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Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren für eine Produktionsplanung und/oder -steuerung eines Produktionssystems, ein Produktionsplanung und/oder-steuerungssystem zur Produktionsoptimierung und ein Computerprogramm.
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Bei der Produktion werden Produkte umfassend Sachgüter und Dienstleistungen basierend auf Produktionsfaktoren umfassend Werkstoffe und Betriebsmittel erstellt. Beispielsweise werden Getriebe produziert. Innerhalb der Getriebeproduktion werden weitere Sachgüter erstellt, beispielsweise Abtriebswellen. Die Produktionsplanung und/oder -steuerung optimiert das gesamte Produktionssystem.
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Im Stand der Technik sind mehrere Methoden für die Produktionsplanung und/oder - steuerung bekannt, beispielsweise traditionelle Systeme umfassen sukzessive Planung von Grunddatenverwaltung, Produktionsprogrammplanung, Mengenplanung, Terminplanung, Werkstattsteuerung, Auftragsüberwachung und Vertriebssteuerung. Ferner sind integrierte IT-Systeme bekannt umfassend Produktionsplanung und/oder -steuerung.
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Ferner sind Optimierungsverfahren für die Produktionsplanung und/oder -steuerung bekannt, beispielsweise constraint-based Ansätze mittels linear programming. Allerdings skalieren derartige Ansätze nicht auf realen Problemgrößen. Ferner sind lokale Suche oder Branch-and-Bound Algorithmen zur Optimierung bekannt. Außerdem sind klassische Scheduling Algorithmen, zum Beispiel Multiprozessor Scheduling, bekannt, die allerdings nur auf vereinfachte Modelle anwendbar sind. Des Weiteren sind evolutionäre Algorithmen zur Optimierung bekannt, die allerdings viele Ressourcen, beispielsweise Zeit oder Rechenleistung, und eine gute initiale Lösung benötigen.
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Beispielsweise offenbart die
US 2014 / 0 031 965 A1 ein Verfahren zum Produktionsplanungsmanagement, das einen genetischen Algorithmus implementiert. Dabei wird die initiale Population zufällig gestartet.
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Derzeit plant ein menschlicher Steuerer die Produktionsabläufe eines bestimmten Produktes, Werkstücks oder Halbfertigteils wie zum Beispiel die Produktion der Abtriebswelle mit oder ohne Unterstützung durch die bekannten Optimierungsverfahren. Dabei besteht die Produktion aus mehreren Produktionsabschnitten, die das Teil hintereinander durchlaufen muss. Dazu muss der Steuerer eine Vielzahl von Eingangsgrößen in Betracht ziehen. Die Planung, beispielsweise welche Teile auf welcher Linie/Teillinie zu welchem Zeitpunkt zu produzieren sind, sollte optimal im Hinblick auf eine Vielzahl von Optimalitätskriterien sein. Erschwerend kommt hinzu, dass sich zum einen die Parameter, die die vorhandenen Produktionsabläufe bestimmen, im Zeitverlauf häufig ändern als auch die Optimalitätskriterien. Damit ergibt sich die Notwendigkeit einer häufigen Neuplanung, die allerdings möglichst schnell erfolgen muss, damit die Produktion nicht stillsteht oder suboptimal produziert.
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Davon ausgehend hat der Erfindung die Aufgabe zugrunde gelegen, wie Produktionsfolgen, Arbeiterbelegungen und Lieferantenaufträge aus gegebenen Anforderungen erstellt werden können und wie die Produktionsfolgen anhand vorher festgelegter Kriterien bewertet und optimiert werden können.
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Die Erfindung wird zunächst übersichtshalber dargestellt.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren und ein adaptives System, das komplexe Prozesse wie zum Beispiel Produktionsabläufe anhand von gegebenen Bewertungen und mittels einer virtuellen Repräsentation der Produktion optimiert. Das System passt sich innerhalb kürzester Zeit an Änderungen, die einen Einfluss auf die Produktion haben, an und garantiert einen zu jedem Zeitpunkt umsetzbaren Produktionsplan. Gleichzeitig erzeugt das System Lösungen für hochkomplexe Produktionsgegebenheiten.
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Die Erfindung erlaubt es, einen im Vergleich zum Stand der Technik längeren Planungshorizont, beispielsweise mehrere Wochen statt wenige Tage, umzusetzen. Beispielsweise wurde die Erfindung in der Produktion einer Abtriebswelle eingesetzt und dabei ein Planungshorizont von mehreren Wochen realisiert. Beispielsweise wird ein Planungshorizont von zwei Wochen realisiert. Mit der Länge des Planungshorizonts wird die Laufzeit des Verfahrens entsprechend länger. Allerdings wurde auf dem Erfindungsweg festgestellt, dass das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhafterweise lediglich linear mit dem Planungshorizont skaliert im Gegensatz zu bekannten Optimierungsverfahren, die in der Regel exponentiell skalieren. Damit einher geht eine signifikante Kostenreduktion durch einen effizienteren Planungsprozess, einer Erhöhung der Montageausbringung und geringere Kapitalbindung durch Bestandssenkungen.
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Ferner unterstützt die Erfindung bei der in Zukunft zunehmenden Komplexität von Produkten, beispielsweise erhöhte Varianz oder zusätzliche Randbedingungen, die durch die bekannten Steuerungswerkzeuge nicht bzw. unzureichend abgebildet werden kann. Beispielsweise werden in Werken der Anmelderin ca. 500 verschiedene Getriebearten gebaut. Mit der Entwicklung von weiteren Generationen und weiteren Getrieben wird die Varianz noch einmal deutlich steigen. Daraus resultierende Kosten, beispielsweise für Wochenendarbeit oder Produktionsstillstand bis hin zu Lieferengpässen zum Kunden, werden durch die Erfindung vermieden.
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Eine kompakte Beschreibung der Erfindung wird durch die Betrachtung von Inputwerten oder Eingaben, die in das System eingegeben werden, und Outputwerten oder Ausgaben, die das System bereitstellt, dargestellt. Eingaben in das System umfassen unmittelbare Eingaben und mittelbare Eingaben. Ausgaben des Systems umfassen steuerungsrelevante und informative Ausgaben.
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Im Ergebnis liefert das Verfahren und das System alle steuerungsrelevanten Informationen für eine optimale Produktionssequenz, Arbeiterbelegung und Lieferantenaufträge. Diese Produktionssequenz wird automatisch oder erst nach Freigabe durch den Steuerer umgesetzt. Optimal bedeutet im Rahmen der Erfindung optimal bezüglich einer gegebenen Gesamtkostenfunktion. Der Steuerer hat zusätzlich die Möglichkeit, Einfluss auf das Ergebnis zu nehmen, indem ein neuer Lauf mit geänderten Eingaben gestartet wird. Um solche Entscheidungen zu unterstützen stellt das System detaillierte informative Ausgaben über die Linienbelegung, Lagerentwicklung und prognostizierte Fertigstellungszeiten zur Verfügung.
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Die unmittelbare Eingaben umfassen Eingaben, die bei jedem Optimierungslauf des Systems erwartet werden. Ein Optimierungslauf wird in der Regel angestoßen, wenn sich eine Veränderung der Produktionsparameter ergeben hat. Eine andere Ursache ist zum Beispiel eine Veränderung der Gewichtung der unterschiedlichen Optimierungskriterien durch den Steuerer. Der Steuerer ist ein menschlicher Operator, der bisher diese Planung eigenständig erledigt hat. Aber auch jede andere Änderung in den Eingabebedingungen führt in der Regel zu einem neuen Anlauf des Systems. Beispielsweise sind folgende Eingaben unmittelbare Eingaben:
- • Produktionsparameter: Arbeitersituation, Maschinenfähigkeiten, Materialverfügbarkeit, initiale Lager- und Pufferbestände und/oder Lieferantenkapazität;
- • Materialbedarfe: Welches Material/Halbfertigprodukt muss zu welchem Zeitpunkt produziert sein und/oder Gewichtung/Priorisierung der zu produzierenden Teile;
- • Optimalitätskriterien: maximale Auslastung aller Maschinen und Arbeitskräfte, Minimierung von Verspätungen, geringste Lagerbestände, Minimierung von Materialflüssen von weit entfernten Bereichen innerhalb der Fabrik und/oder Gewichtung dieser gegeneinander und
- • Randbedingungen: Diese sind im Gegensatz zu den Optimalitätskriterien fix einzuhalten für einen zu startenden Optimierungslauf. Diese sind zum Beispiel Prioritäten von Bedarfen mit Rang 1, die in jedem Fall zu einem festgelegten Zeitpunkt produziert sein müssen, nicht zu überschreitende Lager/Zwischenlagergrößen, kein Transport von Teilen von einer Fertigungslinie/einem Lager zu einer anderen Fertigung/Lager, das logistischen oder aus anderen Gründen derzeit nicht sinnvoll ist. Die Randbedingungen können von dem Steuerer verändert werden können. Auch der Planungshorizont, beispielsweise über wie viele Stunden oder Tage die Produktionsplanung vorgeplant werden soll, gehört zu den Randbedingungen.
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Die mittelbaren Eingaben werden nur dann in das System integriert, wenn sich strukturelle Dinge in der Produktion oder im Produktionsablauf ändern.
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Die Erfindung simuliert das Produktionssystem und stellt damit eine virtuelle Repräsentation des Produktionsablaufs und/oder des Produktionssystems bereit. Die virtuelle Repräsentation ist ein digitaler Zwilling des gesamten Produktionsablaufs und/oder Produktionssystems. Der digitale Zwilling modelliert alle Abhängigkeiten innerhalb der Produktion. Dieses Modell wiederum beinhaltet als Variablen die Produktionsparameter. Die Erfindung hält das Modell stets aktuell mit den tatsächlichen Gegebenheiten und Abhängigkeiten innerhalb des realen Produktionsablaufs und/oder des realen Produktionssystems.
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Die steuerungsrelevanten Ausgaben werden zur Umsetzung in dem Produktionsplanung und/oder-steuerungssystem einer Fabrik zwingend benötigt und umfassen:
- • Optimierte Produktionssequenz: Welches Material wird auf welcher Linie zu welcher Zeit benötigt?
- • Arbeiterbelegung: Wie viele Arbeiter sind oder werden benötigt auf welcher Linie zu welcher Schicht?
- • Lieferantenaufträge: Welches und wie viel zugeliefertes Material ist zu welcher Zeit verfügbar?
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Die informativen Ausgaben bieten einen Mehrwert bezüglich Erklärbarkeit, zum Beispiel warum ist ein Material verspätet, und erleichtern dem Steuerer die eigene Bewertung des Optimierergebnisses. Die informativen Ausgaben umfassen:
- • Bedarfsdeckung und prognostizierte Fertigstellungstermine, relevant beispielsweise für Logistik;
- • Anzeige von Auslastung, Engpässen und kritischen Pfaden und
- • prognostizierte zeitliche Entwicklung von Halb-/Fertigteilen und/oder Lagerfüllstände.
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Hinsichtlich eines weiteren Überblicks über die Erfindung wird darauf hingewiesen, dass das Verfahren und das System eine Gesamtkostenfunktion des Produktionssystems optimiert. Die Kostenfunktion bestimmt die kostenminimale Produktionsabläufe aus den technisch effizienten Produktionsprozessen. Bei der Kostenfunktion werden die Gesamtkosten eines Produktionsprozesses dargestellt, die von den eingesetzten Produktionsfaktoren herrühren, die mit ihren jeweiligen Marktpreisen oder Gewichtungen multipliziert werden. Beispielsweise wird die Gesamtkostenfunktion definiert aus:
- • Bedarfserfüllung: Verspätungszeit, mit Gewichtung pro Bedarf;
- • Produktionsauslastung: Zeiten mit Produktionsstillstand und
- • Produktionsnebenbedingungen: Transport zwischen Linien, Rüstzeiten.
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Durch mathematische Funktionen werden diese Kriterien zu einem numerischen Wert zusammengefasst, wobei die oben genannten Kriterien unterschiedlich gewichtet werden können.
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Beispiel: Gesamtkosten=α*∑_Verspätung" (b)*Gewichtung (b)+β*Produktionsstillstand+γ*Rüstzeiten+···, wobei α≥0,β≥0,γ≥0,... eine Gewichtung der verschiedenen Teilterme darstellt und variabel ist. Summiert wird über alle Materialbedarfe.
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Übersichtshalber läuft das erfindungsgemäße Verfahren folgendermaßen ab:
- Die aktuellen Produktionsparameter, Bedarfe, Optimalitätskriterien und Randbedingungen sind die Eingaben, die beispielsweise als Daten erhalten werden.
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Anschließend wird durch ein schnelles, das heißt wenige Sekunden Laufzeit, Optimierungsverfahren eine initiale Produktionssequenz erstellt. Diese Produktionssequenz geht als Eingabe in ein anschließenden gründliches und längeres Optimierungsverfahren, beispielsweise als initiale Population, das heißt Initialisierung, in einen evolutionären Algorithmus. Potenziell können noch weitere gründlichere aber mehr Zeit in Anspruch nehmende Optimierungen in Gang gesetzt werden, zum Beispiel genetische Optimierer mit einer größeren Population und anderen Hyperparametern.
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Die initiale Produktionssequenz wird auch zur Umsetzung in das reale Produktionssystem oder die reale Fabrik gegeben. Sobald ein in Bezug auf die Gesamtkostenfunktion besseres Ergebnis aus einer der nachgeschalteten gründlichen Optimierung zur Verfügung steht, wird dieses ausgegeben und direkt von dem System in der realen Produktion umgesetzt oder zu der Unterstützung eines menschlichen Steuerers an diesen ausgegeben. Dabei wird sichergestellt, dass das bessere Ergebnis mit der schon gestarteten Produktionssequenz übereinstimmt. Das wird sichergestellt dadurch, dass jede gerade in Produktion gesetzte Planung eines vorherigen Optimierers für die gerade laufende Zeit eine Randbedingung des nachgeschalteten Optimierers ist.
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Wenn ein Ereignis eintritt, das Auswirkungen auf die Produktion hat, beispielsweise Maschinenausfall oder geänderte Arbeitersituation, wird eine neue initiale Produktionssequenz erstellt und das Verfahren startet wieder von vorne.
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Gemäß einem Aspekt stellt die Erfindung ein computerimplementiertes Verfahren bereit für eine Produktionsplanung und/oder -steuerung eines Produktionssystems. Das Produktionssystem umfasst mehrere Produktionsabschnitte und Produktionslinien. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- • Simulieren des Produktionssystems, der Produktionsplanung und/oder steuerung,
- • in der Simulation Durchführen eines ersten Subverfahrens und eines zweiten Subverfahrens wobei
- • das erste Subverfahren die Schritte
- ◯ Priorisieren von Materialbedarfen in den Produktionsabschnitten in Abhängigkeit einer Einwirkung auf eine Optimierung einer Kostenfunktion des Produktionssystems,
- ◯ Auswählen eines der Materialbedarfe in Reihenfolge der Priorisierung, Anpassen von zumindest einer Bedarfsmenge und/oder eines Bedarfszeitpunktes von Materialien in vorausgehenden Produktionsabschnitten zur Ausführung des Materialbedarfs und Reservieren der Materialien und der jeweils angepassten Bedarfsmenge und/oder des Bedarfszeitpunktes
- ◯ Auswählen eines weiteren der Materialbedarfe, Wiederholen des vorangehenden Schrittes, bis für alle der priorisierten Materialbedarfe die Materialien und die jeweils angepassten Bedarfsmengen und/oder Bedarfszeitpunkte reserviert sind, und Erhalten einer Produktionssequenz
- • und das zweite Subverfahren die Schritte
- ◯ Fixieren eines ersten Produktionszeitraums in der Produktionssequenz und
- ◯ Optimieren der Produktionssequenz außerhalb des fixierten ersten Produktionszeitraums zur weiteren Optimierung der Kostenfunktion
umfasst, wobei - • das Produktionssystem gemäß der in dem zweiten Subverfahren erhaltenen optimierten Produktionssequenz geregelt und/oder gesteuert wird.
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Das erste Subverfahren entspricht dem schnellen Optimierungsverfahren, welches die initiale Produktionssequenz als erste Ergebnis innerhalb weniger Sekunden liefert. Ein erstes Ergebnis nach kürzester Zeit ist relevant, da die Produktion nach einem Vorfall nie stillstehen darf. Das Optimierungsziel ist die Bedarfsdeckung in Kombination mit einer Maximierung der Produktionsauslastung, das heißt möglichst wenig Produktionsstillstand.
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Das zweite Subverfahren entspricht dem gründlicheren Optimierungsverfahren.
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Das erste Subverfahren gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens liefert relativ zu dem zweiten Subverfahren schnell die ersten Ergebnisse.
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Durch die Simulation wird eine virtuelle Repräsentation des Produktionssystems, der Produktionsplanung und/oder Produktionssteuerung bereitgestellt, in welcher das gesamte Produktionssystem als digitaler Zwilling realisiert ist. In der Simulation werden beispielsweise Engpässe oder kritische Pfade simuliert. Die Simulation simuliert nach einem Aspekt der Erfindung einen zukünftigen Zustand des Produktionssystems. Damit werden beliebig weit in die Zukunft reichende Planungshorizonte, beispielsweise im Umfang von mehreren Wochen, ermöglicht. Durch die Simulation wird die durch das erfindungsgemäße Verfahren erreichte Optimierung und damit das gesamte Produktionssystem an Produktionsänderungen vorteilhafterweise adaptiert.
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Die Materialbedarfe umfassen Materialarten oder -typen. Materialarten umfassen Rohstoffe, beispielsweise Eisen, Hilfsstoffe, beispielsweise Schrauben, Betriebsstoffe, beispielsweise Energie, unfertige Erzeugnisse, beispielsweise vormontierte Einbauteile, die noch zusammengesetzt werden müssen, Fertigerzeugnisse, beispielsweise versandfertige Endprodukte und Handelswaren.
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Sequenzierung oder Sequenzplanung, auch sequencing and scheduling genannt, umfasst in der Produktionsplanung die Bildung einer Fertigungsreihenfolge von Produktionsaufträgen.
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Die Fixierung stellt sicher, dass die Ausgabe des zweiten Subverfahrens auch umsetzbar ist. Durch die Fixierung kann in dem zweiten Subverfahren ein durch die Fixierung bestimmter Teil der Produktionssequenz nicht mehr geändert werden. Nach einem Aspekt der Erfindung werden alle Eingabeparameter für einen bestimmten Zeitraum zeitlich fixiert. Die Fixierung wird beispielsweise durch einen Präfix in der aus dem ersten Subverfahren erhaltenen Produktionssequenz, Arbeitersituation und/oder in den Lieferungen realisiert. Bedingt durch die Fixierung kann das zweite Subverfahren maximal so viel Zeit benötigen, wie durch die Fixierung abgedeckt ist. Als Fixierungszeit wird beispielsweise die Zeit bis auf das Ende der laufenden Schicht genommen. Der schnelle Optimierer optimiert über alle Produktionszeiträume der Produktion. Der von dem schnellen Optimierer optimierte erste Produktionszeitraum wird dann in der realen Fabrik ausgeführt und kann nicht mehr geändert werden. Daher optimiert der langsamere, aber gründlichere Optimierer weitere Produktionszeiträume außerhalb des fixierten Zeitraums.
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Nach einem Aspekt der Erfindung werden die Materialbedarfe nach Materialtyp, Bedarfsmenge, Bedarfszeitpunkt, Priorität und/der Gewichtung priorisiert.
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Ein priorisierter Materialbedarf wird ausgeführt, wenn genügend Eingabematerialien zur Verfügung stehen, um den Bedarf komplett zu erfüllen. In diesem Fall werden die Eingabematerialien für diesen Bedarf reserviert. Durch die Reservierung der Eingabematerialien wird sichergestellt, dass die so bestimmten Produktionssequenzen umsetzbar sind, das heißt dass so erstellte Aufträge auf jeden Fall ausgeführt werden können.
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Gemäß eines weiteren Aspekts stellt die Erfindung ein Produktionsplanung und/odersteuerungssystem bereit. Das System umfasst eine Verarbeitungseinheit, die ausgeführt ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen.
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Gemäß eines weiteren Aspekts stellt die Erfindung ein Computerprogramm bereit. Das Programm umfasst Befehle, die bewirken, dass ein erfindungsgemäßes System das erfindungsgemäße Verfahren ausführt, wenn das Programm auf dem System läuft.
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Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, den Zeichnungen und der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
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Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Durchlauf des zweiten Subverfahrens beendet wird, falls keine wesentliche Optimierung der Produktionssequenz erhalten wird, und ein weiterer Durchlauf des zweiten Subverfahrens gestartet. Durch dieses Abbruchkriterium wird das Verfahren beschleunigt und damit das Produktionssystem weiter optimiert.
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Der durch die Fixierung bestimmte Zeitraum muss nicht voll ausgenutzt werden. Wenn zum Beispiel das zweite Subverfahren innerhalb eines Zeitraums, der beispielsweis kleiner als die Fixierungszeit ist, keinen oder nur minimalen Fortschritt hinsichtlich der Optimierungsaufgabe macht, wird ein aktueller Durchlauf des zweiten Subverfahrens beendet. Für den Fall, dass das zweite Subverfahren eine signifikant bessere Optimierung in einem Zeitraum kleiner als der Fixierungszeitraum findet, wird diese Optimierung früher ausgegeben und direkt übernommen. Damit wird das Verfahren weiter beschleunigt und die Optimierung verbessert. Nach einem Aspekt der Erfindung fordert der Steuerer proaktiv neue Optimierungen von dem zweiten Subverfahren an.
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Falls die Verbesserung der Optimierung der Kostenfunktion zu klein war und mittlerweile nicht ohnehin eine Änderung der Rahmenbedingungen eingetreten ist, wird nach einem Aspekt der Erfindung das zweite Subverfahren ein weiteres Mal durchlaufen mit einer nun um eine weitere Zeiteinheit nach hinten verschobenen Suche. Der Zeithorizont kann nach hinten erweitert werden.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird zur Durchführung des zweiten Subverfahrens ein evolutionärer Algorithmus ausgeführt wird, der mit der im ersten Subverfahren erhaltenen Produktionssequenz oder einer Mutation von dieser initialisiert wird.
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Evolutionäre Algorithmen sind an der Funktionsweise von der Evolution natürlicher Lebewesen inspiriert und werden nach folgendem Verfahren prozessiert:
- • Initialisierung: Die erste Generation von Lösungskandidaten wird erzeugt. Erfindungsgemäß ist die erste Generation die initiale Produktionssequenz. Die initiale Produktionssequenz wird durch das erfindungsgemäße Verfahren, das heißt den schnellen Optimierer, erzeugt.
- • Evaluation: Jedem Lösungskandidaten der Generation wird entsprechend seiner Güte ein Wert einer Fitnessfunktion zugewiesen. Die Fitnessfunktion ist die Zielfunktion des evolutionären Algorithmus. Vorbild für die Fitnessfunktion ist die biologische Fitness, die den Grad der Anpassung eines Organismus an seine Umgebung angibt. Bei dem evolutionären Algorithmus beschreibt die Fitness einer Produktionssequenz, wie gut die Produktionssequenz das zugrunde liegende Optimierungsproblem löst.
- • Durchlaufe die folgenden Schritte, bis ein Abbruchkriterium erfüllt ist:
- ◯ Selektion: Auswahl von Individuen für die Rekombination
- ◯ Rekombination: Kombination der ausgewählten Individuen
- ◯ Mutation: Zufällige Veränderung der Nachfahren
- ◯ Evaluation: Jedem Lösungskandidaten der Generation wird entsprechend seiner Güte ein Wert der Fitnessfunktion zugewiesen.
- ◯ Selektion: Bestimmung einer neuen Generation.
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Typische Abbruchkriterien sind weiter unten genannt.
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Ein evolutionärer Algorithmus hat den Vorteil, dass er eine Lösung anders darstellen kann, um sie besser zu verarbeiten und später wieder in ursprünglicher Form auszugeben, vergleichbar zu Genotyp-Phänotyp-Mapping oder künstliche Embryogenese. Dies bietet sich vor allem dann an, wenn die Darstellung einer möglichen Lösung deutlich vereinfacht werden kann und nicht in ihrer Komplexität im Speicher verarbeitet werden muss. Evolutionäre Algorithmen umfassen genetische Algorithmen. Genetische Algorithmen nutzen binäre Problemrepräsentation und benötigen deshalb meist ein Genotyp-Phänotyp-Mapping. Mit evolutionären Algorithmen wird ein Lösungskandidat ausschließlich über Mutation gesucht, Rekombination findet nicht statt. Genetische Algorithmen berücksichtigen Rekombination. Nach einem Aspekt der Erfindung wird der evolutionäre Algorithmus in Anlehnung an eine der folgenden Evolutionsstrategien ausgeführt:
- • Adaptive Anpassung oder 1/5-Erfolgsregel: Die 1/5-Erfolgsregel besagt, dass der Quotient aus den erfolgreichen Mutationen der initialen Produktionssequenz, also Mutationen, die eine Verbesserung des Produktionsablaufs bewirken, zu allen Mutationen etwa ein Fünftel betragen sollte. Ist der Quotient größer, so sollte die Varianz der Mutationen erhöht werden, bei einem kleineren Quotienten sollte sie verringert werden.
- • Selbstadaptivität: Jedes Individuum hat ein zusätzliches Gen für die Mutationsstärke selbst. Dies ist zwar nicht in der Biologie möglich, aber die Evolution im Rechner findet eine geeignete Varianz auf diese Weise ohne Einschränkung des Menschen. Im Rechner werden dabei Rekombination und Mutation entsprechend der Mutationsstärke entsprechend angepasst.
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Beispielsweise besteht der Genotyp für die gründliche Optimierung aus der Datenstruktur, die der schnelle Optimierer verwendet. Als initiale Population wird die Lösung des schnellen Optimierers verwendet und anschließend durch Rekombination und Mutation die Reihenfolge der Materialbedarfe in der Datenstruktur verändert. Der Mutationsoperator verändert in diesem Fall die Reihenfolge eines zufällig ausgewählten Materialbedarfs eines zufällig ausgewählten Produktionsbereichs. Der Rekombinationsoperator nimmt zwei Chromosomen von Eltern und produziert zwei Chromosomen von Kindern. Dies wird beispielsweise durch eine Rekombination von Permutationen erreicht. Der Phänotyp wird aus dem Genotyp abgeleitet, indem der schnelle Optimierer auf der geänderten Datenstruktur ausgeführt wird.
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Damit wird die adaptive Produktionsoptimierung weiter verbessert.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung werden Produktionsparameter, Optimalitätskriterien und/oder Randbedingungen simuliert. Die Produktionsparameter umfassen Arbeitersituation, Maschinenfähigkeiten, Materialverfügbarkeiten, Materialpuffer und/oder Lieferantenkapazitäten. Die Optimalitätskriterien umfassen maximale Auslastung der Maschinen und/oder Arbeiter, Minimierung von Verspätungen, geringste Lagerbestände und/oder Minimierung von Materialflüssen. Die Randbedingungen umfassen Prioritäten von Materialbedarfen, maximale Lager- und/oder Materialpuffergrößen, Transportbedingungen, Planungshorizont und/oder Lieferantenkapazitäten umfassen. Damit wird das gesamte Produktionssystem weiter optimiert. Nach einem Aspekt der Erfindung bilden diese Daten Eingaben für die Simulation.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Schichtbetrieb von Arbeitern simuliert und in der Simulation die Produktionslinien mit Arbeitern belegt und eine Änderung der Belegung der Produktionslinien mit Arbeitern erfolgt zumindest in Abhängigkeit von den Materialbedarfen und/oder Materialbeständen. Damit wird das gesamte Produktionssystem weiter optimiert. Nach einem Aspekt der Erfindung wird dabei jede Produktionslinie zunächst voll belegt, so dass die Auslastung laut Produktionsparameter maximal ist. Falls die Zuweisung größer ist als die Anzahl der verfügbaren Mitarbeiter, siehe Produktionsparameter, wird die Zuweisung entsprechend reduziert. Für die Entscheidung, welche Linie zu reduzieren ist, können verschiedene Faktoren wie Materialbestand, Linienfähigkeit, Bedarfe, etc. berücksichtigt werden.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird überprüft, ob für den Materialbedarf fehlende Materialien unter Einhaltung des Bedarfszeitpunktes geliefert werden können. Bei positiver Überprüfung wird eine Lieferung in Auftrag gegeben. Die gelieferten Materialien werden reserviert. Bei negativer Überprüfung wird ein weiterer Materialbedarf ordnungsgemäß reserviert. Materialien umfassen aus einem vorherigen Produktionsabschnitt produzierte Materialien, die für den folgenden Produktionsabschnitt Eingabematerialien bilden. Ferner umfassen die Materialien gelieferte Materialien, beispielsweise gelieferte Eingabematerialien. Falls während der Produktion, beispielsweise bei einzelne Produktionsabläufen, nicht genügend gelieferte Eingabematerialien zur Verfügung stehen, wird in der zweiten Überprüfung überprüft, ob es zum aktuellen Zeitpunkt möglich ist, diese zu liefern, insbesondere unter Einhaltung von Randbedingungen wie beispielsweise Lieferantenkapazitäten, Lieferzeitpunkte und/oder Lieferantensteuerung. Damit wird das gesamte Produktionssystem weiter optimiert. Kann ein Eingabematerial sowohl produziert als auch geliefert werden, werden nach einem weiteren Aspekt der Erfindung die Lieferung und Pufferbestände zu Beginn wie oben beschrieben reduziert, mit dem Unterschied, dass im Gegensatz zu initialen Pufferbeständen der Lieferzeitpunkt berücksichtigt werden muss. Nach einem Aspekt der Erfindung gehen die zweite Überprüfung, die Lieferantenaufträge, Lieferantenkapazitäten, Lieferzeitpunkte und/oder Lieferantensteuerung in die Simulation mit ein.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung werden Materialbedarfe in den Produktionsabschnitten derart priorisiert, dass Schlupfzeiten des Produktionssystems optimiert werden. Schlupfzeiten werden in der Kostenfunktion über Verspätungen erfasst. Damit werden Verspätungsminuten optimiert. Die Schlupfzeit bezeichnet die Restzeit eines Auftrages. Im Rahmen der Erfindung umfasst die Bedeutung von Materialbedarf die Bedeutung von Auftrag. Dies ist die Zeitspanne vom aktuellen Bearbeitungszeitpunkt bis zum Sollendtermin, abzüglich der restlichen Bearbeitungszeiten. Die Schlupfzeit eines Auftrages wird beispielsweise wie folgt bestimmt: 20. Januar: Liefertermin, 10. Januar: Termin der Prioritätsfestlegung, 4 Tage verbleibende Durchlaufzeit → 20 - 10 - 4 = 6 Tage Schlupfzeit. Bei der Optimierung der Schlupfzeit wird nach einem Aspekt der Erfindung die Auftragspriorität bestimmt, sowohl bei Störungen in der Produktion als auch in der störungsfreien Produktion. Zur Optimierung der Schlupfzeiten, im Englischen slack times genannt, ist in das Verfahren nach einem Aspekt der Erfindung ein least-slack-time-scheduling Algorithmus integriert, der bei Durchführung des Verfahrens ausgeführt wird. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung geht die Optimierung der Schlupfzeiten in die Simulation mit ein.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung werden die Materialbedarfe in den Produktionsabschnitten derart priorisiert, dass bei einer Optimierung eines Ablaufplans des Produktionssystems eine Erfüllung der Materialbedarfe mit einer Maximierung einer Produktionsauslastung kombiniert wird. Nach einem Aspekt der Erfindung wird bei der Optimierung der Schlupfzeiten eine Erfüllung der Materialbedarfe mit einer Maximierung einer Produktionsauslastung kombiniert. Damit wird vorteilhaferweise ein minimaler Produktionsstillstand erreicht.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird bei der Anpassung des Bedarfszeitpunktes die Produktionsdauer für die Materialbedarfe berücksichtigt und/oder der Materialbedarf in Abhängigkeit einer jeweiligen Linienfähigkeit auf den Produktionslinien ausgewählt wird.
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Von dem ursprünglichen Bedarfszeitpunkt wird dabei die Dauer abgezogen, die für die Produktion benötigt wird. Beispielsweise sollen 800 Materialien vom Typ um 14:00 Uhr fertig sein. Für die Produktion dieses Materialbedarfs in einem zweiten Produktionsabschnitt werden 4 Stunden benötigt. Um 800 Materialien vom Typ B zu erhalten, müssen noch 700 Materialien vom Typ A an einem ersten Produktionsabschnitt produziert werden. Das heißt der Bedarfszeitpunkt für in dem ersten Produktionsabschnitt ist 10:00 Uhr. Durch die Berücksichtigung der Produktionsdauer in vorausgehenden Produktionsabschnitten wird das gesamte Produktionssystem weiter optimiert.
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Die Linienfähigkeit ist eine Randbedingung und bezieht sich auf technische Einschränkungen der jeweiligen Produktionslinie. Der Materialbedarf, der auf einer Produktionslinie laufen kann, ist in Abhängigkeit der Linienfähigkeit nicht unbedingt der Materialbedarf mit der höchsten Priorität. Durch Berücksichtigung der Linienfähigkeit wird damit das gesamte Produktionssystem weiter optimiert. Nach einem Aspekt der Erfindung geht die Linienfähigkeit mit in die Simulation ein.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das Produktionssystem zwischen den Produktionsabschnitten Materialpuffer. Die Materialbedarfe werden in Abhängigkeit der Materialpuffer reduziert. Ein Produktionsabschnitt umfasst damit eine oder mehrere Produktionslinien und einen Materialpuffer. Die Materialpuffer umfassen die in den jeweils vorausgehenden Produktionslinien hergestellten Materialien. Die Größe der jeweiligen Materialpuffer sind in den Produktionsparametern enthalten. Lautet beispielsweise eine Bedarfsmenge für Materialtyp B 1000 Stück und umfasst ein Materialpuffer 200 Stück Materialien vom Materialtyp B, dann sind noch 800 Stück Materialien vom Materialtyp B zu produzieren. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung werden die Pufferbestände in die Simulation miteinbezogen. Damit wird das gesamte Produktionssystem weiter optimiert.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird aus den erhaltenen Materialbedarfen eine Datenstruktur erzeugt, die für jeden Produktionsabschnitt zumindest Materialtyp, Bedarfsmenge und Bedarfszeitpunkt umfasst. Die Datenstruktur umfasst eine Indexstruktur, mittels der Einträge der Datenstruktur untereinander referenziert werden. Das zweite Subverfahren ist ausgeführt, die Datenstruktur zu verarbeiten. Anhand der Datenstruktur werden die Produktionslinien belegt, Arbeiter verteilt und/oder Lieferantenaufträge erzeugt. Durch die Datenstruktur werden die Materialbedarfe nach Produktionsabschnitten gruppiert abgebildet. Die Datenstruktur wird beispielsweise als Datenbank, beispielsweise als objektorientierte Datenbank, bereitgestellt. Damit wird ein verbesserter Zugriff auf die Daten umfassend zumindest Materialtyp, Bedarfsmenge und Bedarfszeitpunkt ermöglicht, weil die Daten als Objekte behandelt werden. Außerdem sind damit semantische Zusammenhänge zwischen den Objekten, beispielsweise mittels der Indexstruktur, bekannt. Dieses Wissen kann bei der Abfrage der Daten mittels einer Abfragesprache, beispielsweise object query language, verwendet werden. Die Datenstruktur ermöglicht ferner eine informative Übersicht über die Produktionsabläufe für den Steuerer. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Datenstruktur aus Materialtyp, Bedarfsmenge und Bedarfszeitpunkt, Priorität und Gewichtung erzeugt.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung werden regelungs- und/oder steuerungsrelevante Ausgaben und/oder informative Ausgaben bereitgestellt. Die regelungs- und/oder steuerungsrelevante Ausgaben umfassen Produktionssequenzen, Arbeiterbelegung und/oder Lieferantenaufträge. Die informativen Ausgaben umfassen Materialbedarfsdeckung, Fertigstellungstermine, Auslastung, Engpässe, kritische Pfade und/oder zeitliche Entwicklung des Produktionssystems. Die Ausgaben werden beispielsweise über optische Anzeigevorrichtungen oder akustische Systeme ausgegeben und ermöglichen dem Steuerer einen anschaulichen Überblick über die Produktionsabläufe.
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Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird in der Simulation ein digitaler Zwilling einer realen Fabrik erzeugt, für den digitalen Zwilling ein Planungshorizont bestimmt und die reale Fabrik anhand des Planungshorizonts gesteuert.
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Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Produktionsplanung und/oder -steuerungssystems umfasst wenigstens eine Schnittstelle, über die eine Kommunikation zwischen dem System und einem Steuerer des Systems bereitgestellt wird. Das System stellt über die Schnittstelle dem Steuerer regelungs- und/oder steuerungsrelevante Ausgaben und/oder informative Ausgaben des Systems bereit. Die Schnittstelle stellt dem Steuerer Optimierungsergebnisse bereit. Damit ermöglicht die Schnittstelle dem Steuerer, Optimierungsergebnisse von dem System anzufordern.
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Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Produktionsplanung und/oder-steuerungssystem umfasst eine Cloud-Infrastruktur. Die Cloud-Infrastruktur umfasst einen Cloud-basierten Speicher. Eine Simulation des Produktionssystems, der Produktionsplanung und/oder -steuerung erfolgt in der Cloud. Mittels der Erfindung wird damit in der Cloud ein digitaler Zwilling des gesamten Produktionssystems erhalten. Die Simulation und das reale Produktionssystem werden nach einem Aspekt der Erfindung in der Cloud gesteuert. Damit wird nach einem Aspekt der Erfindung das erfindungsgemäße Verfahren als software-as-a-service bereitgestellt. Die Ein -und Ausgaben werden über entsprechende Schnittstellen, beispielsweise Funkschnittstellen, zum Beispiel WLAN-Schnittstellen, bereitgestellt.
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Nach einem weiteren Aspekt umfasst das System wenigstens eine Anzeigevorrichtung, die regelungs- und/oder steuerungsrelevante Ausgaben und/oder informative Ausgaben des Systems anzeigt. Damit wird eine Übersicht über die Produktionsabläufe für den Steuerer erleichtert.
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Die Erfindung wird in den folgenden Ausführungsbeispielen verdeutlicht. Es zeigen:
- 1 ein Ausführungsbeispiel eines Produktionsmodells,
- 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß erzeugten Datenstruktur,
- 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Datenstruktur aus 2,
- 4 eine schematische Darstellung der Fixierung einer Produktionssequenz,
- 5 ein Darstellung eines zeitlichen Verlaufs einer erfindungsgemäß optimierten Produktionssequenz,
- 6 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
- 7 ein schematisches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Produktionsplanung und/oder-steuerungssystem für eine adaptive Produktionsoptimierung,
- 8 eine graphische Darstellung der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen Entwicklung von Materialbeständen für gelieferte Materialien und
- 9 eine schematische Darstellung der mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens erhaltenen Materialbedarfserfüllung.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsähnliche Bezugsteile. Übersichtshalber werden in den einzelnen Figuren nur die jeweils relevanten Bezugsteile hervorgehoben.
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1 zeigt ein Produktionsmodell eines vereinfachten Produktionssystems. Das Produktionsmodell umfasst einen ersten Produktionsabschnitt PA1 und einen zweiten Produktionsabschnitt PA2. Der erste Produktionsabschnitt PA1 und der zweite Produktionsabschnitt PA2 umfassen jeweils drei Produktionslinien Linie 1, Linie 2 und Linie 3. Ferner umfasst der erste Produktionsabschnitt einen ersten Materialpuffer Puffer 1 und der zweite Produktionsabschnitt einen zweiten Materialpuffer Puffer 2.
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Der erste Materialpuffer Puffer 1 umfasst die in den Linien 1, 2, 3 des ersten Produktionsabschnittes PA1 hergestellten Materialien. Der zweite Materialpuffer Puffer 2 umfasst die in den Linien 1, 2, 3 des zweiten Produktionsabschnittes PA2 hergestellten Materialien. Beispielsweise umfasst der erste Materialpuffer Puffer 1 100 Materialien vom Typ A. Der zweite Materialpuffer Puffer 2 umfasst 200 Materialien vom Typ B und 100 Materialien vom Typ C. Diese Größen sind in den Produktionsparametern der eingegebenen Daten enthalten.
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Beispielsweise wird je genau 1 Stück Material vom Typ A benötigt, um entweder 1 Stück Material vom Typ B oder je 1 Stück Material vom Typ C zu produzieren. Die Materialbedarfe umfassen beispielsweise Materialtyp, Menge oder Bedarfsmenge und Bedarfszeitpunkt. Das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße System sind aber auf komplexere Produktionsmodelle mit beliebigen Abhängigkeiten und Materialbedarfen anwendbar und optimieren auch derartige komplexe Produktionsmodelle oder ganze Produktionssysteme.
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Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens startet mit der Initialisierung. Diese sieht folgendermaßen aus: Aus den Materialbedarfen, die beispielsweise Materialtyp, Menge oder Bedarfsmenge, Bedarfszeitpunkt, Priorität und Gewichtung umfassen, wird eine Datenstruktur erzeugt. Durch die Datenstruktur sind die Materialbedarfe nach ihrem Einfluss auf die Gesamtkostenfunktion geordnet. Dabei sind die Materialbedarfe mit dem höchsten Einfluss, das heißt der höchsten Priorität in einer Reihenfolge zuerst geordnet. Ferner sind durch die Datenstruktur die Materialbedarfe nach Produktionsabschnitten gruppiert. Wird die Gesamtkostenfunktion beispielsweise hinsichtlich Verspätungsminuten optimiert, ist beispielsweise der least-slack-time-scheduling Algorithmus vorteilhaft zur Ordnung der Materialbedarfe. Die Materialbedarfe werden beispielsweise nach der Ordnung anhand der bestehenden initialen Pufferbestände reduziert. Dies ist in 2 gezeigt.
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In dem zweiten Produktionsabschnitt PA2 haben die Materialien vom Typ B den frühesten Bedarfszeitpunkt 14:00 Uhr und werden damit an erste Stelle, das heißt in die erste Zeile, geordnet. Da in dem zweiten Materialpuffer Puffer 2 200 Materialien vom Typ B enthalten sind, müssen von der Bedarfsmenge 1000 lediglich 800 Materialien vom Typ B produziert werden. Da in dem zweiten Materialpuffer Puffer 2 100 Materialien vom Typ C enthalten sind, müssen von der Bedarfsmenge 500 lediglich 400 Materialien vom Typ B produziert werden. Die Materialien vom Typ C haben den Bedarfszeitpunkt 18:00 Uhr und werden damit nach den Materialien vom Typ B geordnet. In diesem Beispiel gibt es keinen initialen Materialbedarf für den ersten Produktionsabschnitt PA1. Damit ist die Datenstruktur für den ersten Produktionsabschnitt PA1 initial leer.
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Nach der Initialisierung werden die Materialbedarfe rückwärts durch die Produktionsabschnitte propagiert. Dabei werden die Materialbedarfe auf die Materialien projiziert, die für die Herstellung auf dem folgenden Produktionsabschnitt benötigt werden. Beispielsweise wird für die Herstellung von Materialien von Materialtypen B und C in dem zweiten Produktionsabschnitt PA2 jeweils Material vom Materialtyp A aus dem ersten Produktionsabschnitt PA1 benötigt. Zusätzlich zum Materialtyp wird sowohl Bedarfsmenge als auch Bedarfszeitpunkt angepasst. Die Bedarfsmenge wird anhand der initialen Pufferbestände reduziert. Von dem ursprünglichen Bedarfszeitpunkt wird die Dauer abgezogen, die für die Produktion benötigt wird. Dies ist in 3 veranschaulicht.
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Für den ersten Materialbedarf von 800 Materialien vom Materialtyp B zum Bedarfszeitpunkt 14:00 Uhr sind bereits 100 Materialien vom Materialtyp A in dem ersten Materialpuffer Puffer 1. Damit müssen nur 700 Materialien vom Materialtyp A produziert werden. Beispielsweise werden vier Stunden zur Produktion des ersten Materialbedarfs in dem zweiten Produktionsabschnitt PA2 benötigt. Damit ist der Bedarfszeitpunkt in dem ersten Produktionsabschnitt PA1 10:00 Uhr. Eine analoge Betrachtung gilt für den zweiten Materialbedarf von 400 Materialien vom Typ C zum Bedarfszeitpunkt 18:00 Uhr. Für den zweiten Materialbedarf ist der Bedarfszeitpunkt in dem ersten Produktionsabschnitt PA1 damit 15:00 Uhr.
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Basierend auf der Bedarfsdatenstruktur belegt der erfindungsgemäße Algorithmus Linien, verteilt Arbeiter und erzeugt Lieferantenaufträge. Dazu werden die folgenden Anweisungen ausgeführt:
- Das virtuelle Produktionssystem oder die virtuelle Fabrik wird vom Startzeitpunkt an simuliert. Wann immer eine Produktionslinie leer läuft, das heißt keinen Auftrag mehr hat, wird anhand der obigen Datenstruktur der nächste Bedarf mit der höchsten Priorität ausgewählt, der auf der Linie laufen kann. Durch Nebenbedingungen wie Linienfähigkeit muss das nicht unbedingt der erste Bedarf in der Datenstruktur sein.
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Der so ausgewählte Bedarf wird ausgeführt, wenn genug Eingabematerialien zur Verfügung stehen, um den Bedarf komplett zu erfüllen. In diesem Fall werden die Eingabematerialien für diesen Bedarf reserviert. Falls nicht genug gelieferte Eingabematerialien zur Verfügung stehen, wird überprüft, ob es zum aktuellen Zeitpunkt möglich ist, diese zu liefern. Randbedingungen können Lieferantenkapazitäten enthalten. Im positiven Fall wird eine entsprechende Lieferung in Auftrag gegeben und das gelieferte Material reserviert. Im negativen Fall wird der nächste Bedarf laut der Datenstruktur ausgewählt. Kann ein Eingabematerial sowohl produziert als auch geliefert werden, werden die Lieferung und Pufferbestände zu Beginn wie oben beschrieben reduziert, mit dem Unterschied, dass im Gegensatz zu initialen Pufferbeständen der Lieferzeitpunkt berücksichtigt werden muss.
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Durch die Reservierung der Eingabematerialien wird sichergestellt, dass die so bestimmten Produktionssequenzen umsetzbar sind, das heißt dass so erstellte Aufträge auf jeden Fall ausgeführt werden können.
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4 zeigt ein mit einem ersten Subverfahren erhaltenes Ergebnis einer schnellen Optimierung des Produktionssystems, nämlich eine initiale Produktionssequenz. Das erste Subverfahren umfasst die Schritte V2 bis V7. In einem Verfahrensschritt V8 wird in dem zweiten Subverfahren ein erster Produktionszeitraum fixiert. Beispielsweise wird bis auf das Ende der laufenden Schicht fixiert. Außerhalb dieses Zeitraums wird die initiale Produktionssequenz gründlicher optimiert in einem Verfahrensschritt V9, beispielsweise mittels genetischer Optimierung. Nach einem Aspekt der Erfindung werden analog weitere Parameter fixiert, beispielsweise Lieferungen und/oder Arbeitersituation. Die einzelnen Parameter werden nach einem weiteren Aspekt der Erfindung mit unterschiedlichen Horizonten fixiert. Beispielsweise kann man Lieferungen so nur bis zwölf Stunden im Voraus verändern. In einem Verfahrensschritt V10 wird das Produktionssystem gemäß der in dem zweiten Subverfahren optimierten Produktionssequenz geregelt und/oder gesteuert wird.
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5 zeigt den zeitlichen Verlauf des Optimierungsergebnisses. Das Ende der Fixierung ist ab dem Zeitpunkt 7 erreicht. Innerhalb des Zeitraums von 3 bis 7 wird in dem zweiten Subverfahren die Kostenfunktion nur minimal minimiert. Daher wird ein aktueller Durchlauf des zweiten Subverfahrens in dem Zeitpunkt 4 beendet und ein neuer Durchlauf des zweiten Subverfahrens gestartet.
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6 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren. Verfahrensschritt V1 umfasst eine Simulation des Produktionssystems, der Produktionsplanung und/oder steuerung. Diese Simulation ist die Eingabe in das erfindungsgemäße Produktionsplanung und/oder-steuerungssystem APO. Ausgaben des erfindungsgemäßen Produktionsplanung und/oder-steuerungssystems APO umfassen Regel- und/oder Steuerungssignale, um in einer realen Fabrik gemäß der in dem zweiten Subverfahren erhaltenen optimierten Produktionssequenz zu produzieren. Ferner umfassen die Ausgaben des erfindungsgemäßen Produktionsplanung und/oder-steuerungssystems APO informative Ausgaben für einen Steuerer des Produktionssystems.
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Um die Ausgaben zu erhalten, führt das erfindungsgemäße Produktionsplanung und/oder-steuerungssystem APO ein erstes Subverfahren und das zweite Subverfahren aus. Das erste Subverfahren umfasst die Schritte:
- • V2: Priorisieren von Materialbedarfen in den Produktionsabschnitten PA1, PA2 in Abhängigkeit einer Einwirkung auf eine Optimierung einer Kostenfunktion des Produktionssystems,
- • V3: Auswählen eines der Materialbedarfe in Reihenfolge der Priorisierung
- • V4: Anpassen von zumindest einer Bedarfsmenge und/oder eines Bedarfszeitpunktes von Materialien in vorausgehenden Produktionsabschnitten PA1, PA2 zur Ausführung des Materialbedarfs,
- • V5: Reservieren der Materialien und der jeweils angepassten Bedarfsmenge und/oder des Bedarfszeitpunktes,
- • V6: Auswählen eines weiteren der Materialbedarfe, Wiederholen des vorangehenden Schrittes, bis für alle der priorisierten Materialbedarfe die Materialien und die jeweils angepassten Bedarfsmengen und/oder Bedarfszeitpunkte reserviert sind, und
- • V7: Erhalten einer Produktionssequenz.
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Zwischen dem ersten Subverfahren und dem zweiten Subverfahren wird für den Fall, dass nicht ausreichend Materialien zur Ausführung des Materialbedarfs vorhanden sind, in einem Verfahrensschritt überprüft, ob für den Materialbedarf fehlende Materialien unter Einhaltung des Bedarfszeitpunktes geliefert werden können, wobei bei positiver Überprüfung in einem Verfahrensschritt V11 eine Lieferung in Auftrag gegeben wird. Die gelieferten Materialien werden in einem Verfahrensschritt V12 reserviert. Bei negativer Überprüfung wird ein weiterer Materialbedarf ordnungsgemäß reserviert.
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Ferner wird zwischen dem ersten Subverfahren und dem zweiten Subverfahren aus der Priorisierung der Materialbedarfe in einem Verfahrensschritt V13 eine Datenstruktur erzeugt. Die Datenstruktur umfasst für jeden Produktionsabschnitt PA1, PA2 zumindest Materialtyp, Bedarfsmenge und Bedarfszeitpunkt. Außerdem umfasst die Datenstruktur eine Indexstruktur, mittels der Einträge der Datenstruktur untereinander referenziert werden. Das zweite Subverfahren ist ausgeführt, die Datenstruktur zu verarbeiten und anhand der Datenstruktur die Produktionslinien Linie 1, Linie 2, Linie 3 zu belegen, Arbeiter zu verteilen und/oder Lieferantenaufträge zu erzeugen.
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Des Weiteren wird in dem ersten Subverfahren eine erste Überprüfung durchgeführt, ob die angepasste Bedarfsmenge der jeweiligen Materialien für den ausgewählten Materialbedarf ausreichend ist, wobei bei positiver erster Überprüfung die jeweiligen Materialien für das Produktionssystem reserviert werden und/oder der ausgewählte Materialbedarf ausgeführt wird.
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7 zeigt einen Überblick über das erfindungsgemäße Produktionsplanung und/oder-steuerungssystem APO, mit dem durch Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine adaptive Produktionsoptimierung erreicht wird. Dem erfindungsgemäßen schnellen Optimierungsverfahren, das ist das erste Subverfahren, ist ein gründlicheres Optimierungsverfahren, das ist das zweite Subverfahren, nachgelagert. Das gründlichere Optimierungsverfahren umfasst beispielsweise eine genetische Optimierung.
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8 zeigt die Entwicklung eines ersten Materialbestandes B1 und eines zweiten Materialbestandes B2 für gelieferte Materialien. Ferner zeigt 8 die Entwicklung von Lieferungen L, die durch das erfindungsgemäße Verfahren und System eingeplant werden.
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In 9 stellt jede Blase einen Materialbedarf dar. Es gibt drei verschiedenen Kategorien: „am wichtigsten“, „wichtig“ und „weniger wichtig“. In 9 sind eine erste Kategorie P1 entsprechend „am wichtigsten“ und eine zweite Kategorie entsprechend „wichtig“ gekennzeichnet. Auf der Abszisse sind die Zeitpunkte angegeben, an denen der Materialbedarf voraussichtlich erfüllt wird. Die Größe der Blasen repräsentiert die Bedarfsmenge. Die Ordinate gibt die Verspätung zum Zeitpunkt der Bedarfserfüllung an. Alles, was über der 0 liegt, wäre verspätet.
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Bezugszeichen
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- V1-V14
- Verfahrensschritte
- PA1
- Produktionsabschnitt 1
- PA2
- Produktionsabschnitt 2
- Linie 1,2,3
- Produktionslinien
- Puffer 1
- Materialpuffer
- Puffer 2
- Materialpuffer
- A,B,C
- Materialtypen
- APO
- Produktionsplanung und/oder-steuerungssystem
- L
- Lieferungsmenge
- B1
- erster Materialbestand
- B2
- zweiter Materialbestand
- P1
- erste Kategorie
- P2
- zweite Kategorie