Integrierte Optimierung der Losgrößen- und Instandhaltungsplanung bei industrieller Sachgüterproduktion (eBook)

Steffen Kasper promovierte als wissenschaftlicher Mitarbeiter bei Prof. Dr. Stefan Helber am Institut für Produktionswirtschaft an der Leibniz Universität Hannover.

Inhaltsverzeichnis 7
Abbildungsverzeichnis 11
Tabellenverzeichnis 15
Algorithmenverzeichnis 18
Abkürzungsverzeichnis 19
1 Einleitung 20
1.1 Gegenstand der Arbeit 20
1.2 Gang der Untersuchung 21
2 Losgrößen- und Instandhaltungsplanung in der Sachgüterindustrie 24
2.1 Grundlagen der Losgrößen- und Instandhaltungsplanung 24
2.1.1 Kennzeichnung der Losgrößenplanung innerhalb der Produktionsplanung 24
2.1.2 Kennzeichnung der Instandhaltungsplanung 29
2.2 Detaillierte Untersuchung eines Anwendungsfalls bei einem Automobilzulieferer 32
2.2.1 Vorbemerkung zur Datenerhebung und -darstellung 32
2.2.2 Beschreibung des zugrunde liegenden Produkts, des Produktionsprozesses sowie der Losgrößenplanung 33
2.2.3 Darstellung der Instandhaltung und Analyse des Ausfallverhaltens des betrachteten Produktionssegments 38
2.2.4 Fazit 43
2.3 Ausgewählte Entscheidungsmodelle der Losgrößen- und Instandhaltungsplanung 44
2.3.1 Einführung zu formal-mathematischen Entscheidungsmodellen 44
2.3.2 Grundmodelle der Losgrößenplanung 44
2.3.3 Das Proportional Lot-Sizing and Scheduling Problem (PLSP) 47
2.3.4 Kombinierte Entscheidungsmodelle der integrierten Losgrößen- und Instandhaltungsplanung 51
2.3.5 Kritische Würdigung der bestehenden Ansätze und Definition der Forschungslücke 55
3 Entwicklung eines Entscheidungsmodells zur Losgrößenplanung bei industrieller Sachgüterproduktion 56
3.1 Generelle Überlegungen und Anforderungen 56
3.2 Modellstufe I: Erweiterung des PLSP um Rüstklassen 62
3.3 Erweiterung der Modellformulierung um periodenübergreifende Rüstvorgänge 71
3.3.1 Flexibilität des Startzeitpunkts eines Rüstvorgangs innerhalb einer Planungsperiode 71
3.3.2 Modellstufe II: Mehrperiodige Rüstvorgänge mit beschränkt-flexiblem Startzeitpunkt 73
3.3.3 Modellstufe III: Einperiodige Rüstvorgänge mit flexiblem Startzeitpunkt 79
3.4 Modellstufe IV: Erweiterung des PLSP um Rüstklassen und mehrperiodige Rüstvorgänge mit flexiblem Startzeitpunkt 87
3.4.1 Zusätzliche Notation und Annahmen 87
3.4.2 Das Proportional Lot-Sizing and Scheduling Problem with Setup Classes (PLSP-SC) 91
3.4.3 Fallbeispiele des PLSP-SC 97
4 Erweiterung des Entscheidungsmodells um die integrierte Optimierung der Losgrößen- und Instandhaltungsplanung 102
4.1 Generelle Überlegungen und Anforderungen 102
4.2 Modellstufe V: Integration der Instandhaltungsmaßnahmen in das PLSP-SC 105
4.3 Modellstufe VI: Erweiterung des Entscheidungsmodells um den Rüstverlust bei Instandsetzung 119
4.3.1 Zusätzliche Notation und Annahmen 119
4.3.2 Das Proportional Lot-Sizing and Scheduling Problem with Setup Classes and Maintenance (PLSP-SC-M) 126
4.3.3 Fallbeispiele des PSLP-SC-M 131
4.4 Ausblick auf Erweiterungsmöglichkeiten des entwickelten Entscheidungsmodells 134
4.5 Abschließendes Fazit 137
5 Lösung des Optimierungsproblems zur integrierten Losgrößen- und Instandhaltungsplanung durch eine Fix& Optimize-Heuristik
5.1 Einführung zu heuristischen Lösungsverfahren 138
5.2 Vorstellung der Fix& Optimize-Heuristik
5.3 Anpassung der Fix& Optimize-Heuristik auf das zugrunde liegende Optimierungsproblem
5.3.1 Adaption der Dekompositionsstrategien 145
5.3.2 Subprobleme und Untermengen 147
5.3.3 Erstellen der Startlösung 149
5.3.4 Verbesserungsverfahren 150
6 Numerische Untersuchungen 153
6.1 Numerische Untersuchung des PLSP-SC 153
6.1.1 Versuchsaufbau und -durchführung 153
6.1.2 Auswertung der Versuche 157
6.2 Numerische Untersuchung des PLSP-SC-M 172
6.2.1 Versuchsaufbau und -durchführung 172
6.2.2 Auswertung der Versuche 175
6.3 Numerische Untersuchung des Anwendungsfalls 184
6.3.1 Versuchsaufbau und -durchführung 184
6.3.2 Auswertung der Versuche 191
7 Schlussbemerkungen 199
7.1 Zusammenfassung 199
7.2 Ausblick 201
Literaturverzeichnis 203
Anhang 212
A Fallbeispiele zu den entwickelten Optimierungsmodellen 213
A.1 Verwendete Rechenhard- und -software 213
A.2 Fallbeispiele für das PLSP-SC 213
A.3 Fallbeispiele für das PLSP-SC-M 217
B Spezialfall von Produktion und Instandhaltung im PLSP-SC-M 221
C Details zu den numerischen Untersuchungen 223
C.1 PLSP-SC 223
C.1.1 Testmodelle des PLSP-SC 223
C.1.2 Struktur der Problemklassen 231
C.1.3 Testinstanzen des PLSP-SC 234
C.1.4 Berechnung der Ganzzahligkeitslücke der oberen und unteren Schranke sowie Glättung des Kurvenverlaufs 240
C.1.5 Reduktion der Anzahl von Binärvariablen: Vergleich der Modellvarianten PLSP-SC-?st , PLSP-SC-?ikt und PLSP-SC-?skt 243
C.1.6 Parameter der Fix& Optimize-Heuristik
C.2 PLSP-SC-M 247
C.2.1 Testmodell des PLSP-SC-M 247
C.2.2 Testinstanzen des PLSP-SC-M 252
C.3 Anwendungsfall 258
C.3.1 Testmodell für den Anwendungsfall 258
C.3.2 Testinstanz des Anwendungsfalls 271
C.3.3 Parameter der Fix& Optimize-Heuristik