Heuristik zur Steuerung komplexer Montagesysteme mit flexibler Ressourcenzuteilung und -leistung und begrenzter Ressourcenkapazität

Fakultät Maschinenwesen Institut für Technische Logistik und Arbeitssysteme, Professur für Technische Logistik Fakultät Informatik Institut für Angewandte Informatik, Professur Modellierung und Simulation HEURISTIK ZUR STEUERUNG KOMPLEXER MON- TAGESYSTEME MIT FLEXIBLER RESSOURCEN- ZUTEILUNG UND -LEISTUNG UND BEGRENZTER RESSOURCENKAPAZITÄT Auftraggeber: Arbeitsgemeinschaft industrieller For- schungsvereinigungen "Otto-von-Guericke" e.V. (AiF) im Auftrag der Bundesvereinigung Logistik (BVL) e.V. Auftragnehmer: Technische Universität Dresden Forschungsstelle 1: Fakultät Maschinenwesen Professur Technische Logistik Forschungsstelle 2: Fakultät Informatik Professur Modellierung und Simulation Bearbeiter: T. Schmidt, O. Rose, M. Völker, S. Carl, D. Noack, E. Angelidis, F. Pappert Datum: Dresden, 25.08.2009 Schlussbericht des aus Haushaltsmitteln des Bundesministeriums für Wirtschaft und Arbeit (BMWA) über die Arbeitsgemeinschaft industrieller Forschungsvereinigungen "Otto-von-Guericke" e.V. (AiF) im Auftrag der Bundesvereinigung Logistik (BVL) e.V. geförderten Forschungsvorhaben (AiF-Nr. 15522 BR). Fakultät Maschinenwesen Fakultät Informatik Institut für Technische Logistik und Arbeitssysteme Institut für Angewandte Informatik Professur Technische Logistik Professur Modellierung und Simulation http://tu-dresden.de/mw/tla http://simulation-dresden.de TU Dresden TU Dresden 01062 Dresden 01062 Dresden Herausgegeben von: Prof. Dr.-Ing. habil. Thorsten Schmidt Prof. Dr. rer. nat. Oliver Rose Institut für Technische Logistik und Arbeitssysteme Institut für Angewandte Informatik Professur für Technische Logistik Professur Modellierung und Simulation Telefon: +49 351 463-32538 Telefon: +49 351 463-38360 Telefax: +49 351 463-35499 Telefax: +49 351 463-39688 Email: thorsten.schmidt@tu-dresden.de Email: oliver.rose@inf.tu-dresden.de http://tu-dresden.de/mw/tla http://simulation-dresden.de Technische Universität Dresden Technische Universität Dresden Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Die dadurch begründeten Rechte, insbesondere die der Übersetzung, des Nachdrucks, der Entnahme von Abbildungen, der Wiedergabe auf photomechanischem oder ähnlichem Wege und der Speicherung in Datenverarbeitungsan- lagen bleiben – auch nur auszugsweise – vorbehalten. Copyright © Professur für Technische Logistik, Professur Modellierung und Simulation Printed in Germany 2009 Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Abkürzungsverzeichnis 1. Einleitung 2 1.1 Ausgangssituation 2 1.2 Beschreibung der Problemstellung 2 1.3 Erhöhte Anforderungen für die Logistik 6 1.4 Wissenschaftliche Zielstellung und angestrebte Forschungsergebnisse 7 1.5 Lösungsweg zur Erreichung des Forschungszieles 7 2 Grundlagen und Stand der Technik 10 2.1 Definitionen elementarer Begriffe des Forschungsprojektes 10 2.2 Arten und Formen von Montage 12 2.3 Charakteristische Merkmale komplexer Montageprozesse 15 2.4 Anforderungen an moderne PPS-Konzepte 16 2.5 Stand der Forschung 18 3 Lösungsansatz der simulationsbasierten Heuristik 21 3.1 Struktureller Aufbau 21 3.2 Funktionsweise und Ablauf des Verfahrens 22 3.2.1 Ablauf und Datenfluss 22 3.2.2 Konzept und Umsetzung der Ablaufsteuerung 22 3.2.3 Verwaltung der LogObjekte 22 3.2.4 Verändern der Simulationseinstellung 23 3.2.5 Planbewertung 23 3.2.6 Zyklusende 23 3.2.7 Nutzerinteraktion und Datenausgabe 23 3.3 Funktionsweise des Verfahrens 23 3.4 Optimierungsalgorithmen 25 3.4.1 Erste Stufe: Initialisierung der Vorgangsmodi 26 3.4.2 Zweite Stufe: Senken der Personalressourcen 27 3.4.3 Zielfunktion 30 3.4.4 Abbruchkriterium 31 3.5 Bewertung der simulationsbasierten Heuristik 33 3.5.1 Experimente Stufe 1 33 3.5.2 Experimente Stufe 2 36 4 Modellierung der Fallbeispielprozesse und Ergebnisse der Simulationsuntersuchungen 42 4.1 Beabsichtigte Umsetzung der angestrebten Forschungsergebnisse 42 4.2 Prozessanalyse ausgewählter Produkttypen 43 4.3 Beschreibung von Montage-Prozessmodellen 45 4.4 Optimierungsziele und Restriktionen der Fallbeispiele 49 Heuristik zur Steuerung komplexer Montagesysteme 4.5 Simulationsergebnisse – Potentiale und Effekte 51 4.6 Abschließende Bewertung des Forschungsprojektes 53 5 Zusammenfassung und resultierender Forschungsbedarf 55 Literaturverzeichnis 57 Abbildungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Bild 1: Beispiel Montagearbeitsplan mit detaillierter Personal-, Vorrichtungs-, Bauteil- und Baugruppen-Zuordnung.......................................................................................................... 3 Bild 2: Taktmodell mit 18 Taktstationen und 3 Takten pro Schicht................................................. 4 Bild 3: Visualisierung des Kapazitätsbedarfes für drei parallele Montagestationen ..................... 4 Bild 4: Abstrahierter Vorgangspfeilnetzplan für die Endmontagealternativen einer kundenspezifischen Großmaschine ....................................................................................... 6 Bild 5: Arbeitsschritte und Personaleinsatz des Forschungsvorhabens ......................................... 9 Bild 6: Planungsaktivitäten und Vorgehensweise der PPS ............................................................ 11 Bild 7: Komplexität des Montageobjektes ....................................................................................... 12 Bild 8: Organisationsformen der Montage ...................................................................................... 13 Bild 9: Klassifizierung von Montagesystemen ................................................................................ 15 Bild 10: Anforderungskatalog für moderne PPS-Konzepte ........................................................... 18 Bild 11: Struktureller Systemaufbau................................................................................................ 21 Bild 12: Programmablaufplan........................................................................................................... 22 Bild 13: Stufendifferenzierter Ablauf ............................................................................................... 24 Bild 14: Vorgangsmodi...................................................................................................................... 26 Bild 15: Restzeit.................................................................................................................................. 27 Bild 16: Unterschiedliche Ressourcenauslastung........................................................................... 28 Bild 17: Schema Vorgangsänderung ............................................................................................... 29 Bild 18: Analyse der Zielfunktion ..................................................................................................... 31 Bild 19: Abbruchkriterium................................................................................................................. 33 Bild 20: Experimente zu den Jobauswahlregeln der ersten Stufe ................................................