Ablaufplanung bei Chargenproduktion: ein Dekompositionsansatz auf der Basis evolutionärer Algorithmen
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Wiesbaden
Dt. Univ.-Verl.
2001
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| Series: | Betriebswirtschaftliche Forschung zur Unternehmensführung
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|---|---|
| adam_text | Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis XV
Tabellenverzeichnis XIX
Abkürzungsverzeichnis XXI
Symbolverzeichnis XXIII
1 Einführung 1
1.1 Gegenstand und Ziele der Arbeit 1
1.2 Aufbau der Arbeit 3
2 Betriebswirtschaftliche Grundlagen der Produktionsplanung 5
2.1 Aufgabenbereiche der Produktionsplanung 5
2.1.1 Produktionsprogrammplanung 6
2.1.2 Bereitstellungsplanung 7
2.1.3 Produktionsprozeßplanung 9
2.2 Produktionsablaufplanung 10
2.2.1 Planungsgegenstand und Zielsetzungen 10
2.2.2 Klassifikationsschema für Ablaufplanungsprobleme 12
2.3 Methoden der operativen Produktionsplanung 14
2.3.1 Grundlegende Planungskonzepte 14
2.3.2 Computergestützte Produktionsplanungssysteme 18
3 Produktionsablaufplanung bei Chargenproduktion 21
3.1 Verfahrenstechnische Produktion 21
3.1.1 Begriffliche Abgrenzungen 21
3.1.2 Grundformen der Prozeßführung 22
3.1.2.1 Kontinuierliche Produktion 22
3.1.2.2 Chargenproduktion 22
3.2 Charakteristische Merkmale von Chargenprozessen 23
3.2.1 Anlagenstrukturen 23
X Inhaltsverzeichnis
3.2.2 Operationsstrategie 26
3.2.3 Stofffluß 30
3.3 Produktionsplanung und Steuerung bei Chargenproduktion 33
3.3.1 Rezeptfahrweise 33
3.3.2 Leitsystemkonzept 36
3.3.3 Klassifikation und Komplexität des Ablaufplanungsproblems .... 38
3.3.4 Anforderungen an ein Verfahren zur Ablaufplanung 41
4 Methoden und Modelle zur Ablaufplanung bei Chargenproduktion 45
4.1 Systematisierung der Verfahren zur Ablaufplanung 45
4.2 Lineare und Gemischt ganzzahlige lineare Programmierung 49
4.2.1 Methodische Grundlagen und Algorithmen 49
4.2.2 Modellierungsansätze zur Ablaufplanung 52
4.2.2.1 Modelle mit Reihenfolgevariablen 52
4.2.2.2 Modelle mit zeitbezogenen Zuordnungsvariablen 54
4.2.2.3 Ein Modell zur simultanen Losgrößen und Ablaufplanung
mit variablem Zeitraster 56
4.2.3 Mathematische Modelle zur Ablaufplanung bei Chargenproduktion 60
4.2.3.1 Reihenfolgemodelle 60
4.2.3.2 Modelle mit zeitlicher Zuordnung 61
4.2.3.3 Ein Modell mit variablem Zeitraster 63
, 4.3 Evolutionäre Algorithmen 66
4.3.1 Methodische Grundlagen 66
4.3.1.1 Grundlagen der Evolutionstheorie 67
4.3.1.2 Verfahrensidee 68
4.3.1.3 Historische Entwicklung und Klassifikation der Verfahren . 71
4.3.1.4 MUSE Verfahren 72
4.3.1.4.1 Simulated Annealing 74
4.3.1.4.2 Threshold Accepting 76
4.3.1.5 Genetische Algorithmen und Evolutionsstrategien 77 ;
4.3.2 Metaheuristische Modellierungsansätze zur Ablaufplanung 79 i
4.3.3 Metaheuristische Modelle zur Ablaufplanung bei Chargenproduktion 82 j
4.4 Dekompositionsverfahren 85
i
Inhaltsverzeichnis XI
4.4.1 Prinzipien der Dekomposition von Ablaufplanungsproblemen .... 85
4.4.2 Dekompositionsansätze zur Ablaufplanung bei Chargenproduktion . 87
4.5 Bewertung der Planungsverfahren 90
5 Ein Dekompositionsansatz zur Ablaufplanung bei Chargenproduktion 93
5.1 Dekompositionsidee 93
5.2 Problemdekomposition 95
5.2.1 Prämissen 96
5.2.2 Berechnung von Produktionsdiagrammen 99
5.2.3 Bestimmung einer optimalen Auftragsreihenfolge 103
5.2.4 Berücksichtigung alternativer Produktionswege 104
5.3 Modelle zur Produktionsdiagramm Berechnung 106
5.3.1 Modell nach Mockus und Reklaitis 107
5.3.2 Dynaplan Modell nach Preßmar 114
5.3.3 ErgO Modell 119
5.3.3.1 Grundidee und Prämissen 119
5.3.3.2 Grundmodell 123
5.3.3.3 Erweiterung des Grundmodells 134
5.3.3.4 Bestimmung der R Block Strukturen 137
5.3.4 Berechnung von Verschiebungsmöglichkeiten 137
5.4 Ein Evolutionärer Algorithmus zur Auftragsreihenfolgeoptimierung .... 141
5.4.1 Codierung 142
5.4.2 Mutationen 143
5.4.3 Verfahrensablauf 144
5.4.4 Decodierung und Fitneßfunktion 145
5.4.5 Nachteile der gewählten Modellierung 149
6 Erweiterung des Dekompositionsansatzes 153
6.1 Erweiterung des ErgO Modells 153
6.1.1 Umpumpzeiten 153
; 6.1.2 Sonderfalle bei der Abbildung von Zwischenlagern 154
t 6.1.2.1 Mindestlagerbestände 155
i 6.1.2.2 Materialfluß Restriktionen 155
XII Inhaltsverzeichnis
6.1.2.3 Zeitliche Restriktionen 156
6.2 Erweiterung der Auftragsreihenfolgeoptimierung 158
6.2.1 Reihenfolgebeziehungen zwischen Aufträgen 158
6.2.2 Priorisierung von Aufträgen 160
6.2.3 Früheste Startzeitpunkte für Aufträge 161
6.2.4 Reservierungszeiten 161
6.3 Integration der Materialbedarfsplanung 163
6.3.1 Mengenplanung bei Chargenproduktion 164
6.3.2 Interdependenzen zwischen Mengen und Ablaufplanung 167
6.3.3 Hierarchische Mengen und P Diagramm Berechnung 170
6.3.3.1 ErgO^^ Modell 171
. 6.3.3.2 Schranken für die Chargenzahl 183
6.3.4 Simultane Mengen und P Diagramm Berechnung 186
6.4 Zusammenfassung des Dekompositionsansatzes 195
7 Anwendungsbeispiele 197
7.1 Beispiel A 197
7.1.1 Problembeschreibung 197
7.1.2 Ergebnisdarstellung 199
7.1.2.1 P Diagramm Berechnung 199
7.1.2.2 Reihenfolgeoptimierung und P Diagramm Auswahl .... 200
7.1.3 Bewertung der Ergebnisse 202
7.2 Beispiel B 202
7.2.1 Problembeschreibung 203
7.2.2 Ergebnisdarstellung 207
7.2.2.1 P Diagramm Berechnung 207
7.2.2.2 Reihenfolgeoptimierung und P Diagramm Auswahl .... 211
7.2.2.2.1 Planungsqualität 211
7.2.2.2.2 Parametereinstellung und Laufzeitverhalten . . . 215
7.2.3 Bewertung der Ergebnisse 218
7.3 Beispiel C 219
7.3.1 Problembeschreibung 220
7.3.2 Ergebnisdarstellung 222
Inhaltsverzeichnis XIII
7.3.2.1 P Diagramm Berechnung 222
7.3.2.1.1 Mengenplanung 222
7.3.2.1.2 Zeitliche P Diagramm Berechnung 225
7.3.2.2 Reihenfolgeoptimierung und P Diagramm Auswahl .... 229
7.3.2.2.1 Planungsqualität 229
7.3.2.2.2 Parametereinstellung und Laufzeitverhalten . . . 232
7.3.3 Bewertung der Ergebnisse 236
7.4 Zusammenfassende Bewertung des Dekompositionsansatzes 236
8 Schlußbetrachtung und Ausblick 241
Anhang 245
A Daten zu Anwendungsbeispiel A 247
A.l Rezeptdaten 247
A.2 Auftragsbestand 249
A.3 Rechenzeiten der Mengen und der P Diagramm Berechnung 249
B Daten zu Anwendungsbeispiel B 253
B.l Auftragsbestand 253
B.2 Rahmendaten der ErgOMeni e Modelle 253
B.3 Rahmendaten der ErgOp Modelle 255
C Daten zu Anwendungsbeispiel C 259
C.l Auftragsbestand 259
C.2 Rahmendaten der ErgO^^ Modelle 260
C.3 Ergebnisvergleich für die Mengenberechnung 266
C.4 Rahmendaten der ErgOp Modelle 272
C.5 Ergebnisvergleich für die zeitliche P Diagramm Berechnung 278
C.6 Vergleich der gewählten Produktionsvarianten 284
Literaturverzeichnis 287
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