Poduktion 2.0 (Fach) / Layoutplanung (Lektion)

Layoutplanung

Diese Lektion wurde von KaFa91 erstellt.

Lektion lernen

zurück  |  weiter 1 / 1

• Prozessgestaltung  Ablaufplanung 3 Problemkomplexe -          Layoutplanung (innerbetriebliche Standortplanung) -          Terminplanung o       Durchlaufterminierung o       Kapazitätsterminierung -          Reihenfolgeplanung
• Layoutplanung = Planung der räumlichen Strukturen des Produktionsbetriebes (1) Aufgabe (2) Charakteristika (1) Optimale Anordnung einer gegebenen Anzahl interdependenter Organisationseinheiten unter Beachtung von Restriktionen hinsichtlich eines oder mehrerer Ziele(s) (Materialflussbeziehungen)   -          Es existiert eine Menge an Organisationseinheiten zwischen denen Kontakte bestehen -          Es ist eine Fläche gegeben, auf der diese Organisationseinheiten anzuordnen sind -          Bei dieser Anordnung sind Restriktionen zu beachten -          Zur Beurteilung der generierten Anordnungen existiert eine Menge von Zielen -          Es wird diejenige räumliche Anordnung der Organisationseinheiten ausgewählt, die den vorgegebenen Zielen am besten entspricht
• Layoutplanung Ziele = Kostenminimierung   Transportkosten Bei Ortsänderungen von Gütern   Standortwechselkosten Bei Veränderung der geographischen Lage einer oder mehrerer Organisationseinheiten   Zwischenlagerungskosten = Personal-, Abschreibungs-, Zins- und Energiekosten
• Layoutplanung (1) Ziele (2) Prinzipien -          Minimierung der Durchlaufzeiten -          Geringe Liquiditätsbelastung -          Hohe Arbeitssicherheit -          Störungsarme Produktion -          Hohe Übersichtlichkeit der Produktionsstrukturà Erleichterung der Kontrolle des Produktionsablaufs -          Günstige Raumausnutzung -          Hohe Werbungseffekte -          Flexibilität   -          kürzester Verkehrsweg -          Ausnutzung des natürlichen Gefälles -          Zentrale Anordnung verkehrsreicher Abteilungen -          Räumliche Geschlossenheit zusammengehörender Bauteile -          Räumliche Isolierung von Gefahrenquellen
• Layoutplanung Grundmodell à Problem der Zuordnungen von Organisationseinheiten zu Teilflächen à andere Modelle berücksichtigen den Platzbedarf der Organisationseinheiten nicht   I Organisationseinheiten Diese sind M möglichen Standorten so zuzuordnen Das die Transportkosten minimiert werden (mit I = M) à quadratisches Zuordnungsproblem
• Layoutplanung Grundmodell Datengrundlage Entfernungsmatrix D [MxN] Die Elemente dmn geben die Entfernung zwischen den potentiellen Standorten m und n an (m,n = 1, …, M = N und dnn = 0 für alle n)   Intensitätsmatrix Λ [IxJ] Die Elemente λij geben die Transportkosten pro Periode zwischen den Organisationseinheiten i und j an (i,j = 1, …, I = J und λjj für alle j)   Transportkostenmatrix K [IxJ] Die Elemente kij geben die Transportkosten pro Entfernungseinheit für den Transport einer Mengeneinheit von Organisationseinheit j an   Die Entscheidung über die Zuordnung einer Organistionseinheit i bzw. j zu einem potentiellen Standort m bzw. n wird mit Hilfe binärer Zuordnungsvariablen uim bzw. ujn abgebildet Die im Falle einer Zuordnung den Wert 1, ansonsten den Wert 0 annehmen   à Zuordnungsmatrix U [(I = J) x (M = N)]
• Layoutplanung Grundmodell Zielfunktion Zielfunktion: à Minimierung der Transportkosten K = ∑Ii=1∑Jj=1∑Mm=1∑Nn=1 kij * λij * dmn * uim * ujn à min!   Nebenbedingung Jede Organisationseinheit wird genau einem potentiellen Standort zugeordnet ∑Mm=1 uim = 1   Jeder potentielle Standort wird maximal einer Organisationseinheit zugeordnet ∑Ii=1 uim ≤ 1   Die Entscheidungsvariablen können nur die Werte 0 und 1 annehmen uim ϵ {0,1} ujn ϵ {0,1}
• Layoutplanung Lösungsansätze Nicht interaktive Verfahren à kein Einfluss auf die Problemlösung nach der Eingabe der Daten des Layoutplanungsproblems   Unterscheidung in exakte und heuristische Verfahren à exakte: Rechenaufwand steigt überproportional mit zunehmender Problemgröße, d.h. nur bei kleineren Problemabmessung   à heuristische Verfahren à bei großen Problemabmessungen = reale Problemstellungen à Ziel: Innerhalb einer akzeptablen Dauer eine befriedigende Lösung zu finden, die der optimalen Lösung sehr nahe kommt
• Layoutplanung Lösungsansätze Nicht interaktive Verfahren Konstruktionsverfahren Setzt man ein, wenn man eine Neuplanung durchführt   Ausgangspunkt: Leere Planungsfläche à sukzessives Einsetzen der Organisationseinheiten in die freie Fläche   Kriterien -          mit welcher Einheit beginne ich -          welche Maschinen sind die folgendenà Auswahl für die weiteren anzuordnenden Maschinen -          Auswahl der Position zu den bereits angeordneten Organisationseinheiten (diese werden nicht mehr verändert -          Beendet wenn alle Einheiten zugeordnet sind   Bsp.: CORELAP (Computerized Relationship Layout Planning)
• Layoutplanung Lösungsansätze Nicht interaktive Verfahren Vertauschungsverfahren Ausgangsbasis = beliebige Basisanordnung bereits vorhanden = Ausgangslayout à sukzessives Vertauschungsverfahren (zweier oder mehrerer Organisationseinheiten) à Beendet wenn man keine Verbesserung des Zielfunktionswertes mehr erreichen kann   Einsatzbereich Umstellungs- und Erweiterungsmaßnahme   Bsp.: CRAFT (Computerized Relative Allocation of Facilities Technique)
• Layoutplanung Lösungsansätze Nicht interaktive Verfahren Kombinationsverfahren à Zusammengesetzt aus Konstruktions- und Verbesserungsverfahren à Ausgangslayout mithilfe des Konstruktionsverfahrens à dies ist Grundalge für das Verbesserungsverfahren   Bsp.: Umlaufmethode Grundgedanke: Für jede neu angeordnete Organisationseinheit zusätzlich überprüfen, ob durch eine Vertauschung benachbarter Einheiten eine Verbesserung des Zielfunktionswertes realisiert werden kann.
• Layoutplanung Lösungsansätze Interaktive Verfahren (1) Grundstruktur (2) LAPLAS a. Programmteile b. Eigenschaften à Möglichkeit der Mitgestaltung des Layouts im Rahmen des computergestützten Planungsprozesses à Mensch-Maschine-Kommunikation à Umfasst sämtliche Interaktionsarten zwischen Planer und Rechner   Layoutplanungssystem (LAPLAS) Programmteile zur -          selbstständigen Erstellung eines Layoutvorschlags -          frei interaktiv definierbaren Layoutcharakterisierung -          graphisch-interaktiven Layouterstelllung und –parametrisierung -          verknüpfendes Rahmenprogramm   Eigenschaften -          Verarbeitung mehrerer gewichteter Teilziele bei selbstständiger Optimierung -          Zuordnung einer beliebigen Anzahl verschiedener Transportkosten zu den Materialflussbeziehungen -          Flächen- und formtreue Verarbeitung der einzuplanenden Flächen -          Definition beliebig vieler restriktiver Anordnungsflächen auf der Basisfläche
• Terminplanung (1) Aufgabe (2) Teilbereiche (1) = Entwurf einer zeitlichen Ordnung, d.h. Terminliche Zuordnung der Aufträge oder Arbeitsvorgänge auf die entsprechenden Produktiveinheiten à Festlegung von Start- und Endterminen der durchzuführenden Arbeitsgänge   Im Rahmen der Werkstattproduktion à zusätzlich Reihenfolgenplanung     -          Durchlaufterminierung o        Festlegung der Anfangs- und Endzeit ohne Beachtung von Kapazitäten -          Kapazitätsterminierung o        Reinnehmen von Restriktionen, habe ich einen gültigen Plan erstellt? à müssten simultan geplanten werden
• Terminplanung Strukturierung der Durchlaufzeit/ Durchlaufzeitterminierung (1) Aufgabe: (2) Ausgangspunkt (3) Durchlaufzeit (1) = Festsetzung der Anfangs- und Endtermine der durchzuführenden Arbeitsgänge, ohne dabei eventuell auftretende Kapazitätsrestriktionen zu berücksichtigen   (2) = gewünschter Fertigstellungstermin   (3) = Zeitspanne, die ein Werkstück braucht… … vom Eintritt in den Produktionsbereich … bis zu dessen endgültiger Fertigstellung … und Übergab an den Vertriebsbereich
• Terminplanung Strukturierung der Durchlaufzeit/ Durchlaufzeitterminierung Aufspaltung der Durchlaufzeit Liege- oder Wartezeiten = Zeitspanne, die das zu bearbeitende Teil im Produktionssystem verbringt, ohne dass eine Veränderung im Sinne eines Arbeitsfortschrittes erfolgt   erhebliche Bedeutung der Liegezeiten à 85% der Durchlaufzeit à Schätzgröße à Schätzgüte beeinflusst die Qualität der Durchlaufterminierung
• Terminplanung Strukturierung der Durchlaufzeit/ Durchlaufzeitterminierung Aufspaltung der Durchlaufzeit Liege- oder Wartezeiten Reduzierung der Liegezeiten Abb. S. 505 Überlappen à teilweise gleichzeitige Bearbeitung aufeinander folgender Arbeitsgänge, d.h. eine Teilmenge des Arbeitsvorganges ist fertig und wird bereits an die folgende Bearbeitungsstation weitergeleitet, ohne dass der vorangegangene Vorgang vollständig bearbeitet ist. à die Durchlaufzeit sinkt, aber die Anzahl der Transportvorgänge steigt à Steigende Kosten   Splitten à Teilung des Auftrags oder Arbeitsvorgangs . Diese Teile werden dann auf unterschiedlichen Produktiveinheiten getrennt bearbeitet. à Werkstücke eines Auftrags werden gemeinsam transportiert à Transport kosten bleiben konstant à aber Rüstkosten steigen um das n-fache an
• Terminplanung Kapazitätsterminierung Aufgabe: = Festlegung der Anfangs- und Endtermine der einzelnen Vorgänge unter Berücksichtigung von kapazitätsmäßigen Restriktionen  Periodenmäßige Gegenüberstellung von Kapazitätsangebot und -nachfrage
• Reihenfolgeplanung (1) Aufgabe: (2) Maschinenfolge (3) Auftragsfolge (4) Graphische Darstellung der Lösung mit Hilfe von Gantt-Diagrammen (1) Festlegung der Reihenfolge der Bearbeitung einer gegebenen Menge von Aufträgen auf den zum Einsatz gelangenden Produktiveinheiten (Maschinen)   (2) à Rein technologisch bedingt/determinierte Reihenfolge Fokus: Belegung der Maschine   (3) à Organisatorisch festgelegt Fokus: Auftrag   -          Maschinenbelegungsdiagramm oder -          Auftragsfolgediagramm
• Reihenfolgeplanung Beispiel: Drei Aufträge und drei Maschinen  Maschinenfolgematrix 1 2 3 2 1 3 3 2 1 Zeile 1 der Matrix gibt an, dass Auftrag 1 zunächst auf Maschine 1, dann auf 2 und zuletzt auf Maschine 3 zu bearbeiten à Maschinenbelegungsplan, gibt an, -          wie lange die einzelnen Maschinen mit den entsprechenden Aufträgen belegt sind -          in welcher Reihenfolge die Aufträge bearbeitet werden à impliziert die Maschinenfolge der Aufträge -          Länge der Balken = Bearbeitungszeit -          Leerzeiten der einzelnen Maschinen   Nachteil: Arbeitsfortschritte an den einzelnen Aufträgen schwer erkennbar     Auftragsfolgediagramm: Gibt an: -          Wartezeiten der einzelnen Aufträge -          Fertigungstermin
• Reihenfolgeplanung Unterscheidung der Zielsetzung Minimierung der entscheidungsrelevanten Kostenà Obere/ ökonomische Zielsetzungà Relevante Kosten: -         Rüstkosten (gut erfassbar) -         Kapitalbindungskosten (~) -          Transportkosten (~) -         Terminabweichungskosten (Opportunitätskosten, schwer zu erfassen)à Ersatzgröße: jeweilige Zeità Substitution der Kosten durch entsprechende Zeitgrößennur unter der Voraussetzung das die Zeit und Wertgrößen in einer proportionalen Beziehung stehen, sonst keine adäquate Substitutionà verfälschtes Ergebnis
• Reihenfolgeplanung Differenzierung der Zielfunktionen -          Auftragsbezogene Zielgröße o       Minimierung der Durchlaufzeit des Auftragbestandes Substitut für das wertmäßige Ziel: à Minimierung der Kapitalbindungskosten o       Minimierung der Terminabweichung   -          Maschinenbezogene Zielgröße o       Maximiere KapazitätsauslastungSubstitut für das ökologische Ziel: à Maximiere die Rentabilität des in der Maschine gebundene Kapitals o       Minimiere die Leerzeit
• Reihenfolgeplanung Zielbeziehungen zwischen den Zielen Dilemma der Ablaufplanung (Gutenberg) Min. die Durchlaufzeit ó max. Kapazitätsauslastung  (Min. der Leerzeiten)   Erhöhung der Kapazitätsauslastung  à Erhöhung des Bestande à Durchlaufzeiterhöhung Min. des Durchlaufzeit à Senkung des Bestandes à Verringerung der Kapazitätsauslastung   Differenziertere Betrachtung à Dilemma muss nicht notwendigerweise ein Dilemma sein Maximierung der Kapazitätsauslastung à ist kein ökonomisches Problem, sondern nur dann, wenn die Leerzeiten ökonomische Werte haben, d.h. es fallen bei Leerzeiten Opportunitäten an, à d.h. die Frage ob dieses Dilemma existiert hängt von der Beschäftigungslage ab, d.h. Nachfrage   Durchlaufzeit à kommt drauf an wie sie Konkretisiert/ inhaltlich ausgestaltet ist, davon hängt ab ob man einen Zielkonflikt bekommt à Minimierung der maximalen Durchlaufzeit = Kapazitätsauslastungsmaximierung à Minimierung der mittleren Durchlaufzeit   Dilemma… … tritt auf, wenn Ziele auseinander fallen, d.h. Durchlaufzeitminimierung = Minimierung der mittleren Durchlaufzeit … tritt nicht auf, wenn Durchlaufzeitterminierung = Minimierung der maximalen Durchlaufzeit
• Reihenfolgeplanung Lösungsansätze  Problem seit 1950 2 Kriterien -          Art des Votings -          Stufigkeit der Produktion     Flow Shop Job Shop einstufige Produktion - Verfahren des besten Nachfolgers und ein Heuristische Austauschverfahren Mehrstufige Produktion z.B. Verfahren von Johnson,Nährungsverfahren nach Palmer … z.B. Prioritätsregel (Vorrangsregel)   Flow-Job-Problem = Produktionsabläufe mit einem gleichgerichteten Materialfluss à Unterstellung von identischen Maschinenfolgen für die zu bearbeitenden Aufträge Job-Shop-Problem = nichtidentische Maschinenfolgen
• Reihenfolgeplanung Lösungsansätze Einstufige Produktion Exaktes Verfahren Ziel: Minimierung der (Um)Rüstkosten, abhängig von der Reihenfolge der zu bearbeitenden Aufträge, aber Reihenfolge selbst ist beliebig   ZF                                                                   KU = ∑ni=1 ∑nj=1 KUij * uij  à min!   NB jeder Auftrag hat genau einen Nachfolger    ∑nj=1 uij = 1        Ʉi      jeder Auftrag hat genau einen Vorgänger      ∑ni=1 uij = 1   Die Entscheidungsvariablen sind binär uij ϵ {0,1}          für alle i,j   mit KUij = Umrüstkosten von Auftrag i auf Auftrag j uij = 1, wenn Auftrag j auf Auftrag i folgt, sonst 0
• Reihenfolgeplanung Lösungsansätze Einstufige Produktion  Heuristiken: Vorgehensweise (1) Eröffnungsverfahren à Erzeugung einer zulässigen Ausgangslösung = Verfahren des besten Nachfolgers Schritte à     Wahl eines beliebigen Auftrags als Ausgangspunkt à     Nachfolger, der im Verhältnis zu seinem Vorgänger die niedrigsten Rüstkosten aufweist, der die geringsten Rüstkosten hat à     solange bis alle Aufträge eingeplant sind   Problem: -          abnehmende Freiheitsgrade mit fortschreitender Belegung ausschließliche Fokussierung auf den nächsten Auftragà im ersten Schritt relativ niedrige
• Reihenfolgeplanung Lösungsansätze Einstufige Produktion  Heuristiken: Vorgehensweise (2) Verbesserungsverfahren à Finden eine nahezu optimale Lösung = Heuristisches Austauschverfahren Umrüstkosten der Ausgangslösung in der Matrix 0 einsetzen, durch: die Konstante ζi von der Zeile i der Umrüstkostenmatrix und die Konstante ξj von der Spalte j der Matrix subtrahiert   modifizierte Zielfunktion KU = ∑ni=1∑nj=1 (KUij - ζi  - ξj ) *  uij             Matrix der reduzierten Umrüstkosten à Stelle mit höchsten Negativen Werten = Kostenreduktionsmöglichkeiten   à Ingesamte Umstrukturierung der Ausgangslösung à an anderen Stellenkönnen Kostensteigerungen auftreten, die die ursprüngliche Kostenreduzierung überkompensieren   Einbau der („Kostenreduktions-“)Folge durch geringstmögliche Modifikation der ursprünglichen Auftragsfolge   Diese Folge ist dann bei der Berechnung weiterer Verbesserungen irrelevant, und liegt fest
• Reihenfolgeplanung Lösungsansätze Mehrstufige Produktion Exaktes: Jonsen-Algorithms 2 Stufen und mehrere Aufträge Ziel: Minimierung der Zykluszeit, d.h. der letztbearbeitete Auftrag soll so früh wie möglich fertig gestellt werden   Prämissen -          Umrüstkosten sind unabhängig von der Auftragsreihenfolge -          Aufträge durchlaufen alle Maschinen in der gleichen Reihenfolge (identical routing) -          Ein Auftrag belegt jede Maschine genau einmal -          Kein Auftrag darf einen anderen Auftrag überholen (passing not permitted)   à Ermittlung der kürzesten Bearbeitungszeit: Möglichkeiten -          genau eine minimale Bearbeitungszeità gehört diese zur ersten (zweiten) Produktionsstufe, dann ist der Auftrag an die erste (letzte) freie Stelle der Auftragsfolge zu setzten -          mehrere gleiche minimale Bearbeitungszeiten, die sich o         für einen Auftrag auf beiden Produktionsstufen ergebenà betroffener Auftrag ist generell der ersten freien Position der Auftragsfolge zuzuordnen o         für mehrere verschiedene Aufträge ergebenà Wahl des Auftrags mit der kleinsten Auftragsnummer   Logische Begründung der Vorgehensweise Auftrag mit kürzeste Bearbeitungszeit wird zuerst auf Maschine 1 bearbeitetà Minimierung der auftretenden Leerzeit für Maschine 2 à Auslaufzeit dieser Maschine niedrig zu halten
• Reihenfolgeplanung Lösungsansätze Mehrstufige Produktion Exaktes: Jonsen-Algorithms 3 Stufen und mehrere Aufträge à Reduzierung auf ein 2 Stufiges System   Zur Lösung des Problems Werden die Bearbeitungszeiten ti1.2 und ti2.3 eingeführt, die sich als Summe der Bearbeitungsdauer des j-ten Auftrags auf den Stufen 1 und 2 bzw. 2 und 3 ergeben: ti1.2 = ti1 + ti2               i = 1, …, n ti2.3 = ti2 + ti3              i = 1, …, n
• Reihenfolgeplanung Lösungsansätze Mehrstufige Produktion Heuristisch: Erweiterung des Johnson-Algorithmus Für Produktionsstufen von 4 und mehr Überführung des m-stufigen Produktionssystem in fiktive 2er Stufen, durch Zusammenfassung der Bearbeitungszeit von jeweils mehreren aufeinander folgenden Stufen à m Stufen aber nur m-1 Möglichkeiten zur Überführung in ein zweistufiges Problem               Stufe Auftrag reale Stufen fiktive Stufen 1 2 3 4 1a 2a 1b 2b 1c 2c I 10 4 2 7 10 13 14 9 16 7 II 5 8 3 9 5 20 13 12 16 9 III 7 3 2 1 7 6 10 3 12 1 IV 4 2 3 5 4 10 6 8 9 5 V 3 5 7 3 3 15 8 10 15 3 à Lösung aller Möglichkeiten und daraus diejenige mit der kürzesten Zykluszeit   1a 1 2a 2 + 3 + 4   1b 1 + 2 2b 3 + 4   1c 1 + 2 +3 2c 4
• Reihenfolgeplanung Lösungsansätze Mehrstufige Produktion Heuristisch: Summen aus gewichteten Bearbeitungszeiten Gewichtungsfunktion : Prioritätszahl: pi = ∑nj=1 g(j) * tij à Heuristiken unterscheiden sich in der Ausgestaltung von g à Reihenfolge der Aufträge entspricht der Sortierung nach fallender Priorität   Palmer g(j) = (2i – (m+1)) / 2 i = Maschinennummer abgeleitet aus der ökologischen Bearbeitung m = Gesamtzahl der von den Maschinen j = Aufträge   à die ersten und die letzen Stufen werden stärker gewichtet = Unterschied zu Sokolizin   Sokolizin Differenz zwischen den Bearbeitungszeiten auf der letzen und der ersten Produktionsstufe à keine Berücksichtigung der Bearbeitungszeiten auf den mittleren Produktionsstufen à bei hohen Stufenzahlen schlechte Lösungen
• Reihenfolgeplanung Lösungsansätze Mehrstufige Produktion Heuristisch: Vorrangregelverfahren (Prioritätsregeln) Zuordnung einer Wertzahl zu den Aufträgen die vor einer Maschine warten à Dringlichkeit eines Auftrags à Ableitung der Reihenfolge   Überlegungen zur Festlegung der Priorität -          externe Dringlichkeit des Auftrags durch den Abnehmer -          zeitlicher Puffer oder Verzug der einzulastenden Aufträge oder -          Kapitalbindung des Auftrags
• Reihenfolgeplanung Lösungsansätze Mehrstufige Produktion Heuristisch: Vorrangregelverfahren (Prioritätsregeln) Unterscheidung in Gruppen mit lokaler Information über eine Betriebsmittelgruppe -          Bearbeitungszeitorientierte Regelnà benötigte Zeit eines Auftrag auf einer bestimmten Maschine z.B. KOZ (Kürzeste Operationszeit Regel)à Sortierung nach kürzester Arbeitszeit (aufsteigend)à evtl wdh nach-hinten-rutschen v. Aufträgen durch zufügen Neuer -          Wartezeitorientierte Regelnz.B. FCFS (first come first served)à Auftrag, der zuerst an Maschine ankommt, erhält höchste Priorität -          Fertigstellungsorientierte Regelnz.B. Schlupfzeitregelà die Zeit zwischen Fertigstellungstermins und Lieferterminà niedrige Differenzen kommen nach vorne   Mit globaler Information über mehrere BetriebsmittelgruppenSortierung einer Warteschlange vor Betriebsmittel 1, gleichzeitig wie sieht Bearbeitungssituation für den Auftrag an der nächsten Bearbeitungssituation ausà Messung in Arbeitszeiten
• Reihenfolgeplanung Lösungsansätze Mehrstufige Produktion Heuristisch: Vorrangregelverfahren (Prioritätsregeln) Kombination Ziel, -          Vereinung der Vorteile der einzelnen Prioritätsregeln, -          Vermeidung oder Reduzierung negative Effekte   KOZ-Regel -          beste Ergebnisse hinsichtlich der Zielsetzung o       Maximierung der Kapazitätsauslastung o       Minimale Durchlaufzeit -          Negative Beeinflussung der Termintreue bei Aufträgen mit langen Bearbeitungszeiten   Schlupfzeitregel -          beste Ergebnisse hinsichtlich der Termineinhaltung   Ergänzung à CoverT-Regel KOZ-Regel wird solange eingesetzt, bis die Terminüberschreitung eines Auftrags droht, danach wird die Schlupfzeitregel eingesetzt.

zurück  |  weiter 1 / 1