Ablaufplanung bei Werkstattfertigung: Ameisenalgorithmen zur Minimierung der mittleren Durchlaufzeit
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| Format: | Thesis Book |
| Language: | German |
| Published: |
Göttingen
Sierke
2012
|
| Edition: | 1. Aufl. |
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| ISBN: | 9783868444544 |
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| adam_text | Seit etwas mehr als einem halben Jahrhundert befasst sich die
Wissenschaft mit der Ablaufplanung bei Werkstattfertigung in
der Form des statischen deterministischen Job Shop
Scheduling
Problems. Dabei wurde als Standardzielsetzung zumeist die
Minimierung der Zykluszeit verwendet, wenngleich ihr nur gerin¬
ge praktische Bedeutung beizumessen ist. Im vorliegenden
Buch wird daher die weitaus realistischere Zielsetzung der
Minimierung der mittleren Durchlaufzeit betrachtet, die einer
möglichst schnellen Abwicklung eines Auftrags entspricht.
Da mit Hilfe von Ameisenalgorithmen bereits für andere Arten
von Ablaufplanungsproblemen gute Ergebnisse erzielt werden
konnten, wird diese Metaheuristik als Lösungsverfahren unter¬
sucht. Neben einem umfassenden Überblick über das Problem
der Maschinenbelegung bei Werkstattfertigung wird das Design
von Ameisenalgorithmen zur Lösung des Job Shop Problems
ausführlich erläutert. Unter anderem wird ein Algorithmus vorge¬
schlagen, der mit dem Einsatz verschiedener Pheromonmodelle
innerhalb eines Verfahrens einen neuartigen Ansatz bei der
Verwendung heterogener, miteinander kommunizierender Ko¬
lonien darstellt. Für die betrachteten Benchmarkprobleme kön¬
nen sehr gute, zum Teil optimale Lösungen für die Zielsetzung
der Minimierung der mittleren Durchlaufzeit bestimmt werden.
Die vorgeschlagene experimentgestützte Auslegung des neuen
MKMP-Verfahrens führt zu einer Lösungsgüte, die derjenigen
aller anderen untersuchten Verfahren überlegen ist.
IMAGE 1
V
INHALTSVERZEICHNIS
ABKUERZUNGSVERZEICHNIS IX
SYMBOLVERZEICHNIS XI
ABBILDUNGSVERZEICHNIS XIX
TABELLENVERZEICHNIS XXI
1 EINLEITUNG 1
2 PRODUKTIONSPLANUNG U N D -STEUERUNG 5
2.1 AUFGABENBEREICHE DER PRODUKTIONSPLANUNG U N D -STEUERUNG 5
2.2 STRUKTUR HEUTIGER PPS-SYSTEME 9
2.2.1 DIE ENTWICKLUNG DES MRP II-KONZEPTS 10
2.2.2 PPS IN EINEM ERP-SYSTEM A M BEISPIEL VON SAP ERP 12
2.3 GRUNDLAGEN DER ABLAUFPLANUNG 14
2.3.1 MASCHINENCHARAKTERISTIKA 14
2.3.2 AUFTRAGSCHARAKTERISTIKA 16
2.3.3 ENTSCHEIDUNGSRELEVANTE KOSTEN 17
3 MASCHINENBELEGUNG BEI WERKSTATTFERTIGUNG 21
3.1 VERBALE PROBLEMBESCHREIBUNG 21
3.2 ZIELSETZUNGEN 23
3.2.1 DURCHLAUFZEITBEZOGENE ZIELSETZUNGEN 23
3.2.2 BELEGUNGS- BZW. KAPAZITAETSBEZOGENE ZIELSETZUNGEN 27
3.2.3 TERMINBEZOGENE ZIELSETZUNGEN 30
3.3 DARSTELLUNG UND LOESUNG DES JOB SHOP PROBLEMS 31
3.3.1 MATRIZENSCHREIBWEISE 32
3.3.2 DISJUNKTIVER GRAPH : 34
3.3.3 GANTT-DIAGRAMM 38
3.4 MATHEMATISCHES OPTIMIERUNGSMODELL 40
3.5 KOMPLEXITAETSTHEORETISCHE BETRACHTUNG 43
3.6 ARTEN VON ABLAUFPLAENEN 46
3.7 LOESUNGSVERFAHREN : 53
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IMAGE 2
V I
4 AMEISENALGORITHMEN UND IHRE AUSGESTALTUNG FUER DAS JOB SHOP PROBLEM 57
4.1 BIOLOGISCHER HINTERGRUND 57
4.2 REALE UND ARTIFIZIELLE AMEISEN 61
4.3 DIE ACO-METAHEURISTIK 63
4.3.1 GRUNDSTRUKTUR 63
4.3.2 ANT SYSTEM 65
4.3.3 ELITIST U N D RANK-BASED ANT SYSTEM 67
4.3.4 MAXMIN ANT SYSTEM 69
4.3.5 ANT COLONY SYSTEM 69
4.3.6 ANSAETZE MIT MEHREREN KOLONIEN 71-
4.3.7 AMEISENALGORITHMEN ZUR MASCHINENBELEGUNG 73
4.4 DESIGNAUFGABEN UND AUSGESTALTUNGSMOEGLICHKEITEN FUER DAS JOB SHOP
PROBLEM.. 76
4.4.1 DESIGNAUFGABEN 76
4.4.2 ABBILDUNG DES PROBLEMS IN EINEM GRAPH 77
4.4.3 LOESUNGSKONSTRUKTION UND GEDAECHTNIS DER AMEISE 78
4.4.3.1 ALLGEMEINE VORGEHENS WEISE 78
4.4.3.2 KEINE EINSCHRAENKUNG 82
4.4.3.3 AKTIVE ABLAUFPLAENE 83
4.4.3.4 UNVERZOEGERTE ABLAUFPLAENE 84
4.4.4 KODIERUNG DES PHEROMONMODELLS 86
4.4.5 HEURISTISCHE INFORMATION 92
5 AMEISENALGORITHMEN ZUR MASCHINENBELEGUNG BEI WERKSTATTFERTIGUNG 99
5.1 LITERATURUEBERBLICK UND -AUSWAHL 99
5.2 ANGEPASSTE ANSAETZE DER LITERATUR 101
5.2.1 DER ANSATZ VON COLORNI ET AL 101
5.2.2 DER ANSATZ VON TEICH ET AL 1 0 3
5 . 2 . 3 DER ANSATZ VON BLUM/SAMPELS 106
5.2.4 DER ANSATZ VON UDOMSAKDIGOOL/KACHITVICHYANUKUL 110
IMAGE 3
INHALTSVERZEICHNIS
VII
5.3 ANSAETZE MIT MEHREREN PHEROMONMODELLEN 114
5.3.1 EIN ANSATZ ZUM VERGLEICH DER PHEROMONMODELLE 114
5.3.2 DER MKMP-ANSATZ MIT MEHREREN KOLONIEN UND UNTERSCHIEDLICHEN
PHEROMONMODELLEN 117
6 EXPERIMENTELLE ANALYSE 129
6.1 GRUNDSAETZLICHE ANALYSE DER BENCHMARKPROBLEME 129
6.1.1 CHARAKTERISIERUNG DER BENCHMARKPROBLEME 129
6.1.2 SUCHE VON OPTIMALEN LOESUNGEN MIT DER OPTIMIERUNGSSOFTWARE AIMMS
131
6.1.3 PRIORITAETSREGELN ALS DETERMINISTISCHES LOESUNGSVERFAHREN 136
6.2 DAS VERHALTEN VON AMEISENALGORITHMEN BEI VERWENDUNG VERSCHIEDENER
PHEROMONMODELLE 144
6.2.1 PARAMETEREINSTELLUNGEN UND AUFBAU DER EXPERIMENTE 145
6.2.2 UNTERSUCHUNG VERSCHIEDENER PHEROMONMODELLE 146
6.2.2.1 PHEROMONMODELL MIT REIHENFOLGEKODIERUNG 146
6.2.2.2 PHEROMONMODELL MIT POSITIONSKODIERUNG DER PERMUTATION 151
6.2.2.2.1 STANDARDAUSWERTUNG DER POSITIONSKODIERUNG 151
6.2.2.2.2 SUMMENAUSWERTUNG DER POSITIONSKODIERUNG 155
6.2.2.3 PHEROMONMODELL MIT POSITIONSKODIERUNG AUF DEN MASCHINEN... 158
6.2.2.4 RELATION-LEARNING-MODELL 161
6.2.3 GEGENUEBERSTELLUNG DER BESTEN LOESUNGEN 165
6.3 ANGEPASSTE ANSAETZE DER LITERATUR 168
6.3.1 DER ANSATZ VON COLORNI ET AL 169
6.3.2 DER ANSATZ VON TEICH ET AL 170
6 . 3 . 3 DER ANSATZ VON BLUM/SAMPELS 1 7 2
6.3.4 DER ANSATZ VON UDOMSAKDIGOOL/KACHITVICHYANUKUL 175
6.4 DAS MKMP-VERFAHREN 178
6.4.1 AUSGANGSPARAMETEREINSTELLUNGEN U N D GANG DER UNTERSUCHUNG 178
6.4.2 WAHL DER PHEROMONMODELLE 179
6.4.3 ERMITTLUNG DER HEURISTISCHEN INFORMATION 181
6.4.4 GEWICHTUNG VON GLOBALER U N D LOKALER PHEROMONMATRIX 183
6.4.5 GEWICHTUNG VON PHEROMONSPUR U N D HEURISTISCHER INFORMATION 184
IMAGE 4
VIII
6.4.6 WAHL DER VERDUNSTUNGSRATE 188
6.4.7 WAHL DER AMEISE Z U M GLOBALEN PHEROMONUPDATE 189
6.4.8 ANZAHL DER AMEISEN 191
6.5 GESAMTVERGLEICH DER VERFAHREN 194
6.5.1 PARAMETEREINSTELLUNGEN 194
6.5.2 FESTLEGUNG DER RECHENZEIT 195
6.5.3 VERGLEICH DER MITTLEREN DURCHLAUFZEITEN 199
7 ZUSAMMENFASSUNG 207
ANHANG: ERGEBNISSE DER PRIORITAETSREGELVERFAHREN XXV
LITERATURVERZEICHNIS XXIX
|
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