Integrierte Kampagnenplanung. Netzwerken der chemischen Industrie

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1 Markus Meiler Integrierte Kampagnenplanung in logistischen Netzwerken der chemischen Industrie Mit einem Geleitwort von Prof. Dr. Hans-Otto Günther VA Springer Gabler RESEARCH

2 Inhaltsverzeichnis IX Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis XV Tabellenverzeichnis XIX 1 Einleitung Untersuchungsgegenstand Vorgehen 4 2 Supply Chain Management in der chemisch-pharmazeutischen Industrie Wirtschaftliche Bedeutung der chemisch-pharmazeutischen Industrie Branchencharakteristika der chemischen Industrie Typologische Merkmale chemischer Produktionsnetzwerke Einstufige Sortenproduktion Mehrstufige Produktion auf Mehrzweckanlagen Produktion in vernetzten Kampagnen Materialströme in Produktionsnetzwerken Produktionssysteme und Anlagenfahrweise Kampagnenplanung auf Mehrzweckanlagen Stufen hierarchischer Produktionsplanung Supply Netzwerk Design Bedarfsplanung Mehrstufige Bestandsplanung Supply-Netzwerk-Planung Detaillierte Produktionsplanung 32

3 X Inhaltsverzeichnis ATPundCTP Übersicht über Forschungsaktivitäten Produktionsplanung in der Prozessindustrie! Sequenziell-hierarchische Lösungsansätze Integrativ-simultane Lösungsansätze Netzwerkweite Kampagnenplanung Enterprise-wide Optimization in der Prozessindustrie Einordnung des vorgestellten Verfahrens und Vorteile Produkt-Prozess-Netzwerk-Darstellung chemischer Produktionsnetzwerke Methodische Ansätze zur Ablaufoptimierung Job-Shop-Scheduling Klassisches Job-Shop-Problem Definition der Problemklasse Darstellung als disjunktiver Graph Kampagnen-Scheduling-Problem Auftragsbasiertes Kampagnen Job-Shop-Scheduling Problem Überblick Lösungsverfahren Lineare und (gemischt) ganzzahlige lineare Optimierung Historische Entwicklung der algorithmischen linearen Optimierung MILP-basierte Optimierung von Produkt-Prozess-Netzwerken MILP-basierte Optimierung von Job Shop Problemen Heuristische Lösungsmethoden Nachbarschafts suche in disjunktiven Graphen Shifting Bottleneck Verfahren Zusammenfassung 91

4 Inhaltsverzeichnis XI 4 Kampagnenplanung im Rahmen der Supply-Netzwerk-Planung Planung vernetzter Kampagnen Abgrenzung des Produktionsnetzwerkes.' Beschreibung der Problemstellung Koordinationsbedarf in der Kampagnenplanung Vorbereitende Datenaufbereitung IT-gestützte Supply Netzwerk Analyse Definition lokaler und globaler Zwischenprodukte Definition von Task Kaskaden Definition von Produktionspfaden Demand Preprocessing Definition von Bedarfselementen Definition individualisierter Produktionselemente Definition von Produktionsbäumen Definition der Offset-Werte A min und A " Kampagnenplanung Aufbau des Routing-Graphen Kampagnen-Fluss-Problem Job-Shop basierte Kampagnenplanung Erweiterter disjunktiver Routing-Graph Weitere Anforderungen an eine vernetzte Kampagnenplanung Lösung des auftragsbezogenen Kampagnen-Scheduling Problems Zusammenfassung 143

5 XII Inhaltsverzeichnis 5 Implementierung des Planungssystems MILP-Modell des auftragsbasierten Kampagnen-Scheduling Problems Heuristische Ansätze für die auftragsbasierte Kampagnenplanung Vorüberlegungen zum Einsatz heuristischer Verfahren Initiale Erstellung eines azyklischen disjunktiven Graphen Kampagnenplanung durch die Umorientierung von Disjunktionen Konzept einer Heuristik für die Kampagnenplanung Grundlegende Algorithmen für die Kampagnenplanung Methode zur Bestimmung der frühesten und spätesten Anfangszeitpunkte aller Produktionselemente Bestimmung der möglichen Startzeitpunkte der Kampagnen einer Ressource Methode zur iterativen Kampagnenplanung auf allen Ressourcen Quantitative Bewertung erzielter Teillösungen Engpassorientierte Heuristik für die vernetzte Kampagnenplanung Aufbau der Heuristik für die Kampagnenplanung Algorithmische Orientierung der Disjunktionen einer Ressource Algorithmus zur iterativen Pfadauswahl für die Bedarfselemente Zeitliche Nachoptimierung mit Hilfe der Nachbarschaftssuche Zusammenfassung Praktische Erprobung Untersuchte Fallstudie und Design der Testinstanzen Entwickelte Untersuchungsanwendung Daten Import und Export Datenhaltung Planungsablauf und weitere Funktionalitäten -.'...207

6 Inhaltsverzeichnis XIII 6.3 Rechenzeitverhalten und Lösungsqualität der MILP-Formulierung Rechenzeitverhalten des heuristischen Ansatzes Vergleich der Lösungsqualität beider Ansätze ; Zusammenfassung Zusammenfassung und Ausblick 227 Anhang 231 A-l Numerische Auswertung MILP Modell 232 a. Szenario b. Szenario II 233 A-2 Numerische Auswertung Heuristik 237 a. Szenario b. Szenarioll 238 A-3 Vergleich MILP Ansatz und Heuristik 240 a. Szenario b. Szenario II 241 Literaturverzeichnis 243