Computergestützte Simulation als Instrument zur Ermittlung von Auftragsreihenfolgen unter dem Aspekt der Termintreue: ein Ansatz auf Basis der kybernetischen Systemtheorie
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| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Weiden ; Regensburg
Eurotrans-Verl.
2005
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| Schriftenreihe: | Regensburger Schriften zur Wirtschaftsinformatik
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| Beschreibung: | Zugl.: Regensburg, Univ., Diss., 2004 |
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Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis 2
Abbildungsverzeichnis 6
Vorwort 9
Geleitwort 8
I.Einleitung 12
1.1 Aktuelle Situation als thematisches Umfeld 12
1.2 Problemstellung 15
1.3 Zielsetzung 17
1.4 Aufbau der Arbeit 20
2. Strukturwandel und Strategieentwicklung in Kunden-Zulieferer-Beziehungen der
Automobil industrie 22
2.1 Einflußfaktoren strategischer Entscheidungen und Formen der Zusammenarbeit in der
Automobil industrie 22
2.1.1 Globalisierung und Wettbewerb beeinflussen die Entwicklung des Automobilmarktes 22
2.1.2 Besondere Produkteigenschaften von Automobilen und Produktanforderungen
beeinflussen Produktionsstrategien und brancheninterne Zusammenarbeit 24
2.2 Begriffe und Klassifikationen für Lieferanten-Kunden-Beziehungen zwischen
Automobilproduzenten und ihren Zulieferern 28
2.2.1 Zulieferer 28
2.2.1.1 Komponentenhersteller 28
2.2.1.2 Systemlieferanten 29
2.2.2 Klassifikation der Zulieferer 30
2.3 Qualität, Zuverlässigkeit und günstige Preisgestaltung als Einflußfaktoren strategischer
Entscheidungen und Zusammenarbeit in der Automobil i ndustrie 32
2.3.1 Preisgestaltung 32
2.3.2 Qualitätsgestaltung und Zuverlässigkeit 33
2.3.3 Einfluß von Preis, Qualität und Zuverlässigkeit auf Produktions- und
Zulieferstrategien der Automobil industrie 34
2.4 Beschaffungsstrategien und Beziehungen zwischen Endprodukt-Herstellern
und Zulieferern 38
2.4.1 Single Sourcing 38
2.4.2 Global Sourcing 40
2.4.3 Modular Sourcing 41
2.5 Tendenzen in Abnehmer-Zulieferer-Beziehungen der Automobil industrie 43
2.6 Zusammenfassung 45
3. Beschreibung und Einordnung der betrachteten Problemstellung 47
3.1 Problembeschreibung 47
3.1.1 Prototypen-Fertigung als Ausgangssituation des Projekts 47
3.1.2 Zeitliche Planabweichungen in der Produktion als projektbezogenes Problem 48
Inhaltsverzeichnis Seite 3
3.1.3 Unsicherheit in der Planung als projektbezogenes Problem 51
3.2 Einordnung des vorliegenden Problems in die Produktionsplanung und -Steuerung sowie
Projektmanagement 53
3.2.1 Allgemeine Zielformulierung betrieblichen Handelns als primäre Orientierung
strategischer Planung und operativer Produktionssteuerung 53
3.2.2 Ziele der PPS und ihre Beziehungen untereinander 55
3.2.2.1 Lieferbereitschaft 56
3.2.2.2 Termintreue 56
3.2.2.3 Zielzusammenhänge 57
3.2.3 Einordnung der Problemstellung in die betriebswirtschaftlichen Wirkungsbereiche
„Projektmanagement bzw. .Produktionsplanung und -Steuerung 58
3.2.3.1 Projektmanagement 58
3.2.3.2 Produktionsmanagement mit Produktionsplanung und -Steuerung 60
3.2.3.2.1 Allgemeine Aufgabe der Produktionsplanung und -Steuerung 60
3.2.3.2.2 Sukzessive Durchführung der Produktionsplanung und -Steuerung 60
3.2.3.2.2.1 Programmplanung 63
3.2.3.2.2.2 Teilbedarfs- und Bestellplanung 63
3.2.3.2.2.3 Durchlaufterminierung 63
3.2.3.2.2.4 Kapazitätsabgleich 65
3.2.3.2.2.5 Auftragsfreigabe 65
3.2.3.2.2.6 Ablaufplanung und -kontrolle zur Regelung betrieblicher Vorgänge 65
3.2.3.2.2.6.1 Zeitbetrachtungen von Aufträgen und Vorgängen in der
Ablaufplanung 68
3.2.3.2.2.6.2 Faktorkapazität als Betrachtungsgegenstand der Ablaufplanung 72
3.2.3.2.3 Sukzessive Durchführung der Produktionsplanung und -Steuerung und
Computer Integrated Manufacturing 73
3.3 Problemkomplexität 76
3.3.1 Ursachen und Begriffe der Komplexität 76
3 3.2 Algorithmen zur Problemlösung 78
3.3.3 Problemklassen 81
3.4 Reihenfolgeentscheidungen mit Prioritätsregeln 84
3.4.1 Einsatz von Prioritätsregeln in der Werkstattfertigung 84
3.4.2 Prioritätsregeln zur Unterstützung der Projekt- und Fertigungssteuerung - Abgrenzung
zu anderen PPS Verfahren 86
3.4.2.1 Kanban 86
3.4.2.2 Belastungsorienti erte Auftragsfreigabe 87
3.4.3 Wirkungsgrad und Informationsbezug von Prioritätsregeln 88
3.5 Zusammenfassung 97
Seite 4
Inhaltsverzeichnis ^
4 Simulation als Instrument zur Informationsgewinnung und Entscheidungsunterstützung in der
zielorientierten Ablaufplanung 100
4.1 Begriff der Simulation 103
4 2 Vor- und Nachteile des Simulationseinsatzes für die vorliegende Problemstellung 104
4.3 Systemdefinitionen und -abgrenzungen 107
4.4 Modelle als Systemabbildungen 112
4.4.1 Kybernetische System- und Modelltheorie 117
4.4.1.1 Inhalt und Ziel der Kybernetischen Systemtheorie 117
4.4.1.2 Elemente und Instrumentarien der Kybernet i sehen Systemtheorie 118
4.4.2 Betriebliche Führungssysteme 123
4.5 Simulation und Zeitfortschritt 125
4.5.1 Activity Scanning 129
4.5.2 Event Scheduling 130
4.5.3 Process Interaction 133
4.6 Zusammenfassung 134
5. Konzeption eines Simulationsmodells zur prioritätsregelbasierten Ablaufplanung 136
5.1. Zentrale Aspekte 136
5.2 Gestaltung des Simulat i onsmodells 138
5.2.1 Anwendungsfall 140
5.2.2 Verwendete Zeit- und Kapazitätsdaten zur Beeinflussung der Planung 142
5.2.2.1 Integration von Realzeitdaten in die simulationsgestützte Planung 144
5.2.2.1.1 Einbindung von Realzeiten in die laufende Planung 145
5.2.2.2 Abbildung der Auftragsstruktur durch vergierende Anordnungsbeziehungen
zwischen Vorgängen 147
5.2.2.2.1 Strukturelle Startbarkeit 149
5.2.2.2.2 Zeitliche Startbarkeit 149
5.2.3 Simulationsgerechte Gestaltung eines Kalendermechanismus für die Berechnung des
Zeitfortschritts 151
5.2.4 Aufbau einer zentralen Zeitsteuerung entsprechend des Event Scheduling 156
5.2.5 Einlastung neuer auftragsorientierter Projektnetzpläne zur Ermittlung eines ersten
diskutablen Fertigstellungstermins 157
5.2.6 Schemata zur Generierung von Ressourcenplänen 159
5.2.7 Verknüpfung des Event Scheduling mit dem parallelen Schema zur Generierung von
Ressourcenplänen zu einem Simulationsalgorithmus 162
5.2.8 Integration von Reihenfolgeentscheidungen in kapazitären
Engpaßsituat i onen in den Simulat i onsablauf 165
5.3 Zusammenfassung 167
Inhaltsverzeichnis Seite 5
6. Implementation 169
6.1 Objektorientierte Implementation des Simulationssystems 169
6.1.1 Einsatz von Objektorientierter Analyse und Design für
Systementwurf und Implementation 170
6.1.2 Eigenschaften und Vorteile der objektorientierten Programmentwicklung 172
6.1.2.1 Objekt- und Klassenbegriff 173
6.1.2.2 Vorteile der objektorientierten Modellkonzeption 176
6.1.3 Beschreibung des verwendeten Klassen- und Objektmodells 178
6.1.3.1 Inhaltliche Modelldarstellung mit Datenobjekten 178
6.1.3.1.1 Aufträge 181
6.1.3.1.2Vorgänge 181
6.1.3.1.3 Anordnungsbeziehungen zwischen Vorgängen 183
6.1.3.1.4 Kostenstellen 184
6.1.3.2 Objektorientierte Gestaltung der Zeitsteuerung 185
6.1.4 Implementation der dynamisch eingesetzten Berechnung von
Projektnetzen nach CPM 186
6.2 Implementation des Simulationsmodells in Form des Programms „Matos 189
6.2.1 Anbindung der Software an bestehende BDE-Systeme und Client/Server-
Umgebungen 190
6.2.1.1 Implementierte Datenschnittstelle zum Einlesen neuer Projekte 191
6.2.1.2 Implementierte Schnittstelle zur Datenhaltung und für den Datenzugriff 194
durch MS Access 194
6.2.2 Übertragung des Anwendungsfalls in den Einsatz von Matos 195
6.2.3 Implementation der Planungs- und Simulationsfunktionalität 196
6.2.3.1 Verwaltung des kalender- und schichtgebundenen Zeitrahmens 196
6.2.3.2 Verwaltung der Kostenstellendaten 198
6.2.3.3 Verwaltung der Vorgangsdaten 200
6.2.3.4 Verwaltung der Projektdaten 201
6.2.3.5 Lückensuche für neu eingelastete Aufträge 203
6.2.3.6 Simulation zur dynamischen Vorgangsterminierung 206
6.2.3.8 Übersicht der monatlich angelegten und abgeschlossenen Projekte 207
6.2.3.9 Auswertung der Kapazitätsbelegungen 208
6.2.3.10 Auswertung der Terminabweichungen 209
6.2.3.11 Auswertung der Startverzögerungen von Vorgängen 210
6.3 Test der Terminwirkung ausgewählter Prioritätsregeln 214
6.4 Zusammenfassung 219
7. Zusammenfassende Abschlußbetrachtung und Ausblick 221
7.1 Kritische Analyse des implementierten Simulationsmodells 221
7.2 Ausblick 225
Literaturverzeichnis 228
. .. . Seitee
AbMIdungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Kundenorientierte Supply Chain 13
Abbildung 2: Logistische Qualitätskriterien 14
Abbildung 3- Beschäftigung in der Automobil-Zulieferindustne 25
Abbildung 4- Umsatz in der Automobil-Zulieferindustrie 26
Abbildung 5: Lieferanten-Kunden-Beziehungen entlang der Supply Chain 27
Abbildung 6: Zuliefererpyramide nach Wildemann 30
Abbildung 7: Zulieferkette am Beispiel der Armaturentafel-Fertigung 31
Abbildung 8: Verteilung von Kooperationen in der Automobilindustrie nach Inhalten 37
Abbildung 9: Interorganisatorische Kooperation entlang der Prozeßkette 37
Abbildung 10: Traditionelle Beschaffung 42
Abbildung 11: Modular Sourcing 42
Abbildung 12: Modul Frontbeleuchtung 43
Abbildung 13: Motorenkolben-Prototyp 47
Abbildung 14: Darstellung des Problems der parallelen Auftragsbearbeitung auf
kapazitätsbeschränkten Ressourcen 50
Abbildung 15: Produktionsbezogene Unsicherheit 52
Abbildung 16: Grundziele der PPS 55
Abbildung 17: Projektmanagement in der Produktentwicklung 59
Abbildung 18: Grundaufbau klassischer PPS-Systeme 62
Abbildung 19: Durchlaufzeit eines Fertigungsauftrags 69
Abbildung 20: Komponenten der Durchlaufzeit 71
Abbildung 21: Einsatzgebiete der Simulation 76
Abbildung 22: Nichtdeterministisch-Polynomiale Problemklassen 82
Abbildung 23: Simulation als Experimentator 104
Abbildung 24: Begriffsbaum der Systembeschreibung 109
Abbildung 25: Modelltypen und Verwendungszweck 116
Abbildung 26: Stabilisierende Steuerung 119
Abbildung 27: Verändernde Steuerung 120
Abbildung 28: Stabilisierende Regelung 120
Abbildung 29: Verändernde Regelung 121
Abbildung 30: Regelkreis der Produktionsplanung 122
Abbildung 31: Funktionsübergreifende Steuerung und Regelung 123
Abbildung 32: Betriebliches Führungssystem 124
Abbildung 33: Zeitorientierte Simulation 127
Abbildung 34: Ereignisorientierte Zeitsprünge 128
Abbildung 35: Event Scheduling 132
Abbildung 36: Prozesse und Vorgänge 134
Abbildung 37: Modell zur zeitgesteuerten Simulation von Projektabläufen 139
Abbildung 38: Anwendungsfall 140
Abbildung 39: Betrachtung eines Vorgangs 143
Abbildung 40: Zeitübergreifende Zustandsbetrachtung 144
Abbildung 41: Datenaustausch zwischen Realsystem und Simulation 146
Abbildung 42: Vorgangsverknüpfungen 147
Abbildung 43: Vorgangspfeilnetz 148
Abbildung 44: Strukturelle Startbarkeit 149
Abbildung 45: Pufferzeiten und Vorzugszeiten 150
Abbildung 46: Vorgangsbezogene Terminberechnung 152
Abbildung 47: Ermittlung des Endtermins mit kumulierten Aktivzeiten 154
Abbildung 48: Berechnung des vorgangsbezogenen Endedatums 155
Abbildung 49: Dynamische Kapazitätsbelegung 157
Abbildung 50: Belastungsprofil 158
Abbildung 51: Aktionen in einem Zeittakt der Simulation 164
Abbildung 52: Phasen der objektorientierten Softwareentwicklung 171
Abbildung 53: Objektorientiertes Messaging 174
Abbildung 54: Methodenaufruf per Messaging 175
Abbildung 55: Klassendiagramm - Objektorientierte Datenhaltung 179
Abbildung 56: Datenabbildung durch Objekte 180
Abbildung 57: Steuerung der Simulationsuhr per objektorientierte Botschaften 186
Abbildungsverzeichnis Seite 7
Abbildung 58: Klassen zur Simulationsbegleitenden CPM-Berechnung 188
Abbildung 59: Einbindung von Matos in eine Client/Server-Umgebung 190
Abbildung 60: Datenmaske zum Einlesen neuer Projektdaten 192
Abbildung 61: Realzeit-Anpassung beim Einlesen neuer Projekte 193
Abbildung 62: Datenzugriffe mit Microsoft ActiveX Data Objects 194
Abbildung 63: Übertragung des Anwendungsfalls in den Einsatz von Matos 195
Abbildung 64: Betriebskalender 197
Abbildung 65: Schichtenkalender 197
Abbildung 66: Tabellen zur Verwaltung der Kostenstellen-Daten 198
Abbildung 67: Tabelle zur Verwaltung der Vorgangsdaten 200
Abbildung 68: Eingabemaske zur Änderung von Vorgangsdaten 201
Abbildung 69: Tabelle zur Verwaltung der Projektdaten 202
Abbildung 70: Eingabemaske zur Änderung von Projektdaten 202
Abbildung 71: Kapazitätsbelegung bei der Lückensuche 203
Abbildung 72: Zeitfenster zur Prüfung der Einlastbarkeit 204
Abbildung 73: Anzeige der Einlastung eines neuen Projekts 205
Abbildung 74: Übersicht der monatlich angelegten und abgeschlossenen Projekte 208
Abbildung 75: Auswertung der Kapazitätsbelegungen 209
Abbildung 76: Tabelle zur Auswertung von Terminabweichungen 210
Abbildung 77: Tabelle zur Auswertung vorgangsbezogenen Startverzögerungen 211
Abbildung 78: Grafische Auswertung vorgangsbezogener Startverzögerungen 212
Abbildung 79: Grafische Darstellung der Startsituation eines Vorgangs 213
Abbildung 80: Entwicklung der mittleren Projektverspätung für verschiedene Prioritätsregeln 217
Abbildung 81: Entwicklung des Fertigstellungsgrads 218
Abbildung 82: Entwicklung der mittleren Projektverspätung für verschiedene Prioritätsregeln
für einen weiteren Test 218
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