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E-Book

Adaptive Steuerung flexibler Werkstattfertigungssysteme

Nutzung moderner Informations- und Kommunikationstechnologien zur effizienten Produktionssteuerung unter Echtzeitbedingungen

AutorThomas van Brackel
VerlagGabler Verlag
Erscheinungsjahr2009
Seitenanzahl285 Seiten
ISBN9783834980663
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis54,99 EUR
Thomas van Brackel entwickelt ein umfangreiches und realitätsnahes Modell zur Steuerung von Werkstattfertigungssystemen. Die Effizienz der für dieses kombinatorische Optimierungsproblem entwickelten sequentiellen und parallelen Verfahren wird in einer Simulationsstudie auf der Basis eines echtzeitfähigen Steuerungskonzeptes auf verteilten Systemen untersucht.

Dr. Thomas van Brackel war wissenschaftlicher Mitarbeiter bei Prof. Dr. Otto Rosenberg am Lehrstuhl für Betriebswirtschaftslehre insbes. Produktionswirtschaft an der Universität Paderborn. Er ist als SAP-Unternehmensberater im Bereich Energiewirtschaft tätig.

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Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Geleitwort6
Vorwort7
Inhaltsverzeichnis8
Abbildungsverzeichnis14
Tabellenverzeichnis16
Symbolverzeichnis19
Kapitel 1 Einleitung21
Kapitel 2 Steuerung von Werkstattfertigungssystemen24
2.1 Produktion als Input/Output-System25
2.2 Produktionsplanung und -steuerung aus Sicht der Betriebswirtschaftslehre26
2.2.1 Betriebswirtschaftliche Zielgrößen26
2.2.2 Betriebswirtschaftliche Planungsmodelle27
2.3 Klassifizierung von Fertigungssystemen31
2.3.1 Fließfertigung33
2.3.2 Werkstattfertigung33
2.3.3 Zentrenfertigung34
2.3.4 Flexible Fertigungskonzepte34
2.3.5 Fazit36
2.4 Systeme zur Produktionsplanung und -steuerung36
2.4.1 Aufbau von Systemen zur Produktionsplanung und - steuerung37
2.4.2 Aufgaben von Systemen zur Produktionsplanung und - steuerung37
2.4.3 Schwachstellen der betrachteten Systeme zur Produktionsplanung und - steuerung44
2.5 Störungsmanagement45
2.5.1 Definition und Klassifizierung von St ¨ orungen46
2.5.2 Aufgaben des St ¨ orungsmanagements47
2.5.3 Maßnahmen in der Produktionsplanung49
2.5.4 Maßnahmen in der Produktionssteuerung50
2.6 Fazit53
Kapitel 3 Modelle und Lösungsansätze zur Steuerung54
3.1 Klassifizierung von Modellen zum Scheduling und Rescheduling54
3.1.1 Definition von Scheduling und Rescheduling55
3.1.2 Planungsumgebung55
3.1.3 Strategien zur Steuerung56
3.1.4 Grundsätze des Rescheduling59
3.1.5 Methoden zum Rescheduling60
3.2 Allgemeine Lösungsansätze62
3.2.1 Exakte Verfahren64
3.2.2 Prioritätsregeln66
3.2.3 Heuristische Eröffnungsverfahren66
3.2.4 Heuristische Verbesserungsverfahren67
3.3 Verfahren zur Reihenfolgeplanung74
3.3.1 Simulated Annealing Ansätze76
3.3.2 Ein schnelles Tabu Search Verfahren77
3.3.3 Genetische Algorithmen78
3.3.4 Das Shifting Bottleneck Verfahren80
3.3.5 Verbesserte Lösungsansätze zur heuristischen Suche81
3.3.6 Parallele Lösungsverfahren91
3.3.7 Modelle mit anderen Zielsetzungen92
3.4 Erweiterte Modelle93
3.4.1 Modelle mit parallelen Maschinen94
3.4.2 Modelle mit integrierten Aspekten der Losgr ¨ oßenplanung106
3.4.3 Modelle mit Lagerhaltung und Transportaspekten111
3.5 Modelle mit Rescheduling113
3.5.1 Reaktive Modelle114
3.5.2 Pr ¨ adikatives/ reaktives Scheduling117
3.5.3 Proaktive oder robuste Modelle127
3.6 Fazit zu Lösungsverfahren135
3.7 Fazit zu Rescheduling-Ansätzen137
Kapitel 4 Neues Modell zur adaptiven Steuerung138
4.1 Annahmen über die Problemstruktur139
4.1.1 Produktionsprogramm139
4.1.2 Integration von Aspekten der Losgrößenplanung140
4.1.3 Flexible Produktionsstruktur141
4.1.4 Lagerung142
4.1.5 Transport142
4.1.6 Bearbeitung und Weitertransport von Losen143
4.1.7 Dynamischer Produktionsablauf145
4.1.8 Bewertung einer Lösung / Zielkriterien147
4.2 Parameter149
4.2.1 Produktionsprogramm149
4.2.2 Integration von Aspekten der Losgrößenplanung150
4.2.3 Flexible Produktionsstruktur153
4.2.4 Transport156
4.2.5 Dynamischer Produktionsablauf157
4.2.6 Kosten im Fertigungssystem160
4.3 Variablen des Modells162
4.4 Nebenbedingungen163
4.4.1 Bündelung von Losen163
4.4.2 Zuordnung von Losen zu Maschinen164
4.4.3 Transitivität der Losreihenfolge164
4.4.4 Interdependenzen zwischen den Variablenklassen166
4.4.5 Berechnung der Bearbeitungszeitpunkte168
4.4.6 Produktartbeschränkungen176
4.4.7 Wertebereich der Variablen177
4.5 Zielfunktion178
4.5.1 Produktionskosten178
4.5.2 Rüstkosten178
4.5.3 Lagerkosten179
4.5.4 Transportkosten180
4.5.5 Terminabweichungskosten181
4.6 Kritische Beurteilung des Modells182
Kapitel 5 Konzept zur Steuerung184
5.1 Merkmale des benutzten Konzepts184
5.2 Realisierung187
5.2.1 Simulation des Produktionsablaufs187
5.2.2 Einfache Anpassung durch Prioritätsregel196
5.2.3 Zeitlimitbasierter Ansatz197
5.2.4 Kontinuierliche Optimierung198
Kapitel 6 Sequentielle und parallele Algorithmen für das neue Modell201
6.1 Erzeugung der Probleminstanzen202
6.1.1 Daten zu den Produktarten202
6.1.2 Daten zu den Aufträgen203
6.1.3 Daten zu den Losen203
6.1.4 Daten zu den Zentren204
6.1.5 Daten zu den Maschinen204
6.1.6 Daten zu den Transportmitteln205
6.1.7 Anpassung der Lieferterminzeitfenster205
6.2 Eröffnungsverfahren206
6.2.1 Kombiniertes Verfahren zur Berechnung der Startlösung208
6.3 Verbesserungsverfahren209
6.3.1 Verfahren zur Loszuordnung211
6.3.2 Verfahren zur Losreihenfolge213
6.3.3 Optimierung der Loszusammenfassung218
6.3.4 Beschreibung des Meta-Solvers218
6.4 Parallelisierung der Verfahren220
6.4.1 Massiv parallele und verteilte Systeme220
6.4.2 Kriterien zur Klassifizierung222
6.4.3 Gewählte Ansätze zur Parallelisierung223
Kapitel 7 Analyse und exemplarische Validierung der neuen Algorithmen230
7.1 Vortests231
7.1.1 Problemgr ¨ oße und Komplexit¨ at231
7.1.2 Bestimmung der Position der Zeitfenster233
7.1.3 Bestimmung der Gr ¨ oße der Zeitfenster234
7.1.4 Kosten der Startl ¨ osung235
7.2 Analyse der sequentiellen Algorithmen237
7.2.1 Bewertung der Er ¨ offnungsverfahren237
7.2.2 Vergleich der Verbesserungsverfahren241
7.3 Analyse der parallelen Algorithmen250
7.3.1 Test mit statischer Gruppengr ¨ oße251
7.3.2 Test mit dynamischer Gruppengr ¨ oße252
7.3.3 Effizienz des parallelen Verfahrens254
7.4 Exemplarische Validierung257
7.4.1 Vergleich der drei Ans ¨ atze untereinander257
7.4.2 Vergleich mit einem allwissenden Gegner261
Kapitel 8 Zusammenfassung und Ausblick265
Literaturverzeichnis268
Anhang A Tabellen und Abbildungen288
A.1 Abbildungen zum Steuerungskonzept und Algo-rithmen288
A.2 Ergänzende Tabellen zur Validierung292

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