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Die vorliegende Arbeit wurde vom Fachbereich Wirtschaftswissenschaften der Universit t Kassel als. Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades eines Doktors der Wirtschafts und. Sozialwissenschaften Dr rer pol angenommen,Erster Gutachter Prof Dr Richard Vahrenkamp. Zweiter Gutachter Prof Dr Ing Sigrid Wenzel,Tag der m ndlichen Pr fung 31 Januar 2007. Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek. Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen. Nationalbibliografie detaillierte bibliografische Daten sind im Internet ber. http dnb d nb de abrufbar,Zugl Kassel Univ Diss 2007. ISBN 978 3 89958 335 9,URN urn nbn de 0002 3354,2008 kassel university press GmbH Kassel. www upress uni kassel de, Druck und Verarbeitung Unidruckerei der Universit t Kassel.
Printed in Germany,Meinen Eltern,Danksagung, Diese Arbeit ist am Fachbereich Wirtschaftswissenschaften der Universita t Kassel unter. der Betreuung von Herrn Prof Dr Richard Vahrenkamp entstanden Ich danke ihm fu r. die freundliche Unterstu tzung bei der Bearbeitung dieses Themas in dem ich Aufgaben. stellungen der Produktionsplanung und der Mathematischen Optimierung miteinander. verknu pfen konnte, Mein Dank gilt auch Frau Prof Dr Ing Sigrid Wenzel da sie sich freundlicherweise. bereit erkla rt hat das Zweitgutachten zu dieser Dissertation zu erstellen. Ich danke ebenfalls der Friedrich Naumann Stifung die meine Promotion durch ein Sti. pendium aus den Mitteln des Bundesministeriuims fu r Bildung und Forschung gefo rdert. Ebenso bedanke ich mich bei allen Menschen die mich wa hrend der Erstellung dieser. Arbeit begleitet haben Ihre konstruktiven Gespra che zu dem Thema und die kritische. Durchsicht dieser Dissertation haben bei der Erstellung dieser Arbeit weitergeholfen. Mein besonderer Dank gilt meinen Eltern die mich in allen Phasen der Promotion unter. stu tzt haben,Inhaltsverzeichnis,Einleitung 1,Problemstellung und Zielsetzung der Arbeit 1. Aufbau der Arbeit 2,1 Aufgaben der Produktionsplanung 5. 1 1 Produktionsplanung 5,1 1 1 Operative Produktionsplanung 6.
1 2 Produktionsproze planung 8,1 2 1 Losgro enplanung 8. 1 2 2 Reihenfolgeplanung 10, 2 Prozesse und Anforderungen der Verfahrenstechnik 15. 2 1 Verfahrenstechnische Produktion 15,2 1 1 Grundverfahren der Verfahrenstechnik 15. 2 1 2 Die Verfahrensindustrie 17, 2 2 Charakteristika der verfahrenstechnischen Produktion 17. 2 2 1 Proze ablauf 17,2 2 2 Anlagenstruktur 21,2 2 3 Ablaufplanung 29.
2 3 Implementierung in Systemen zur Produktionsplanung 32. 2 3 1 Abbildung durch Rezepturen 32, 2 3 2 IT Systeme zur Produktionsplanung und steuerung 33. 3 Modelle und Verfahren zur Produktionsplanung 39,3 1 Volumenplanung 39. 3 2 Modellierung von Reihenfolgeproblemen 42,3 2 1 Gemischt ganzzahlige Programmierung 43. 3 2 2 Constraint Based Programming 47,II INHALTSVERZEICHNIS. 3 2 3 Graphentheoretische Modellierung 49,3 3 Optimierungsverfahren 53.
3 3 1 Verbesserungsheuristiken 56,3 3 2 Literaturu bersicht 62. 3 4 Operative Produktionsplanung 64,3 4 1 Literaturu bersicht zu Modellen. der Mengen und Reihenfolgeplanung 64,3 4 2 Technische Aspekte der Entwicklung. eines Planungsverfahrens 68,4 Reihenfolgeplanung 71. 4 1 Ein Optimierungsproblem der Reihenfolgeplanung 71. 4 2 Modellierung des Reihenfolgeproblems 76, 4 2 1 Modellierung der Reihenfolge auf Reaktoren 76.
4 2 2 Modellierung der Reihenfolge auf Silos 79,4 2 3 Modellierung von Ressourcenpools 83. 4 2 4 Zusammenfassung und Initial Instanz 84,4 2 5 Schritte der Reihenfolgeoptimierung 88. 4 3 Erzeugen einer Startlo sung 90,4 4 Algorithmus zur Makespan Berechnung 98. 4 4 1 Der Dijkstra Algorithmus 98,4 4 2 Die Makespan Berechnung 99. 4 5 Reihenfolgeoptimierung 110,4 5 1 Optimierungsaufgaben 111.
4 5 2 Transformationen im Graphenmodell 112,4 5 3 Nachbarschaften der inneren Optimierung 116. 4 5 4 Nachbarschaften der a u eren Optimierung 118. 4 5 5 Anwendung eines heuristischen Suchverfahrens 120. 4 5 6 Zwischenlagerung 124,5 Kombinierte Chargen und Reihenfolgeplanung 127. 5 1 Planungsgrundlagen 127,5 1 1 Kundenauftra ge 129. 5 1 2 Zielsetzungen 129,5 1 3 Rollierende Planung 131. 5 2 Volumenberechnung 135,INHALTSVERZEICHNIS III, 5 2 1 Volumenberechnung und Reihenfolgeplanung 141.
5 3 Chargenplanung 144,5 3 1 Auswahl des Produktionsrezeptes 149. 5 3 2 Bestimmung des Produktionsvolumens 150,5 3 3 Erstellen von neuen Chargen 153. 5 3 4 Bestimmung des Chargenvolumens und Nachoptimierung 155. 6 Schlu betrachtung 169,A Erzeugen einer Startlo sung 173. Literaturverzeichnis 177,IV INHALTSVERZEICHNIS,Abbildungsverzeichnis. 1 1 Reihenfolgebeziehungen 12, 2 1 Darstellung von Produktionsstrukturen durch Gozinto Graphen ohne Ge.
wichtung der Kanten 19, 2 2 Produktionsanlage zur Trockenkaffeeherstellung 22. 2 3 Mo glichkeiten der Zwischenlagerung 24,2 4 Mehrstranganlage mit drei Einzelstra ngen 26. 2 5 Nebenla ufige Produktion mit 3 Zwischenprodukten 27. 2 6 Parallele Produktion in 3 Chargen 28, 2 7 Rezept Entwicklung nach NAMUR Empfehlung NE 33 33. 2 8 Produktionsplanung und steuerung 34,2 9 Planung in Advanced Planning Systemen 35. 3 1 Modellierung des Zeitverlaufs 43, 3 2 Formulierung eines Flow Shop Problems als Assignment Problem 46.
3 3 Formulierung eines Job Shop Problems mit OPL 48. 3 4 Gantt Diagramm und gerichteter Graph 50, 3 5 Auftragsorientierter Graph und zugeho riger disjunktiver Graph 51. 3 6 Lo sungsraum mit Golfloch Optimum 63, 4 1 Parallele Operationen nach einer Endprodukt Produktion 77. 4 2 Umwandlung paralleler Prozesse in eine Knotenkette Fallunterscheidung. bei der Abfu llung 78, 4 3 Umwandlung des Produktionsnetzwerkes aus Abb 4 1 in eine Knotenkette 79. 4 4 Silo Bestandskette 81,4 5 Lagerung mit Batch Mix Beispiel 4 2 82. 4 6 Modellierung mit Ressourcenpool Abfu llung 83,4 7 Initial Instanz der Reihenfolgeplanung 85.
4 8 Schichtu bergreifende Produktion 86,4 9 Neuplanung ohne Reinigung 87. VI ABBILDUNGSVERZEICHNIS,4 10 Ablaufschema der Reihenfolgeoptimierung 89. 4 11 Einzuplanende Chargen Beispiel 4 4 95,4 12 Erzeugte Startlo sung Beispiel 4 4 97. 4 13 Ausgangssituation von Beispiel 4 5 zur Optimierung der Abfu llung 112. 4 14 Optimierte Reihenfolge der Abfu llung in Beispiel 4 5 113. 4 15 Ausgangssituation in Beispiel 4 6 zur Optimierung der Reihenfolge 114. 4 16 Optimierte Reihenfolge der Reinigung in Beispiel 4 6 115. 4 17 Ausgangssituation in Beispiel 4 9 119, 4 18 Unzula ssige Zwischenlo sung in Beispiel 4 9 119. 4 19 Abgeschlossene Move Operation Beispiel 4 9 120. 4 20 Zwischenlagerung von Chargen Beispiel 4 10 126. 5 1 Ergebnis der Chargenplanung bei unterschiedlichen Optimierungskriterien. Beispiel 5 1 132, 5 2 Auftragsmengen in der rollierenden Planung 133.
5 3 Zusammenfassung der einzuplanenden Auftra ge 134. 5 4 Berechnung der Volumengrenzwerte Beispiel 5 2 138. 5 5 Gesamte Produktionszeit Definition 5 2 142, 5 6 Zusa tzlich einzufu gende Charge Beispiel 5 4 143. 5 7 Simultane Planung 148,5 8 Auftra ge umverteilen Beispiel 5 6 162. 5 9 Ausgangslo sung Beispiel 5 6 162, 5 10 Lo sung nach dem Umverteilen Beispiel 5 6 162. A 1 Einzuplanende Chargen Beispiel 4 4 173,Tabellenverzeichnis. 2 1 Produktionsverfahren in der Verfahrens und Fertigungstechnik 16. 2 2 Klassifikation der Anlagenstruktur 26, 2 3 Vergleich Kampagnenfahrweise vs Mischfahrweise 31.
4 1 Zugeordnete Reaktoren Beispiel 4 4 95,4 2 Erzeugte Zwischenlo sungen Beispiel 4 4 96. 5 1 Mo gliche Nachteile bei unterschiedlicher Volumenauslastung 158. 5 2 Volumengrenzwerte der Reaktoren Beispiel 5 7 165. A 1 Zugeordnete Reaktoren Beispiel 4 4 174, A 2 Einzelschritte des Algorithmus 4 2 zur Erzeugung der ersten Zwischenlo. sungen aus Beispiel 4 4 vgl Tabelle 4 2 aus S 96 175. VIII TABELLENVERZEICHNIS,Verzeichnis der Algorithmen. 3 1 Simulated Annealing 59,3 2 Threshold Accepting Vera nderung des SA 61. 3 2 Sintflut Algorithmus Vera nderung des SA 62,4 1 List Scheduling 90.
4 2 Erzeugen einer Startlo sung 91,4 3 Regel ch fu r Algorithmus 4 2 93. 4 4 Regel rk fu r Algorithmus 4 2 94,4 5 Dijkstra Algorithmus 99. 4 6 Makespan Algorithmus 101,4 7 Auswahl des Iterationsknotens 102. 4 8 Berechnung der Vorla uferknoten 103,4 9 Berechnung paralleler Aktionen 106. 4 10 Bestimmung eines Parallelknotens 107,4 11 Berechnung der Abfu llzeiten 108.
4 12 Bestimmung einer lokalen unteren Schranke 123. 4 13 Zwischenlagerung im Silo 124,5 1 Rollierende Planung 132. 5 2 Simultane Chargen und Reihenfolgeplanung 146,5 3 Auswahl des Produktionsrezeptes 150. 5 4 Volumenbestimmung und Chargenerstellung 154,5 5 Chargen zusammenfassen 157. 5 6 Auftra ge umverteilen 159,5 7 Volumen reduzieren 165. 5 8 Bestimmung des Reduktionsvolumens Chargen 167,5 9 Reduktionsvolumen Abfu llung 167.
X ALGORITHMEN,Verzeichnis der Abku rzungen,und Symbole. Abku rzungen, APS Advanced Planning System bzw Advanced Planning and Scheduling. System S 34,ATP Available to Promise S 34,B B Branch Bound Verfahren S 54. CP Constraint Programming S 47,CTP Capable to Promise S 34. DIN Deutsche Industrie Norm,EN Euronorm, EOQ Economic Order Quantity Model s Losgro enplanung S 8.
ERP Enterprise Resource Planning S 33,FTL Fertigtanklager S 29. GA Genetische Algorithmen S 56, GD Great Deluge Algorithmus siehe Sintflutalgorithmus S 62. ISO International Organization for Standardization. IT Informationstechnik,JiT Just in Time S 74,LP Linear Programming S 54. ME Mengeneinheiten,MES Manufacturing Execution System S 35. der Betreuung von Herrn Prof Dr Richard Vahrenkamp entstanden Ich danke ihm f ur die freundliche Unterst utzung bei der Bearbeitung dieses Themas in dem ich Aufgaben stellungen der Produktionsplanung und der Mathematischen Optimierung miteinander verkn upfen konnte Mein Dank gilt auch Frau Prof Dr Ing Sigrid Wenzel da sie sich freundlicherweise bereit erkl art hat das

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