Optimierung der operativen Produktionsplanung und. Lagerhaltung in heterogenen Produktionssystemen. Dissertation. zur Erlangung des Grades eines

Transkript

1 Optimierung der operativen Produktionsplanung und Lagerhaltung in heterogenen Produktionssystemen Dissertation zur Erlangung des Grades eines Dr. rer. pol. der Fakultät für Wirtschaftswissenschaften der Technischen Universität Ilmenau vorgelegt von Dipl.-Wirtsch.-Ing. Thomas Rücker eingereicht am: wissenschaftliche Aussprache am: Gutachter: Univ.-Prof. Dr. Herfried Schneider Univ.-Prof. Dr. John A. Buzacott, York University Toronto Ilmenau, im Dezember 2005

2 I Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis V Tabellenverzeichnis IX Abkürzungsverzeichnis Symbolverzeichnis XI XIII 1 Einführung Problemstellung und Zielsetzung Aufbau der Arbeit und Vorgehensweise 2 2 Ein hybrides und hierarchisches PPS-Konzept zur operativen Produktionsplanung und -Steuerung heterogener Produktionsstrukturen Aufgaben und Ziele der Produktionsplanung und -Steuerung Strukturelle Gestaltungsaspekte der operativen Produktionsplanung und -Steuerung Organisatorische Einbettung Integrationsgrad der Entscheidungen Festlegung des Entkopplungspunktes Aufbau des hybriden und hierarchischen PPS-Konzepts für heterogene Produktionssysteme Taktische Produktionsplanung Zentrale Produktionsprogramm- und Ressourcenplanung Dezentrale Materialflusssteuerung und Produktionsdurchführungsplanung Konzepte zur dezentralen Materialflusssteuerung Materialflusssteuerung bei kundenauftragsanonymer Produktion Base stock Kanban Conwip Integral Control/Echelon Kanban Control Local Control MRP (Material Requirement Planning) Materialflusssteuerung bei kundenauftragsbezogener Produktion Make to order Polca Kombination mehrerer Konzepte zur Materialflusssteuerung Generalisierte Verfahren zur Materialflusssteuerung Generalized Kanban Control (GKC)-Konzept Production Authorization Card (PAC)-Konzept Extended Kanban Control (EKC)-Konzept Zusammenfassung 35

3 II 5 Zielsystem und mögliche Erweiterungen des PAC-Konzepts Lager- und zeilbezogene Messgrößen Bewertung der Optimalität von PAC-gesteuerten Produktionssystemen Praxisorientierte Erweiterungen des Grundkonzepts Cancellation Tags Periodisierung der Auftragsankünfte Produktion von mehreren Produkten auf einer Produktionsstufe Zellen der logischen und physischen Montage 52 1 Mathematische Beschreibung von PAC-gesteuerten Produktionssystemen Einstufiges Produktionssystem mit einem Produkt Mehrstufiges Produktionssystem mit linearer Produktstruktur und einem Endprodukt Mehrstufiges Produktionssystem mit linearer Produktstruktur und mehreren Endprodukten Mehrstufiges Produktionssystem mit konvergierenden Produktstrukturen Kritische Wertung der mathematischen Modellierung 66 5 Simulationsgestützte Analyse der Wirkung der PAC-Parameter Methodik und Vorgehensweise Analyse der Auswirkungen einer Variation der PAC-Parameter in mehrstufigen Einproduktsystemen Betrachtete Produktionssysteme Wirkung der ParameterfcO') mit 0 < ;' < s Wirkung der Parameter z^ mit 0 < ;' < s Wirkung der Parameter TW mit 0 < /' < s Wirkung der Parameter r^ mit 0 < ;' < s Wirkung einer Periodisierung der Auftragsankünfte durch PL^ > Analyse der Auswirkungen einer Variation der PAC-Parameter in mehrstufigen Mehrproduktsystemen Betrachtete Simulationsmodelle Auswirkungen einer symmetrischen und simultanen Parametererhöhung in einem mehrstufigen Mehrproduktsystem mit symmetrischen Zwischenankunfts- und Bedienzeiten Optimale Einstellung der Parameter kj innerhalb einer Produktionsstufe / Optimale Einstellung der Parameter z- innerhalb einer Produktionsstufe / Optimale Einstellung der Parameter T ; - innerhalb der Produktionsstufe j Optimale Einstellung der Parameter r. innerhalb einer Produktionsstufe j Einstufiges Produktionssystem mit einer Zelle und symmetrischen Zwischenankunfts- und Bedienzeiten (Szenario 1) Einstufiges Produktionssystem mit einer Zelle, asymmetrischen Zwischenankunftszeiten und symmetrischen Bedienzeiten (Szenario 2) Einstufiges Produktionssystem mit einer Zelle, symmetrischen Zwischenankunftszeiten und asymmetrischen Bedienzeiten (Szenario 3). 166

4 III Zusammenfassung Vergleich von verschiedenen Steuerungspolitiken Darstellung von konventionellen Steuerungspolitiken unter Zugrundelegung des PAC-Konzepts Auftragsfertigung (Make to order-system) MRP Base stock Kanban LocalControl Integral Control Conwip Ermittlung einer optimalen Steuerungspolitik Vorgehensweise Mehrstufiges Produktionssystem mit einem Endprodukt und linearer Produktstruktur Mehrstufige Produktionssysteme mit mehreren Endprodukten und allgemeiner Produktstruktur Mengenpuffer versus Zeitpuffer Zusammenfassung Optimierung der PAC-Parameter in mehrstufigen Mehrproduktsystemen Klassifikation des Optimierungsproblems Eine Heuristik zur Optimierung der Parameter fc., z\, T- sowie r Anwendung der Heuristik zur Optimierung unterschiedlicher Steuerungspolitiken für einfache Produktionssysteme Optimierung der Parameter k^\ z") und T^ eines mehrstufigen Einproduktsystems für unterschiedliche Steuerungspolitiken Optimierung der Parametervektoren Ty>, zs» und f^> eines mehrstufigen Mehrproduktsystems mit allgemeiner Produktstruktur für unterschiedliche Steuerungspolitiken Optimierung der Parameter k^\ z^\ r sowie rw eines mehrstufigen Einproduktsystems Nachoptimierung der Parameter Anwendung der Heuristik zur Ermittlung einer optimalen PAC-basierten Steuerungspolitik für ein reales Produktionssystem Das Produktionssystem Aufbau und Annahmen des Modells Optimierung des Modells Zusammenfassung Resümee und Ausblick 222 Literatur 225

5 IV Anhang 236 A Das Simulationstool MLDesigner 236 B Die Simulationsbibliothek zur Modellierung eines PAC-gesteuerten Produktionssystems 239 C Die Auswirkungen von asymmetrischen Bedienzeiten auf die optimale Einstellung der Parameter 242 C.l Parameter fc ;) 242 C.2 Parameter z y) 243 C.3 Parameter T/ ;) 244 D Die Auswirkungen von unterschiedlichen variablen Stückkosten auf die optimale Einstellung der Parameter 246 D.l Parameter k\ j) 247 D.2 Parameter z) ;) 248 D.3 Parameter T/ ;) 249 E Die Auswirkungen einer Wertschöpfung auf die optimale Einstellung der Parameter 251 E.l Parameter k\ j) 251 E.2 Parameter zf E.3 Parameter xf F Vergleich von verschiedenen Steuerungspolitiken 260 G Beispiele für den Einsatz des Optimierungsalgorithmus 266