Table Of ContentForschung und Praxis . Band 38
Berichte aus dem Fraunhofer-Institut
fur Produktionstechnik und Automatisierung,
Stuttgart, und dem Institut
fur Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb
der UniversiUit Stuttgart
Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. H. J. Warnecke
Ulrich Maier
Arbeitsgangterminierung
mit variabel strukturierten
Arbeitsplanen
Ein Beitrag
zur Fertigungssteuerung
flexibler Fertigungssysteme
Mit 45 Abbildungen
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York 1980
Dipl.-Ing. Ulrich Maier
Fraunhofer-Institut fUr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart
Dr.-Ing. H. J. Warnecke
o. Professor an der Universitat Stuttgart
Fraunhofer-Institut fUr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart
093
ISBN-13: 978-3-540-10213-7 e-ISBN-13:978-3-642-81508-9
001: 10.1007/978-3-642-81508-9
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frei zu betrachten waren und daher von jedermann benutzt werden dOrften.
2362/3020--543210
Geleitwort des Herausgebers
Die Entwicklungen in der Produktionstechnik in den
letzten Jahrzehnten haben entscheidend zur positiven
wirtschaftlichen und sozialen Entwicklung in der
Bundesrepublik Deutschland beigetragen. Die Produktivi
tat konnte jedes Jahr urn durchschnittlich etwa 3,5 %
gesteigert werden. Mechanisierung und Automatisie-
rung wurden und werden stetig weiter vorangetrieben.
Wahrend es sich bisher jedoch urn Verbesserungen an ein
zelnen Maschinen und Anlagen sowie Verfahren handelte,
werden heute aIle Unternehmensbereiche erfaGt, und man
ist bemUht, das gesamte System Unternehmen bzw. Produk
tionsbetrieb zu optimieren. Das klassische BemUhen urn
Optimierung des Einsatzes und Zusammenwirkens der Pro
duktionsfaktoren Mensch, Maschine und Material muG heute
erweitert werden urn die BerUcksichtigung sozialer Belange,
gesetzlicher Auflagen, Probleme der Energieversorgung,
schnellen Veranderungen an den Produkten und auf den
Markten sowie Sicherung der Qualitat und der Lieferfahig
keit.
Von wissenschaftlicher Seite wird und muG dieses BemUhen
unterstUtzt werden durch die Entwicklung von Methoden
und Vorgehensweisen zur systematischen Analyse und Ver
besserung des Systems Produktionsbetrieb. Hier ist heute
insbesondere auch der Fertigungsingenieur gefordert,
nicht nur einzelne Maschinen und Verfahren zu beherrschen,
sondern das gesamte komplexe System hinsichtlich der Ver
knUpfung seiner Elemente durch zweckmaGigen Informations
und MaterialfluG. Beispielhaft seien dazu nur hinsicht
lich des Informationsflusses die heute gegebenen Moglich
keiten der Datenerfassung und -verarbeitung in Ferti
gungsplanung und -steuerung, an den einzelnen
Produktionsanlagen sowie im Qualitatswesen genannt.
1m MaterialfluB geht es urn richtige Auswahl und Ein
satz von Fbrdermitteln, Fbrderhilfsmitteln sowie An
ordnung und Ausstattung von Lagern. Die weitere Auto
matisierung in der Handhabung von WerkstUcken und
Werkzeugen sowie der Montage von Produkten wird in
nachster Zukunft allergrbBte Aufmerksamkeit geschenkt
werden. Leistungsfahige Sensoren werden die Mbglich
keiten dafUr sehr stark vergrbBern.
Die beiden vom Herausgeber geleiteten Institute, das
Institut fUr Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb
der Universitat Stuttgart sowie das Fraunhofer-Institut
fUr Produktionstechnik und Automatisierung in Stuttgart,
arbeiten in grundlegender und angewandter Forschung
intensiv an den aufgezeigten Entwicklungen in der Pro
duktionstechnik mit. Zur Umsetzung gewonnener Erkennt
nisse wird die Schriftenreihe "IPA Forschung und Praxis"
herausgegeben. Der vorliegende Band setzt diese Reihe
fort, eine Ubersicht Uber bisher erschienene Titel wird
am SchluB dieses Bandes gegeben.
Dem Verfasser sei fUr die geleistete Arbeit gedankt,
dem Springer-Verlag fUr die Aufnahme dieser Schriften
reihe in seine Angebotspalette und der Druckerei fUr
saubere und zUgige AusfUhrung. Mbge das Buch von der
Fachwelt gut aufgenommen werden.
Hans-JUrgen Warnecke
Vorwort
Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit
am Institut fur Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb
der Universitat Stuttgart.
Herrn Professor Dr.-Ing. H.J. Warnecke, dem Leiter des
Institutes, bin ich fur die wohlwollende Unterstutzung
und groBzugige Forderung der Arbeit zu besonderem Dank
verpflichtet.
Bei Herrn Professor DTechn. h. c. Dipl.-Ing. K. Tuffentsammer
bedanke ich mich fur das Interesse, das er meiner Arbeit
entgegengebracht hat und fur die zahlreichen Anregungen und
Hinweise, die sich bei der Durchsicht meiner Arbeit ergeben
haben.
Ein herzlicher Dank geht an Herrn Dr.-Ing. habil. H.J. Bullinger,
der durch seine offene und konstruktive Kritik wertvolle Hin
weise zum Gelingen dieser Arbeit beigetragen hat.
Flir die Unterstutzung beim Ausarbeiten, Programmieren und
Testen des Konzepts bedanke ich micht recht herzlich bei den
Mitarbeitern der Gruppe 111 des Instituts fur Produktionstechnik
und Automatisierung. Besonders erwahnen mochte ich die Herren
Dipl.-Ing. J. Biermann, Dipl.-Ing. O. Giuliani, Dipl.-Math.
J. Lienert, Dipl.-Ing., Dipl. Wirtsch.-Ing. P. S. NieB und
Dipl.-Ing. G. Rabus.
Schweinfurt, Dezember 1979 Ulrich Maier
INHALTSVERZEICHNIS
Seite
EINLEITUNG 15
2 AUFGABENSTELLUNG 17
2.1 Problematik der Fertigungsorganisation bei 17
flexiblen Fertigungssystemen
2.2 Stand der Entwicklung 19
2.3 Ziel der Arbeit 20
3 METHODEN UND BEDEUTUNG DER ARBEITSGANG 22
TERMINIERUNG
3.1 Stellung der Arbeitsgangterminierung im be 22
trieblichen Informationssystem
3.2 Aufgabe und Zielsetzung der Arbeitsgang- 24
terminierung
3.2.1 Aufgaben der Arbeitsgangterminierung 24
3.2.2 Ziele der Arbeitsgangterminierung 24
3.3 Methoden der Arbeitsgangterminierung 25
3.3.1 Analytische Methoden 26
3.3.1.1 Deterministische Methoden 26
3.3.1.2 Stochastische Methoden 26
3.3.2 Heuristische Methoden 27
3.3.2.1 Die Ablaufsimulation 27
3.3.2.2 Die Prioritatssteuerung 28
3.4 PlanungsgroBen der Arbeitsgangterminierung 29
4 AUSWAHL EINES REP~SENTATIVEN TYPS FLEXIBLER 31
FERTIGUNGSSYSTEME
4.1 Zum Begriff Flexibilitat 31
4.1.1 Die Quantifizierung der Flexibilitat von 32
Fertigungssystemen
4.1.1.1 Mathematische Darstellung der Vielseitigkeit 32
flexibler Fertigungssysteme
4.1.1.2 Bewertung der Beweglichkeit flexibler Ferti- 34
gungssysteme
4.1.1.3 Zahlenbeispiel 38
- 10 -
Seite
4.2 Aufbau- und Ablaufstrukturen flexibler 38
Fertigungssysteme
4.2.1 Aufbaustrukturen flexibler Fertigungssysteme 39
4.2.2 Ablaufstrukturen flexibler Fertigungssysteme 40
4.3 Organisationstypen flexibler Fertigungssysteme 43
4.4 Reprasentativer Typ flexibler Fertigungssysteme 44
4.5 Planungsmerkmal der Werkstattfertigung 45
5 ANFORDERUNGEN AN DIE ARBEITSGANGTERMINIERUNG 47
BEl FLEXIBLEN FERTIGUNGSSYSTEMEN DES TYPS
"WERKSTATTFERTIGUNG"
5.1 Anforderungen aufgrund des wirtschaftlichen 47
Betriebs
5.2 Anforderungen aufgrund des automatischen 49
Fertigungsablaufs
5.3 Anforderungen aufgrund der Flexibilitat des 51
Fertigungssystems
5.3.1 Moglichkeiten alternativer Maschinenbelegung 52
bei der Arbeitsgangterminierung
6 ENTWICKLUNG EINER METHODE DER ARBEITSGANG 55
TERMINIERUNG FUR FLEXIBLE FERTIGUNGSSYSTEME
6. 1 Eignung bekannter Methoden der Arbeitsgang 55
terminierung
6. 1 • 1 Wirkungsweise von Prioritatsregeln bei flexib 56
len Fertigungssystemen
6.2 Notwendige Form der EingangsgroBen 57
6.2.1 Aufbau der Strukturarbeitsplane 59
6.2.2 Kapazitatsspezifische EingangsgroBen 60
6.3 EDV-gerechte Aufbereitung der EingangsgroBen 61
6.3.1 Aufbau und Inhalt der Arbeitsgangdatei 62
6.3.2 Aufbau und Inhalt der Arbeitsgangstrukturdatei 63
6.3.3 Aufbau und Inhalt der Kapazitatsdatei 64
6.3.4 Aufbau und Inhalt der Belegungsdatei 65
6.4 Das Programmsystem ATEX zur Arbeitsgangtermi 66
nierung bei flexiblen Fertigungssystemen
- 11 -
Seite
6.4.1 Aufgabe und Aufbau des Einleseteils 66
6.4.2 Aufgabe und Aufbau des Verarbeitungsteils 68
6.4.2.1 Beschreibung der maschinenorientierten 70
Einplanungsstrategie
6.4.2.2 Beschreibung der arbeitsgangorientierten 73
Einplanungsstrategie
6.4.2.3 Beschreibung der auftragsweisen Ein 75
planungsstrategie
6.4.2.4 Beschreibung der Auswahl der besten Ferti 78
gungsalternativen einer Arbeitsfortschrittstufe
6.4.3 Aufgabe und Aufbau des Ausgabeteils 80
6.5 Einbeziehung der Transportkapazitat in die 82
Arbeitsgangterminierung
7 BEURTElLUNG DER PLANUNGSERGEBNlSSE BEl 85
VERSCHlEDENEN ElNPLANUNGSSTRATEGlEN
7.1 Modell zur Beurteilung der Planungsstrategien 85
7.2 Festlegung der Bewertungskriterien 86
7.2.1 Bewertung der Kapazitatsnutzung 87
7.2.2 Bewertung der Kapitalbindung 89
7.2.3 Bewertung der Durchlaufzeiten in Abhangigkeit 90
der Systemauslastung
7.3 Ergebnisse der Planungsrechnungen 92
7.3.1 Auswertung der Kapazitatsnutzung 93
7.3.2 Auswertung der Kapitalbindung 96
7.3.3 Ermittlung der Auspragung des Ablauf 97
planungsdilemmas
7.4 Auswahl der geeigneten Planungsstrategie 100
8 ZU SAMMENFAS SUNG 102
9 LlTERATURNACHWElS 105
- 12 -
Verzeichnis der verwendeten Formelzeichen
A Arbeitsbereich des flexiblen Fertigungssystems. Dieser
entspricht der Mehge aller Arbeitsgange, die von dem
flexiblen Fertigungssystem durchflihrbar sind.
A Anzahl der eingeplanten Werkstlicke
c
A Anzahl gleichzeitig im System befindlicher Werkstlicke
g
AG eingeplante Arbeitsgange
a
einzuplanende Arbeitsgange
Durchlaufzeit des Auftrags d in Minuten
Menge der Arbeitsgange, die von mindestens k Maschi
nen bearbeitet werden konnen
Machtigkeit der Menge Ek
Arbeitsbereich einer Maschine, ausgedrlickt in der
Menge derjenigen Arbeitsgange, die von dieser Ma
schine ausgeflihrt werden konnen
Durchlauffaktor eines Auftrags
Grundmenge aller Werkstlicke eines Unternehmens mit
fertigungstechnisch definierten Eigenschaften
K zeitlicher Kapazitatsauslastungsgrad in %
M Menge der Werkstlicke, die von einer Maschine bear
beitet werden konnen
m Anzahl der integrierten Fertigungsmittel eines
flexiblen Fertigungssystems
n Anzahl der Werkstlicke eines definierten Teile
spektrums
Mengenproduktivitat
Palettenwiederverwendungsfaktor
Prioritatszahl der Fertigungsalternativen i und
des Auftrags j bei unvermeidbarer Leerzeit
Prioritatszahl der Fertigungsalternativen i bei un
vermeidbarer Wartezeit des einzuplanenden Auftrags
Schnittmenge der Arbeitsbereiche von k Maschinen
