
6.4.5 Auswirkung der Voroptimierung der Überlappungsbereiche 227
7 Fazit 229
7.1 Grobeinschätzung des Kosteneinsparungspotentials 229
7.2 Zusammenfassung der Ergebnisse 229
7.3 Weitere Ansatzpunkte 231
7.3.1 Berücksichtigung der Ergebnisse in Verfahren zur Leistungsabstimmung
mit herkömmlichem Planungshorizont 231
7.3.2 Parallelisierung der Zielfunktionsberechnung 232
7.3.3 Produktionsgerechte Gestaltung des Produktionsprogramms 233
Literaturverzeichnis 235
Verzeichnis der Abbildungen und Tabellen XIII
Verzeichnis der Abbildungen und Tabellen
Abbildung 1 -1: Auslastung der Arbeitsstationen bei Variantenfließfertigung 2
Abbildung 2-1: Einordnung der Fließbandfertigung 3
Abbildung 2-2: Fertigungsablauf in der Automobilindustrie 9
Abbildung 2-3: Aufbau und Inhalt der Fließlinie 11
Abbildung 2-4: Arbeitsablauf bei Variantenfließfertigung 12
Abbildung 3-1: Gliederung der Ziele der Produktionssteuerung bei getakteter
Variantenfließfertigung 30
Abbildung 3-2: Einsatzzeifön innerhalb der Linie 44
Abbildung 4-1: Berechnung der relevanten Zeitpunkte für alle FAJJrat auf si|? .78
Abbildung 4-2: Berechnung der Zeitpunkte für die Aufträge des Restbestands auf den
übrigen Stationen 80
Abbildung 4-3: Berechnung der Zeitpunkte für die aktuellen Fertigungsaufträge 83
Abbildung 4-4: Möglichkeiten der Arbeitsgangzuordnung 85
Abbildung 4-5: Ermittlung der erforderlichen Arbeitsgänge pro Fertigungsauftrag 89
Abbildung 4-6: Auftrags-Arbeitsgang-Station-Zuordnung (FA_AG_StZ(l u)j 91
Abbildung 4-7: Bypass-Linie 106
Abbildung 4-8: Modulare Fertigung 108
Abbildung 5-1: Allgemeine Klassifikation von Lösungsverfahren 122
Abbildung 5-2: Pseudo-Code für Local-Search- Verfahren 124
Abbildung 5-3: Pseudo-Code für Simulated Annealing 132
Abbildung 5-4: Pseudo-Code für Threshold Accepting 134
Abbildung 5-5: Pseudo-Code für Great Deluge 135
Abbildung 5-6: Pseudo-Code für Record-to-Record-Travel 136
Abbildung 5-7: Pseudo-Code für Noising-Verfahren 139
Abbildung 5-8: Pseudo-Code für Tabu Search 142
Abbildung 5-9: Pseudo-Code für Genetische Algorithmen 144
Abbildung 6-1: Einbauraten der nicht serienmäßigen Ausstattungsmerkmale 172
Abbildung 6-2: Anteile der Stationstypen in der betrachteten Montagelinie 175
Abbildung 6-3: Pseudo-Code für Local-Search-Verfahren zur Optimierung der Größe
des rechten Überlappungsbereichs 178
Abbildung 6-4: Springereinsatzzeiten (mit Berücksichtigung der Springereinsatzzeiten
des Restbestands) in Abhängigkeit von der Stationsreihenfolge
während der Optimierungsphasen und der Anzahl der
Optimierungsphasen 180
Abbildung 6-5: Durchschnittliche Springereinsatzzeiten bei Verwendung
unterschiedlicher Untersuchungsreihenfolgen 181
XIV Verzeichnis der Abbildungen und Tabellen
Abbildung 6-6: Durchschnittliche Springereinsatzzeiten bei Verwendung von
unterschiedlichen Veränderungsgrößen und Reihenfolgen 182
Abbildung 6-7: Durchschnittliche Springereinsatzzeiten bei Verwendung dynamischer
Nachbarschaften 184
Abbildung 6-8: Minimale, durchschnittliche und maximale Größe der rechten
Überlappungsbereiche der Stationen über alle Verfahren und alle
Problemdatensätze , 185
Abbildung 6-9: Minimale, durchschnittliche und maximale Größe der rechten
Überlappungsbereiche der Stationen nach Anwendung der
„MinMittel -Überlappungsbereiche. 185
Abbildung 6-10: Abweichung von der besten problemindividuell ermittelten
Springereinsatzzeit bei Einsatz verschiedener allgemein bestimmter
Überlappungsbereichsgrößen 187
Abbildung 6-11: Pseudo-Code zur Optimierung der Personalzuordnung 189
Abbildung 6-12: Springereinsatzzeiten während der Optimierung der Stationszuordnung
bei Verwendung unterschiedlicher Größen des Überlappungsbereichs 190
Abbildung 6-13: Minimum, Mittelwert, Modus und Maximum der Werkerzahlen über
alle Probleme bei Verwendung der „MinMittel -Überlappungsbereiche 192
Abbildung 6-14: Minimum, Mittelwert, Modus und Maximum der Werkerzahlen über
alle Probleme bei Verwendung der vorgegebenen maximalen
Überlappungsbereiche 192
Abbildung 6-15: Springereinsatzzeiten bei Verwendung des Modus der problem¬
individuell optimierten Werkerzahlen über alle Problemdatensätze 193
Abbildung 6-16: Pseudo-Code zur Optimierung der Arbeitsgängzuordnung 196
Abbüdung 6-17: Klassifikation der Aufträge 204
Abbildung 6-18: Vertauschungsanalyse mit Hilfe je eines Kriteriums 205
Abbildung 6-19: Vertauschungsanalyse durch Kombination zweier Kriterien 206
Abbildung 6-20: Klassifikation der um mehr als 30 Sekunden von der mittleren
Zielfunktionsveränderung abweichenden Vertauschungen 207
Abbildung 6-21: Mittelwert aller Probleme des besten erreichten Zielfunktionswerts der
Varianten in Abhängigkeit von der Zahl der untersuchten
Vertauschungen 208
Abbildung 6-22: Konvergenzverhalten des SEZ-Kriteriums im Vergleich zur Variante 1
für die ersten 500 untersuchten Vertauschungen 210
Abbildung 6-23: Vertauschungsoperatoren Teilreihenfolgen-Tausch und Lin-2-opt-
Tausch 211
Abbildung 6-24: Zielfunktionswerte bei Variation der quantitativen
Lösungsveränderungen 212
Abbildung 6-25: Detaillierte Betrachtung der Anfangsphase der Verfahren 213
Verzeichnis der Abbildungen und Tabellen XV
Abbildung 6-26: Auswirkung der Verwendung unterschiedlicher Akzeptanzkriterien auf
den Mittelwert der besten bis zur aktuellen Vertauschung erreichten
Springereinsatzzeiten 215
Abbildung 6-27: Klassifizierung der Instrumente 218
Abbildung 6-28: Pseudo-Code des integrierten Verfahrens 220
Abbildung 6-29: Anteil der Instrumente am Rechenaufwand des integrierten Verfahrens 221
Abbildung 6-30: Zielfunktionswerte unterschiedlich generierter Ausgangslösungen /
Arbeitsinhalt der Problemdatensätze 222
Abbildung 6-31: Zielfunktionsverlauf des integrierten Verfahrens bei Verwendung
unterschiedlicher Ausgangslösungen 224
Abbildung 6-32: Ergebnis des integrierten Verfahrens unter Berücksichtigung von
Intensitätsabweichungen 226
Abbildung 6-33: Zielfunktionsverlauf des integrierten Verfahrens ohne Voroptimierung
der Überlappungsbereiche - mit und ohne Berücksichtigung von
Intensitätssteigerungen 227
Tabelle 2-1: Bisheriger Planungshorizont der Teilplanungen 19
Tabelle 2-2: Lösungsansatz der einzelnen Teilplanungen 21
Tabelle 2-3: Möglichkeiten des operativen Einsatzes der Teilplanungen 27
Tabelle 5-1: Klassifikation von Optimierungsproblemen 111
Tabelle 5-2: Problemklassen - 115
Tabelle 5-3: Eigenschaften der auf Simulated Annealing basierenden Ansätze 140
Tabelle 6-1: Basisdaten der betrachteten Fließlinien 171
Tabelle 6-2: Arbeitsinhalt und Variationskoeffizient der Problemdatensätze 174
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| author | Mollemeier, Arnd |
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