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E-Book

Simulation und Optimierung in Produktion und Logistik

Praxisorientierter Leitfaden mit Fallbeispielen

AutorGerald Weigert, Lothar März, Oliver Rose, Wilfried Krug
VerlagSpringer-Verlag
Erscheinungsjahr2010
Seitenanzahl226 Seiten
ISBN9783642145360
FormatPDF
KopierschutzDRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis62,94 EUR
Die simulationsgestützte Optimierung von Produktportfolios und Produktionsketten birgt großes Potenzial - Berichte über Kopplungen von Simulation und Optimierung sind aber rar. Der Band liefert erstmals deutschsprachige Anwendungsbeispiele und einen Überblick über die Möglichkeiten von Simulation und Optimierung. Anders als standardisierte Planungsansätze können mithilfe der Simulation auch dynamische Produktions- und Logistikprozesse analysiert werden. Bei gezielter Vernetzung von Logistikabläufen lassen sich so unerwünschte Liegezeiten vermeiden.

Dr.-Ing. Ing. ECL Lothar März, geb. 1965, 1987- 1993 Studium Allgemeiner Maschinenbau an der Technischen Hochschule Darmstadt sowie Ingenieurwissenschaften mit Schwerpunkt Mathematik und Informatik an der Ecole Centrale de Lyon. 1995-2001 Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und -automatisierung (IPA), Stuttgart, 2002 Promotion (Ein Planungsverfahren zur Konfiguration der Produktionslogistik). Ab 2001 in leitenden Funktionen in der Unternehmensberatung sowie bei Forschungsinstitutionen tätig. Zentraler Schwerpunkt seiner Arbeiten sind Entscheidungsunterstützungssysteme für Produktion und Logistik auf der Basis von Simulation und mathematischer Optimierung. 2010 Gründung der LOM Innovation GmbH & Co. KG in Lindau (Bodensee) als geschäftsführender Gesellschafter. Mitglied der Arbeitsgemeinschaft Simulation (ASIM), der GI sowie der Gesellschaft für Produktion und Logistik des VDI Deutschland. 2007 Gründungsmitglied und Sprecher der Arbeitsgruppe 'Simulationsbasierte Optimierung von Produktions- und Logistikprozessen' in der ASIM-Fachgruppe 'Simulation in Produktion und Logistik'. Prof. Dr. - Ing. habil. Wilfried Krug, geb.1937, 1956 - 1959 Flugzeugbaustudium an der Ingenieurschule für Flugzeugbau Dresden, 1961 - 1967 Diplom - Ingenieurstudium Elektrotechnik/Technische Kybernetik an der Technischen Universität Dresden, 1975 Promotion (Modellierung und Simulation von Hermetikkompressoren), 1977 Habilitation ( Rechnergestützte Optimierung technischer Systeme). 1978 - 1986 Professur für Mathematische Kybernetik und Rechentechnik an der Ingenieur Hochschule Köthen, 1986 - 1992 Professur für Modellierung und Simulation an der Fakultät Maschinenwesen der Technischen Universität Dresden. 1990 Gründung der DUALIS GmbH IT Solution und Direktor IT-Management bis heute. Mitglied der Arbeitsgemeinschaft ASIM seit 1992 und im Vorstand bis 2000. Mitglied in mehreren nationalen und internationalen Programmkomitees und General Conference Chairman Society for Computer Simulation 1992 und 2002 in Dresden. Beiratsmitglied im VDI - Produktionstechnik von 1998 - 2008 und seit 2009 Leiter des VDI - Arbeitskreises Produktion und Logistik Dresden und Mitglied der Gesellschaft für Produktion und Logistik des VDI Deutschland. Prof. Dr. rer. nat. Oliver Rose, geb. 1966, Mathematikstudium an der Universität Würzburg, Promotion und Habilitation ('Operational Modelling and Simulation in Semiconductor Manufacturing') im Fach Informatik an der Universität Würzburg. Seit Oktober 2004 Professur für Modellierung und Simulation am Institut für Angewandte Informatik der Fakultät Informatik der TU Dresden. 2001-2003 Leitung der deutschen Beteiligung am Factory Operations Research Center Project 'Scheduling of Semiconductor Wafer Fabrication Facilities' von SRC (Semiconductor Research Corporation) und International Sematech. Aktuelle Arbeitsgebiete: Modellierung und Simulation komplexer Produktionssysteme, operative Materialflusskontrolle komplexer Produktionssysteme, Informationstechnologische Unterstützung von Simulationsprojekten. Mitglied der Arbeitsgemeinschaft Simulation (ASIM), der GI, der IEEE, des INFORMS College on Simulation, der Gesellschaft für Systems Engineering, Mitglied in mehreren nationalen und internationalen Programmkomitees. Privatdozent Dr.-Ing. Gerald Weigert, studierte Informationselektronik an der Technischen Universität Dresden und promovierte 1983 an der Fakultät Elektrotechnik. Bis 1988 war er sowohl wissenschaftlich als auch in der Industrie auf dem Gebiet der automatischen Spracherkennung tätig, wo er sich vorrangig mit Optimierungsalgorithmen und Softwareentwicklung beschäftigte. Seit 1988 arbeitet er am Institut für Aufbau- und Verbindungstechnik der Elektronik (IAVT, vormals Institut für Elektronik-Technologie) der Technischen Universität Dresden, zunächst als wissenschaftlicher Mitarbeiter und seit 2006 als Privatdozent. Seit dieser Zeit beschäftigt er sich in Forschung und Lehre mit der Modellierung, Simulation und Optimierung von Fertigungsprozessen. Er war maßgeblich beteiligt an der Entwicklung ereignisdiskreter Simulationssysteme und deren Einsatz zur prozessbegleitenden Steuerung von Fertigungsabläufen. Dr. Weigert leitet die Arbeitsgruppe 'Prozesstechnologie' am IAVT und unterhält zahlreiche Kontakte zur Industrie. Er ist Mitglied der Arbeitsgemeinschaft Simulation (ASIM) und Mitglied verschiedener Programmkomitees.

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Blick ins Buch
Inhaltsverzeichnis
Vorwort6
Gliederung des Fachbuchs9
Inhalt12
Autorenverzeichnis14
Teil I17
Einführung17
Kapitel 118
Simulationsgestützte Optimierung18
1.1 Motivation18
1.2 Hemmnisse und Hürden20
1.3 Zielgruppe21
1.4 Betrachtete Planungsaufgaben22
1.5 Logistische Zielgrößen23
1.6 Rolle der Simulation25
1.7 Rolle der Optimierung26
Literatur26
Kapitel 228
Simulation28
2.1 Einführung28
2.2 Modellbildung31
2.3 Versuchsplanung33
2.4 Fazit33
Literatur33
Kapitel 335
Optimierung35
3.1 Begriffsbestimmung35
3.2 Optimierungsverfahren36
3.2.1 Deterministische Verfahren36
3.2.2 Stochastische Verfahren36
3.2.3 Evolutionäre & Genetische Verfahren38
3.2.4 Schwellwertverfahren39
3.2.5 Permutationsverfahren39
3.3 Adaptive Verfahren mit Lernprozess40
Literatur42
Kapitel 443
Stellund Zielgrößen43
4.1 Stellgrößen43
4.2 Einfache Zielgrößen44
4.3 Mehrfachziele46
4.4 Komplexität von Optimierungsproblemen51
Literatur53
Kapitel 554
Kopplung von Simulation und Optimierung54
5.1 Kopplungsarten von Simulation und Optimierung54
5.2 Optimierung ist in die Simulation integriert55
5.3 Simulation als Bewertungsfunktion der Optimierung56
5.4 Simulationsergebnisse als Startwert der Optimierung56
5.5 Optimierungsergebnisse zur Konfiguration der Simulation57
5.6 Problemklassen57
Literatur58
Teil II59
Fallbeispiele59
Kapitel 660
Simulationsgestützte Optimierung von Fertigungsprozessen in der Halbleiterindustrie60
6.1 Einleitung60
6.1.1 Unternehmen60
6.1.2 Wissenschaftlicher Partner61
6.1.3 Ausgangssituation und Zielsetzung61
6.2 Optimierungsaufgabe62
6.2.1 Optimierungsziel62
6.2.2 Zusammenhänge63
6.2.3 Stellgrößen64
6.2.4 Problemklasse und Problemgröße64
6.3 Optimierungsansatz und Problemcodierung65
6.3.1 Algorithmen/Systeme65
6.3.2 Verfahrensablauf67
6.4 System-/Modellarchitektur68
6.4.1 Systemarchitektur68
6.4.2 Einbindung in den Planungsprozess des Unternehmens68
6.5 Bewertung des Verfahrens71
6.5.1 Ergebnisse71
6.5.2 Einschränkungen72
6.5.3 Alternativverfahren72
6.6 Projektaufwand, -erkenntnisse, Kosten/Nutzen73
6.6.1 Herausforderungen73
6.6.2 Erkenntnisse73
6.6.3 Fazit und Ausblick74
Literatur74
Kapitel 775
Vorausschauende Produktionsregelung durch simulationsbasierte heuristische Optimierung75
7.1 Einleitung75
7.1.1 Unternehmen75
7.1.2 Wissenschaftliche Partner76
7.1.3 Ausgangssituation und Zielsetzung76
7.2 Optimierungsaufgabe77
7.2.1 Optimierungsziel77
7.2.2 Zusammenhänge78
7.2.3 Stellgrößen79
7.2.4 Problemklasse(n) – Problemgröße79
7.3 Lösungsansatz80
7.3.1 Algorithmen/Systeme80
7.3.2 Verfahrensablauf82
7.4 Systemund Modellarchitektur82
7.4.1 Systemarchitektur82
7.4.2 Einbindung in den Planungsprozess des Unternehmens83
7.5 Bewertung des Verfahrens84
7.5.1 Ergebnisse (Laufzeit, Qualität)84
7.5.2 Einschränkungen85
7.5.3 Alternativverfahren85
7.6 Fazit und Ausblick85
7.6.1 Herausforderungen85
7.6.2 Erkenntnisse86
7.6.3 Weitere Schritte86
Literatur87
Kapitel 888
Modellierung und Optimierung von Montageprozessen88
8.1 Einleitung88
8.1.1 Unternehmen88
8.1.2 Wissenschaftlicher Partner89
8.1.3 Ausgangssituation und Zielsetzung89
8.2 Optimierungsaufgabe90
8.2.1 Optimierungsziel90
8.2.2 Zusammenhänge90
8.2.3 Stellgrößen94
8.2.4 Problemklasse und Problemgröße94
8.3 Optimierungsansatz und Problemcodierung95
8.3.1 Algorithmen/Systeme95
8.3.2 Verfahrensablauf95
8.4 System-/Modellarchitektur96
8.4.1 Systemarchitektur96
8.4.2 Einbindung in den Planungsprozess des Unternehmens96
8.5 Bewertung des Verfahrens97
8.5.1 Ergebnisse (Laufzeit, Qualität)97
8.5.2 Einschränkungen97
8.5.3 Alternativverfahren97
8.6 Projektaufwand, -erkenntnisse, Kosten/Nutzen100
8.6.1 Herausforderungen100
8.6.2 Erkenntnisse100
8.6.3 Fazit und Ausblick101
Literatur101
Kapitel 9102
Personaleinsatzund Ablaufplanung für komplexe Montagelinien mit MARTA 2102
9.1 Einleitung102
9.1.1 Unternehmen102
9.1.2 Wissenschaftliche(r) Partner103
9.1.3 Ausgangssituation und Zielsetzung103
9.2 Optimierungsaufgabe103
9.2.1 Optimierungsziel103
9.2.2 Zusammenhänge104
9.2.3 Stellgrößen105
9.2.4 Problemklasse(n)105
9.2.5 Problemgröße106
9.3 Optimierungsansatz und Problemcodierung106
9.3.1 Algorithmen/Systeme106
9.3.2 Verfahrensablauf106
9.4 System-/Modellarchitektur109
9.4.1 Systemarchitektur109
9.4.2 Einbindung in den Planungsprozess des Unternehmens111
9.5 Bewertung des Verfahrens111
9.5.1 Ergebnisse (Laufzeit, Qualität)111
9.5.2 Einschränkungen111
9.5.3 Alternativverfahren112
9.6 Projektaufwand, -erkenntnisse, Kosten/Nutzen112
9.6.1 Herausforderungen112
9.6.2 Erkenntnisse112
9.6.3 Fazit und Ausblick113
Literatur113
Kapitel 10114
Simulationsbasierte Reihenfolgeoptimierung in der Produktionsplanung und -steuerung114
10.1 Einleitung114
10.1.1 Unternehmen114
10.1.2 Wissenschaftliche Partner114
10.1.3 Ausgangssituation und Zielsetzung115
10.2 Optimierungsaufgabe115
10.2.1 Optimierungsziel115
10.2.2 Zusammenhänge116
10.2.3 Stellgrößen117
10.2.4 Problemklasse und Problemgröße117
10.3 Lösungsansatz117
10.3.1 Systemlösung und Algorithmen117
10.3.2 Verfahrensablauf118
10.4 System– und Modellarchitektur118
10.4.1 Integration der Softwarekomponenten118
10.4.2 Optimierter Planungsprozess120
10.5 Bewertung des Verfahrens122
10.6 Fazit und Ausblick124
Literatur125
Kapitel 11126
Simulationsbasierte Optimierung der Einsteuerungsreihenfolge für die Automobil-Endmontage126
11.1 Einführung126
11.1.1 Unternehmen126
11.1.2 Wissenschaftlicher Partner126
11.1.3 Ausgangssituation und Zielsetzung127
11.2 Optimierungsaufgabe128
11.2.1 Optimierungsziel128
11.2.2 Zusammenhänge129
11.2.3 Stellgrößen130
11.2.4 Problemklasse130
11.2.5 Problemgröße131
11.3 Lösungsansatz131
11.3.1 Optimierung mit Genetischen Algorithmen131
11.3.2 Genetischer Algorithmus zur Auftragseinsteuerung132
11.4 Systemund Modellarchitektur133
11.4.1 Softwareumgebung133
11.4.2 Modellierung des Fertigungssystems133
11.4.3 Bewertung von Reihenfolgen135
11.4.4 Optimierung der Reihenfolge aller Aufträge einer Schicht136
11.4.5 Rollierende Optimierung von Teilreihenfolgen136
11.5 Bewertung des Verfahrens138
11.5.1 Qualität der Planungsergebnisse138
11.5.2 Aufwand-Nutzen-Betrachtung139
11.5.3 Alternative Ansätze140
11.6 Fazit und Ausblick140
Literatur141
Kapitel 12142
Integrierte Programmund Personaleinsatzplanung sequenzierter Produktionslinien142
12.1 Einleitung142
12.1.1 Unternehmen142
12.1.2 Wissenschaftlicher Partner143
12.1.3 Ausgangssituation und Zielsetzung143
12.2 Optimierungsaufgabe146
12.2.1 Optimierungsziel146
12.2.2 Zusammenhänge146
12.2.3 Stellgrößen147
12.2.4 Problemklassen148
12.2.5 Problemgröße149
12.3 Optimierungsansatz und Problemcodierung149
12.3.1 Algorithmen/Systeme149
12.3.2 Verfahrensablauf152
12.4 System-/Modellarchitektur153
12.4.1 Systemarchitektur153
12.4.2 Einbindung in den Planungsprozess155
12.5 Bewertung des Verfahrens155
12.5.1 Ergebnisse (Qualität, Laufzeit)155
12.6 Projektaufwand, -erkenntnisse, Kosten/Nutzen156
Literatur159
Kapitel 13160
Simulationsgestützte Optimierung für die distributionsorientierte Auftragsreihenfolgeplanung in der Automobilindustrie160
13.1 Einführung160
13.1.1 Unternehmen160
13.1.2 Wissenschaftliche Partner160
13.2 Ausgangssituation und Zielsetzung161
13.3 Optimierungsaufgabe162
13.3.1 Optimierungsziel162
13.3.2 Zusammenhänge163
13.3.3 Problemklassen166
13.3.4 Problemgröße168
13.4 Optimierungsansatz und Problemcodierung169
13.4.1 Algorithmen/Systeme169
13.5 System-/Modellarchitektur172
13.5.1 Systemarchitektur172
13.5.2 Einbindung in den Planungsprozess173
13.6 Bewertung des Verfahrens175
13.6.1 Ergebnisse und Erkenntnisse175
13.6.2 Einschränkungen176
13.6.3 Fazit und Ausblick176
Literatur178
Kapitel 14180
Optimierung einer feinwerktechnischen Endmontage auf Basis der personalorientierten Simulation180
14.1 Einleitung180
14.1.1 Unternehmen180
14.1.2 Wissenschaftlicher Partner180
14.1.3 Ausgangssituation und Zielsetzung181
14.2 Optimierungsaufgabe181
14.2.1 Optimierungsziel181
14.2.2 Zusammenhänge182
14.2.3 Stellgrößen183
14.2.4 Problemklasse und Problemgröße184
14.3 Optimierungsansatz und Problemcodierung184
14.3.1 Algorithmen/Systeme184
14.3.2 Verfahrensablauf185
14.4 System-/Modellarchitektur187
14.4.1 Systemarchitektur187
14.4.2 Einbindung in den Planungsprozess des Unternehmens188
14.5 Bewertung des Verfahrens188
14.5.1 Ergebnisse (Laufzeit, Qualität)188
14.5.2 Einschränkungen190
14.5.3 Alternativverfahren190
14.6 Projektaufwand, -erkenntnisse, Kosten/Nutzen190
14.6.1 Herausforderungen190
14.6.2 Erkenntnisse191
14.6.3 Fazit und Ausblick191
Literatur192
Kapitel 15193
Simulative Optimierung von Verpackungsanlagen193
15.1 Einleitung193
15.1.1 Unternehmen193
15.1.2 Wissenschaftliche Partner193
15.1.3 Ausgangssituation und Zielstellung194
15.2 Optimierungsaufgabe195
15.2.1 Optimierungsziele195
15.2.2 Zusammenhänge195
15.2.3 Stellgrößen196
15.2.4 Problemklasse und Problemgröße197
15.3 Lösungsansatz197
15.3.1 Auswahl der Lösungswerkzeuge197
15.3.2 Verfahrensablauf197
15.4 Systemund Modellarchitektur198
15.4.1 Systemarchitektur198
15.4.2 Einbindung in den Lösungsprozess198
15.5 Bewertung des Verfahrens der simulativen Optimierung199
15.6 Fazit und Ausblick200
Literatur201
Kapitel 16202
Entwurfsunterstützung von Produktions-und Logistikprozessen durch zeiteffiziente simulationsbasierte Optimierung202
16.1 Einführung202
16.1.1 Unternehmen202
16.1.2 Wissenschaftlicher Partner202
16.1.3 Ausgangssituation und Zielstellung203
16.2 Optimierungsaufgabe203
16.2.1 Optimierungsziel203
16.2.2 Zusammenhänge203
16.2.3 Stellgrößen204
16.2.4 Problemklasse und Problemgröße205
16.3 Lösungsansatz205
16.4 System – und Modellarchitektur206
16.5 Bewertung des Verfahrens208
16.6 Fazit und Ausblick209
Literatur210
Kapitel 17211
Performancevergleich zwischen simulationsbasierter Onlineund OfflineOptimierung anhand von Scheduling-Problemen211
17.1 Einleitung211
17.1.1 Unternehmen211
17.1.2 Wissenschaftlicher Partner211
17.1.3 Ausgangssituation und Zielsetzung212
17.2 Optimierungsaufgabe213
17.2.1 Optimierungsziel213
17.2.2 Zusammenhänge214
17.2.3 Stellgrößen214
17.2.4 Problemklasse215
17.2.5 Problemgröße215
17.3 Optimierungsansatz und Problemcodierung216
17.3.1 Algorithmen/Systeme216
17.3.2 Verfahrensablauf216
17.4 Bewertung des Verfahrens218
17.4.1 Ergebnisse (Laufzeit, Qualität)218
17.4.2 Einschränkungen219
17.4.3 Alternativverfahren220
17.5 Projektaufwand, -erkenntnisse, Kosten/Nutzen220
Literatur220
Herausgeber221
Sachwortverzeichnis223

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