Eine der wichtigsten Aufgaben im Produktionsbetrieb stellt die Produktionsprozessplanung dar. Sie legt die zeitliche, mengenmäßige und räumliche Durchführung der Produktion fest und kann in die Arbeitsschritte Losgrößenbestimmung, Durchlauf- und Kapazitätsterminierung sowie Reihenfolgeplanung und Feinterminierung gegliedert werden.
Im Rahmen der Losgrößenbestimmung, wird entschieden, ob es sich lohnt Fertigungsaufträge gleicher Erzeugnisse zusammenzufassen und unmittelbar nacheinander zu fertigen. Die Menge bzw. Anzahl an Erzeugnissen, welche dabei von einer Produktiveinheit ohne Rüstvorgänge in einem Zug gefertigt werden, wird hierbei Los oder auch Losgröße genannt.
In der Vergangenheit wurden sehr viele Modelle und Algorithmen entwickelt und entsprechend der Betriebssituation angepasst. Auch in der betrieblichen Software der Gegenwart sind einfache Modelle integriert, um die Planung zu erleichtern. Nicht allzu selten sind diese Modelle jedoch noch zu wenig angepasst an die individuellen Bedingungen im Betrieb.
Viele Probleme der Realität sind auch viel zu komplex, um sie in einfache Modelle zu fassen oder mit exakten Verfahren zu lösen. Aus diesem Grund wurden Verfahren entwickelt, die Näherungslösungen bieten und sowohl unabhängig von der Problemstruktur der Realität als auch anpassungsfähig sind. Durch diese Komplexitätsreduktion können mit bedeutend weniger Rechenaufwand akzeptable bis neuerdings sehr gute Ergebnisse erzielt werden.
Aufgabe dieser Arbeit soll es sein, einen Überblick über die bedeutendsten Losgrößenprobleme sowie deren Lösungsmethoden zu verschaffen. Die bekanntesten Lösungsverfahren sollen hierbei nur erwähnt und gegliedert werden. Da zu diesen Themen genügend Literatur zur Verfügung steht, wird im Rahmen dieser Arbeit lediglich auf weiterführende Quellen verwiesen. Einige neuere heuristische Lösungsansätze sollen allerdings ausführlich dargestellt werden.
Inhaltsverzeichnis
1. EINLEITUNG
2. BEGRIFFSERLÄUTERUNGEN
2.1. LOSGRÖßENPROBLEME
2.2. DER BEGRIFF DER HEURISTIK
3. AUSGEWÄHLTE MODERNE HEURISTIKEN
3.1. A LAGRANGEAN-BASED HEURISTIC FOR DYNAMIC MULTILEVEL MULTIITEM CONSTRAINED LOTSIZING WITH SETUP TIMES
3.1.1. Einführung
3.1.2. Problemformulierung
3.1.3. Beschreibung der heuristischen Lösungsmethode
3.1.4. Tests und deren erreichte Ergebnisse
3.1.5. Fazit
3.2. MULTILEVEL LOT SIZING WITH SETUP TIMES AND MULTIPLE CONSTRAINED RESSOURCES: INTERNALLY ROLLING SCHEDULES WITH LOT-SIZING WINDOWS
3.2.1. Einführung
3.2.2. Entscheidungsproblem und Modellformulierung
3.2.3. Ablaufpläne mit Planungsfenstern
3.2.4. Modellformulierung der Untermodelle
3.2.5. Berücksichtigung von Rüstzeiten
3.2.6. Errechnete Ergebnisse
3.2.7. Fazit
3.3. HEURISTIKEN MIT FORTSCHREITENDEN INTERVALLEN
3.3.1. Einführung
3.3.2. Das Mehr-Produkt-Modell mit Joint and Item-dependent Setup Costs (JIS)
3.3.3. Beschreibung der Heuristik
3.3.4. Ablauf der Lösungssuche
3.3.5. Tests und deren Ergebnisse
3.4. STEUERUNG EINER HEURISTIK ZUR LOSGRÖßENPLANUNG UNTER KAPAZITÄTSRESTRIKTIONEN MIT HILFE EINES PARALLELEN GENETISCHEN ALGORITHMUS
3.4.1. Ausgangspunkt dieser Heuristik
3.4.2. Das Modell (CLSPL)
3.4.3. Die Heuristik von Haase
3.4.4. Der genetische Algorithmus
3.4.5. Tests und Ergebnisse
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht moderne heuristische Verfahren zur Lösung komplexer Losgrößenprobleme unter Kapazitätsbeschränkungen. Das primäre Ziel besteht darin, einen Überblick über bedeutende Ansätze zur Kostenoptimierung in der Produktions- und Bestellplanung zu geben, bei denen exakte Verfahren aufgrund hoher Komplexität an ihre Grenzen stoßen.
- Methoden zur Lösung von Mehrprodukt-Losgrößenproblemen
- Einsatz von Lagrange-Heuristiken und Dekompositionsverfahren
- Integration von Rüstzeiten und Kapazitätsrestriktionen
- Anwendung genetischer Algorithmen zur Steuerung von Heuristiken
- Evaluation der Lösungsqualität und Recheneffizienz verschiedener Ansätze
Auszug aus dem Buch
1. Einleitung
Eine der wichtigsten Aufgaben im Produktionsbetrieb stellt die Produktionsprozessplanung dar. Sie legt die zeitliche, mengenmäßige und räumliche Durchführung der Produktion fest und kann in die Arbeitsschritte Losgrößenbestimmung, Durchlauf- und Kapazitätsterminierung sowie Reihenfolgeplanung und Feinterminierung gegliedert werden.
Im Rahmen der Losgrößenbestimmung, wird entschieden, ob es sich lohnt Fertigungsaufträge gleicher Erzeugnisse zusammenzufassen und unmittelbar nacheinander zu fertigen. Die Menge bzw. Anzahl an Erzeugnissen, welche dabei von einer Produktiveinheit ohne Rüstvorgänge in einem Zug gefertigt werden, wird hierbei Los oder auch Losgröße genannt. Je größer das Los gewählt wird, desto weniger muss beispielsweise eine Maschine umgerüstet werden. Das hat den Effekt, dass hierbei Rüstkosten eingespart werden können.
Allerdings ist zu beachten, dass durch die Losbildung eine Lagerung der Zwischen- als auch Endprodukte notwendig wird, da nicht alle Einheiten gleich im Anschluss weiterbearbeitet bzw. ausgeliefert werden können. Im Gegenzug zu den sinkenden Rüstkosten steigen daher die Lagerkosten bzw. Lagerhaltungskosten mit zunehmender Größe eines Loses.
Zusammenfassung der Kapitel
1. EINLEITUNG: Die Einleitung definiert die Aufgaben der Produktionsprozessplanung, erklärt das grundlegende Spannungsfeld zwischen Rüst- und Lagerkosten bei der Losgrößenbestimmung und motiviert die Notwendigkeit heuristischer Lösungsverfahren für komplexe Probleme.
2. BEGRIFFSERLÄUTERUNGEN: Dieses Kapitel liefert eine theoretische Abgrenzung der verschiedenen Losgrößenprobleme und definiert den wissenschaftlichen Begriff der Heuristik sowie deren Einordnung in die Systematik der Algorithmen.
3. AUSGEWÄHLTE MODERNE HEURISTIKEN: Der Hauptteil stellt verschiedene moderne Heuristiken zur Lösung dynamischer Mehrprodukt-Losgrößenprobleme unter Kapazitätsrestriktionen vor und analysiert diese anhand von Modellformulierungen und Testergebnissen.
Schlüsselwörter
Losgrößenplanung, Produktionswirtschaft, Heuristiken, Kapazitätsbeschränkungen, Lagerhaltungskosten, Rüstkosten, Lagrange-Heuristik, Genetische Algorithmen, Optimierung, Produktionsprozessplanung, CLSPL, Mehrprodukt-Losgrößenproblem, Komplexitätsreduktion.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit behandelt die Herausforderung, optimale Losgrößen in der Produktionsplanung zu bestimmen, insbesondere wenn komplexe Kapazitätsbeschränkungen vorliegen, die mit exakten Methoden nur schwer berechenbar sind.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die zentralen Themen sind die mathematische Modellierung von Losgrößenproblemen, der Vergleich verschiedener heuristischer Lösungsansätze und die Evaluation ihrer Leistungsfähigkeit hinsichtlich der Minimierung von Gesamtkosten.
Was ist das primäre Ziel der Arbeit?
Das Ziel ist es, einen Überblick über bedeutende, modernere heuristische Verfahren zu geben, die eine praxisnahe Näherungslösung für komplexe Losgrößenprobleme ermöglichen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Autoren nutzen eine literaturgestützte Analyse zur Vorstellung verschiedener Algorithmen und stützen sich auf Vergleichstests und Modellrechnungen, um die Wirksamkeit der Heuristiken zu demonstrieren.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die Vorstellung spezifischer Heuristiken, darunter Lagrange-basierte Ansätze, zeitliche Dekompositionsverfahren, heuristische Intervalle und die Steuerung mittels genetischer Algorithmen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Losgrößenplanung, Kapazitätsrestriktionen, Rüstkosten, Heuristiken und die mathematische Optimierung von Produktionsplänen.
Wie unterscheidet sich das Modell von Haase von anderen Ansätzen?
Die Heuristik von Haase zeichnet sich dadurch aus, dass sie die Verbindung von Losen benachbarter Perioden zulässt und die Gewichtung von Lager- und Rüstkosten über einen Steuerungsparameter individuell steuerbar macht.
Warum wird ein genetischer Algorithmus zur Steuerung eingesetzt?
Der genetische Algorithmus wird verwendet, um ein optimales Tupel von Steuerungsparametern zu finden, was die Ergebnisse der Heuristik von Haase gegenüber einer statischen Einstellung deutlich verbessert.
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- Jens Stöckhardt (Author), 2005, Heuristiken zur Lösung von Losgrößenproblemen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/49987
