Produktionsplanung und -steuerung (eBook)

Vorwort 5
Inhaltsverzeichnis 7
Autorenverzeichnis 9
Teil I Einführung 11
Knappe Kapazitäten und Unsicherheit— Analytische Ansätze und Simulation in der Produktionsplanung und -steuerung 12
Literaturverzeichnis 16
Ein hierarchisches Planungskonzept zur operativen Produktionsplanung und -steuerung 17
Literaturverzeichnis 32
Eine Literaturdatenbank zur Nachhaltigkeit in der hierarchischen Produktionsplanung 34
1 Einführung 34
2 Themenschwerpunkt der Datenbank 34
3 Methodik der Literatursuche 37
3.1 Recherche zu ökologischen Artikeln 37
3.2 Erweiterung um soziale Artikel 38
4 Literaturdatenbank und Analysetool 40
5 Zusammenfassung und Ausblick 41
Literaturverzeichnis 41
Teil II Aktuelle Forschung 43
Robuste Optimierung zur Produktionsprogrammplanung 44
1 Einordnung in die hierarchische operative Produktionsplanung und -steuerung und Erläuterung der Problemstellung 44
2 Bisherige Lösungsansätze zur Produktionsprogrammplanung 46
3 Robuste Optimierung zur Produktionsprogrammplanung 47
4 Deterministische Ersatzwertmodelle 48
5 Mehrwertige Modellierung der Unsicherheit 49
5.1 Chance-Constrained-Modelle 51
5.2 Zweistufige Kompensationsmodelle 53
5.3 Mehrstufige Kompensationsmodelle 57
6 Simulation in der robusten Produktionsprogrammplanung 63
7 Zusammenfassung und Ausblick 64
Literaturverzeichnis 65
Robuste operative Planung 67
1 Einleitung 67
1.1 Definition von Robustheit 67
1.2 Proaktive und reaktive Planung 69
2 Robuste lineare Optimierung 69
2.1 Budget of Uncertainty 70
2.2 Budget of Uncertainty für die Losgrößenplanung 71
3 Simulationsbasierte robuste Optimierung 73
3.1 Blackbox-Simulation 74
3.2 Optimierung auf Basis von Ersatzmodellen 75
3.3 Integration von Simulation und Optimierung 76
3.4 Beispiel einer Integration von Simulation und Optimierung im Supply Chain Operations Planning 77
4 Schlussfolgerungen 80
Literaturverzeichnis 80
Einsatz der Szenariotechnik in der Produktionsplanung 82
1 Einführung in die Szenariotechnik 82
1.1 Begriffsbestimmung und -abgrenzung 82
1.2 Klassifizierung der Szenariotechnik 85
1.3 Vorgehensweise bei der Szenariotechnik 87
Phase 1: Definition und Analyse des Untersuchungsfeldes 88
Phase 2: Identifikation, Analyse und Prognose von Umfeldfaktoren 88
Phase 3: Erarbeitung und Auswahl von Rohszenarien 91
Phase 4: Ausarbeitung von Szenarien 92
2 Methodische Betrachtung der Szenariotechnik 95
2.1 Konsistenzanalyse 95
2.2 Cross-Impact-Analyse 100
3 Einsatz der Szenariotechnik in der Produktionsplanung 106
3.1 Ansatz der Robusten Planung 107
3.2 Ansatz der Szenariosimulation 108
4 Fazit und Ausblick 108
Literaturverzeichnis 109
Das mehrstufige kapazitierte Losgrößenproblem 113
1 Einleitung 113
1.1 Entwicklung der Losgrößenmodelle 114
1.2 Basismodell 115
Notation MLCLSP 116
Indizes und Indexmengen 116
Parameter 116
Entscheidungsvariablen 116
1.3 Voraussetzungen und Modellgrenzen 117
2 Alternative Modellformulierungen 118
2.1 Modelle mit langen Perioden (big-bucket) 118
Notation Fehlmengen, Überstunden 119
Parameter 119
Entscheidungsvariablen 119
Fehlmengen 119
Kapazitätserweiterung durch Überstunden 120
MLCLSP-L – MLCLSP mit Rüstübertragung 120
Notation MLCLSPL 121
Indexmenge Set 121
Entscheidungsvariablen MLCLSP-L 121
2.2 Modelle mit kurzen Perioden (small-bucket) 122
Notation MLPLSP 122
Index Set 122
Entscheidungsvariablen MLPLSP 122
3 Lösungsverfahren 124
3.1 Heuristische und metaheuristische Lösungsverfahren 124
Nachbarschaftsbasierte Metaheuristiken 124
Populationsbasierte Metaheuristiken 125
3.2 Lösungsverfahren basierend auf der gemischt-ganzzahligen Modellformulierung 125
Reformulierungen 125
Heuristiken basierend auf der gemischt-ganzzahligen Modellformulierung 126
4 Integration von Losgrößenund Reihenfolgeplanung 127
4.1 Synchronisation bei mehrstufigen Big-Bucket-Modellen 127
4.2 Synchronisation bei mehrstufigen Small-Bucket-Modellen 130
5 Aktuelle Forschungsfelder 132
Danksagung 132
Literaturverzeichnis 132
Anwendungen des Resource-Constrained Project Scheduling Problem in der Produktionsplanung 135
1 Einleitung 135
2 Das Resource-Constrained Project Scheduling Problem 137
2.1 Formale Beschreibung des RCPSP 137
2.2 Graphenmodell 138
2.3 Mathematisches Modell 139
2.4 Exakte Optimierungsverfahren 140
2.5 Prioritätsregel-Heuristiken 140
2.6 Metaheuristiken 141
3 Varianten und Erweiterungen des klassischen RCPSP 142
3.1 Simultane Planung mehrerer Projekte 142
3.2 Verallgemeinerungen des Vorgangskonzepts 143
3.3 Verallgemeinerte zeitliche Restriktionen 146
3.4 Verallgemeinerungen des Ressourcenkonzepts 147
3.5 Alternative Zielfunktionen 149
4 Planung bei Unsicherheit 151
4.1 Reaktive Ansätze 151
4.2 Proaktive Ansätze 152
5 Fazit 154
Literaturverzeichnis 155
Belastungsorientierte Ansätze in der Produktionsplanung 160
1 Einführung und Problemstellung 160
2 Zusammenhang zwischen WIP-Bestand und Durchsatz 163
2.1 Analytische Ansätze zur Bestimmung einer Clearing Function 165
2.2 Empirische Ansätze zur Bestimmung einer Clearing Function 166
3 Ein-Produkt-Modell zur Auftragsfreigabe 168
3.1 Ein Grundmodell zur Auftragsfreigabe 169
Entscheidungsvariablen 170
Parameter 170
3.2 Erweiterungen zum Modell ZOIP 171
Entscheidungsvariablen 173
Parameter 173
3.3 Erweiterungen zum Modell DYNIP 174
Entscheidungsvariablen 175
4 Mehr-Produkt-Modell zur Auftragsfreigabe 177
Entscheidungsvariablen 177
Parameter 177
5 Zusammenfassung und Ausblick 181
Literaturverzeichnis 181
Konkurrierende Prognoseverfahren für die Lagerhaltung 184
1 Einleitung 184
2 Prognostischer Rahmen 185
2.1 Wesentliche Rahmenbedingungen 185
2.2 Prognoseprozess und Prognoseaufgabe 187
3 Prognosekonzepte und Prognoseverfahren 188
3.1 Grundkonzepte 188
3.2 Naive Prognoseverfahren 189
3.3 Exponentielle Glättungsverfahren 190
Grundidee 191
Einfache exponentielle Glättung (Glättung erster Ordnung) 191
Varianten von exponentiellen Glättungsverfahren 192
Initialisierung der Glättungskomponenten 194
Zustandsraummodelle für die exponentielle Glättung 195
3.4 Bootstrap-Verfahren 196
3.5 Prognosevarianzen und -konfidenzintervalle 197
3.6 Prognosen über die Wiederbeschaffungszeit 198
4 Prognoseevaluation 199
5 Empirisches Beispiel 201
5.1 Datensatz 202
5.2 Design der Fallstudie 202
5.3 Rollierende Prognosesimulation und -evaluation 203
Kostenorientierte Evaluation von Prognoseverfahren 207
6 Fazit und Ausblick 209
Literaturverzeichnis 210
Lagerhaltungspolitiken 214
1 Gründe für das Halten von Lagerbeständen 214
1.1 Kostenbegründete Vorausproduktion 214
Beschäftigungsglättung 214
Einsparung von fixen Kosten 215
1.2 Kapazitätsbedingte Vorausproduktion 215
1.3 Unsicherheit bzw. Risiko 216
Stochastische Nachfragemengen 216
StochastischeWiederbeschaffungszeiten 218
Stochastische Liefermengen 219
Ungenaue Bestandsführung 219
1.4 Spekulation 220
2 Die Nachfragemenge im Risikozeitraum 220
2.1 Wahrscheinlichkeitsverteilung der Nachfragemenge im Risikozeitraum 220
2.2 Wahrscheinlichkeitsverteilung der Fehlmenge 223
2.3 Sicherheitsbestand 226
3 Einmalige Entscheidungen über die Höhe des Lagerbestands: Das Newsvendor-Problem 226
4 Mehrperiodige Entscheidungen über die Höhe des Lagerbestands: Lagerhaltungspolitiken 228
4.1 Kontinuierliche Lagerüberwachung 229
(s,q)-Politik 230
4.2 Periodische Lagerüberwachung 232
(r,s,q)-Politik 232
(r, S)-Politik 236
(r, s, S)-Politik 240
4.3 Sensitivitätsanalyse 240
5 Dynamische Entscheidungen über die Höhe des Lagerbestands: Bestellmengen- bzw. Losgrößenplanung unter stochastischen Bedingungen 241
5.1 ... ohne Berücksichtigung von Kapazitätsbeschränkungen: Der Einprodukt-Fall 242
5.2 ... unter Berücksichtigung von Kapazitätsbeschränkungen: Der Mehrprodukt-Fall 244
Literaturverzeichnis 245
Neuere Ansätze und Methoden zur Festlegung von Sicherheitsbeständen 247
1 Sicherheitsbestandsplanung und ihre Bedeutung in verschiedenen Branchen 247
2 Festlegung von Sicherheitsbeständen 248
2.1 Datenorientierte Sicherheitsbestandsplanung 248
2.2 Dynamische Sicherheitsbestandsplanung 252
2.3 Spezialfragestellungen 255
3 Mehrstufige Sicherheitsbestandsplanung 257
3.1 Alternative Dispositionskonzepte in Liefernetzen 257
3.2 Ansätze mit stochastischen Servicezeiten 258
3.3 Ansätze mit deterministischen Servicezeiten 259
4 Simulationsoptimierung als Methode zur Parameteroptimierung 260
Literaturverzeichnis 261
Teil III Anwendersicht 265
Anwendung und Anwendbarkeit von Optimierungsalgorithmen in der Praxis 266
1 Hintergrund 266
2 Simulation als wesentliche Komponente der Messung 270
3 Das richtige Abstraktionsniveau in Modellierung und Simulation 272
4 Messung der Effizienz 273
5 Berücksichtigung prozessbedingter Einflussfaktoren in der Bewertung 274
6 Akzeptanz durch den Nutzer 276
7 Ableitung einer Bewertungsmatrix, mit der Aufgabenstellungen bezüglich der Algorithmenauswahl eingeordnet werden 277
8 Ausblick 278
Danksagung 279
Literaturverzeichnis 279
Dynamische Personaleinsatzplanung und Austaktung sequenzierter Produktionslinien der Automobilindustrie 281
1 Einführung 281
2 Planungsablauf in sequenzierten Produktionslinien 281
2.1 Planungskaskade 281
2.2 Slotting, Balancing und Sequencing 283
2.3 Personaleinsatzplanung und -steuerung 283
3 Arbeitsplanung 284
3.1 Zuordnung von Prozessen und Mitarbeiter zu Stationen 284
3.2 Unterstützer 284
3.3 Austaktung der Linie 285
3.4 Personalflexibilität 286
4 Herausforderungen für die Planung 287
4.1 Erhöhung der Planungsgenauigkeit in der Austaktung 287
4.2 Einflussgrößen der Austaktung 288
4.3 Kennzahlen zur dynamischen Austaktung 289
5 Einsatz der Simulation zur dynamischen Austaktung 289
5.1 Zusammenhänge der Planung 289
5.2 Berechnung der Personaleinsatzstärke 291
6 Potentiale der dynamischen Austaktung 293
6.1 Simulationsgestützte Planung 293
6.2 Dynamische Austaktung 294
7 Zusammenfassung 295
Literaturverzeichnis 295
Energiebeschaffungsmodelle und Energiemarktrisiken in der Produktionsplanung und -steuerung 297
1 Einführung 297
2 Energiebeschaffung in der Industrie 298
2.1 Energiebedarf und Energiebedarfsermittlung 298
2.2 Beschaffungsmodelle 300
1) Vollversorgung/Festpreis 300
2) Mischmodell 301
3) Preisindex 301
4) Tranchenmodell 301
5) Portfoliomanagement 302
2.3 Risiken in der Energiebeschaffung 303
1) Mengenrisiko 303
2) Marktrisiko 303
3) Strukturrisiko 304
4) Liquiditätsrisiko 304
5) Kreditrisiko 304
6) Bilanzkreisrisiko 305
2.4 Unternehmensziele im Bereich der Energiebeschaffung 306
3 Einbindung der Energiebeschaffung in die Produktionsplanung und -steuerung 307
3.1 Grundlagen und Abgrenzungen der PPS 307
1) Produktionsprogrammplanung 307
2) Produktionsbedarfsplanung 308
3) Eigenfertigungsplanung und -steuerung 308
3.2 Anforderungen an eine risikoorientierte Planungsunterstützung der Energiebeschaffung durch die PPS 308
3.3 Ausgewählte Ansätze einer energiebeschaffungsorientierten PPS 310
3.4 Grundlegende Überlegungen zur Integrierbarkeit einer risikoorientierten Energiebeschaffung in die PPS 313
4 Zusammenfassung und Ausblick 315
Literaturverzeichnis 317