Table Of ContentForschung und Praxis· Band 70
Berichte aus dem Fraunhofer-Institut
fur Produktionstechnik und Automatisierung,
Stuttgart, und dem Institut
fur Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb
der Universitat Stuttgart
Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. H. J. Warnecke
Stephan Mayer
LAPEX-
Ein rechnerunterstutztes
Verfahren zur
Betriebsmittelzuordnung
Mit 34 Abbildungen und 2 Tabellen
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York 1983
Dipl.-Ing. Stephan Mayer
Institut fOr Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb der Universitiit Stuttgart
Dr.-Ing. H. J. Warnecke
o. Professor an der Universitiit Stuttgart
Fraunhofer-Institut far Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart
D93
ISBN-13: 978-3-540-12490-0 e-ISBN-13: 978-3-642-82066-3
001: 10.1007/978-3-642-82066-3
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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 Produkti
vi tat konnte jedes Jahr urn durchschnittlich etwa 3,5 %
gesteigert werden. Mechanisierung und Automatisie-
rung wurden und werden stetig weiter vorangetrieben.
Wah rend es sich bisher jedoch urn Verbesserungen an ein
zelnen Maschinen und Anlagen sowie Verfahren handelte,
werden heute aIle Unternehmensbereiche erfaBt, und man
ist bemliht, das gesamte System Unternehmen bzw. Produk
tionsbetrieb zu optimieren. Das klassische Bemlihen urn
Optimierung des Einsatzes und Zusammenwirkens der Pro
duktionsfaktoren Mensch, Maschine und Material muB
heute erweitert werden, urn die Berlicksichtigung sozialer
Belange,gesetzlicher Auflagen, Probleme der Energiever
sorgung, schnellen Veranderungen an den Produkten und
auf den Markten sowie Sicherung der Qualitat und der
Lieferfahigkeit.
Von wissenschaftlicher Seite wird und muB dieses Bemlihen
unterstlitzt 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
knlipfung seiner Elemente durch zweckmaBigen Informations
und MaterialfluB. Beispielhaft seien dazu nur hinsicht
lich des Informationsflusses die heute gegebenen M6glich
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 Fordermitteln, Forderhilfsmitteln sowie An
ordnung und Ausstattung von Lagern. Der weiteren Auto
matisierung in der Handhabung von Werkstucken und
Werkzeugen sowie der Montage von Produkten wird in
nachster Zukunft allergroBte Aufmerksamkeit geschenkt
werden. Leistungsfahige Sensoren werden die Moglich
keiten dafur sehr stark vergroBern.
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. Moge das Buch von der
Fachwelt gut aufgenommen werden.
Hans-Jurgen Warnecke
Vorwort
Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatig
keit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer
Institut fUr Produktionstechnik und Automatisierung
(IPA) in Stuttgart.
Herrn Professor Dr.-Ing. H.-J. Warnecke, dem Leiter
des Instituts fUr industrielle Fertigung und Fabrik
betrieb der Universitat Stuttgart, sowie Direktordes
IPA danke ich herzlich fUr seine groBzUgige Unter
stUtzung und die wertvollen Anregungen bei derDurch
fUhrung dieser Arbeit.
Herrn Professor Dr. techno F. Beisteiner danke ich fUr
sein Interesse, fUr seine intensive Durchsicht dieser
Arbeit und die wertvollen Hinweise, die sich daraus
ergeben haben.
DarUber hinaus gilt mein Dank allen Mitarbeitern des
Instituts, die mich durch Diskussionsbereitschaftund
Kritik beim Erstellen dieser Arbeit unterstUtzt haben.
Insbesondere mochte ich den Herren Dr. -Ing. W. Dangelmaier,
Dr.-Ing. B. Minten und Dipl.-Ing. E. Quaiser meinen
herzlichen Dank aussprechen.
Stuttgart 1982 Stephan Mayer
INHALTSVERZEICHNIS
Seite
VERZEICHNIS DER ABKVRZUNGEN, FORMELZEICHEN
UND EINHEITEN 12
1 AUFGABENSTELLUNG UND BEDEUTUNG DER LAYOUT
OPTIMIERUNG IN DER FABRIKPLANUNG 18
2 WIRTSCHAFTLICHE MOGLICHKEITEN UND GRENZ EN
DER LAYOUTOPTIMIERUNG 21
2.1 BEDEUTUNG DER TRANSPORTKOSTEN 21
2.2 ZIELFUNKTION DER LAYOUTOPTIMIERUNG 22
2.3 WIRTSCHAFTLICHKEIT 24
3 LOSUNGSANSATZE UND MATHEMATISCHE FORMU
LIERUNG DES PROBLEMS DER LAYOUTOPTIMIERUNG 26
3.1 LOSUNGSANSATZE AUF DER BASIS DES KLAS
SISCHEN STANDORTPROBLEMS 26
3.2 PRAXISGERECHTE MATHEMATISCHE FORMULIERUNG 27
3.2.1 FORMULIERUNG DER ZIELFUNKTION 28
3.2.2 FORMULIERUNG DER RESTRIKTIONEN 31
3.3 AUSWAHL EINES PRAXISGERECHTEN LOSUNGS
PRINZ IPS 32
3.3.1 GRAPHISCHE VERFAHREN 33
3.3.2 ANALYTISCHE VERFAHREN 34
3.3.3 HEURISTISCHE VERFAHREN 35
3.3.3.1 KONSTRUKTIVE VERFAHREN 36
3.3.3.2 VERTAUSCHUNGSVERFAHREN 38
4 VERGLEICHENDE BEURTEILUNG RECHNERUNTER
STVTZTER HEURISTISCHER VERTAUSCHUNGSVER
FAHREN ZUR LAYOUTOPTIMIERUNG 40
4.1 FESTLEGUNG EINES KRITERIENKATALOGES 40
4.2 BEURTEILUNG BESTEHENDER VERTAUSCHUNGS
VERFAHREN 49
- 10 -
Seite
4.2.1 CRAFT-PROGRAMM .49
4.2.2 PREP-VERFAHREN 56
4.2.3 VERFAHREN NACH HILLIER 61
4.3 ZUSAMMENFASSUNG UND KONSEQUENZEN FUR
WEITERE ENTWICKLUNGEN 64
5 ENTWICKLUNG DES VERFAHRENS LAP EX 67
5.1 GRUNDLEGENDE KONZEPTION 67
5.2 MATHEMATISCHE FORMULIERUNG DER VERTAU
SCHUNGSBEDINGUNGEN 70
5.2.1 BEDINGUNGEN FUR AUS FLAcHENELEMENTEN
GEBILDETE BLOCKE 70
5.2.2 BEDINGUNGEN FUR FLAcHENELEMENTE ZUR
EINFACH-KOMBINIERTEN VERTAUSCHUNG 72
5.2.3 BEDINGUNGEN FUR VERSCHIEBBARE FLAcHEN
ELEMENTE 73
5.2.4 BEDINGUNGEN FUR DECKUNGSGLEICHE FLAcHEN
ELEMENTE 75
5.2.5 MENGENGLIEDERUNG DER VERTAUSCHBAREN
FLAcHENELEMENTE 76
5.3 AUFBAU UND STRUKTUR 77
5.3.1 STEUER BLOCK LAPEX 78
5.3.2 SUCH- UND ERKENNUNGSFUNKTIONEN 87
5.3.2.1 FUNKTIONSBLOCK ZUR ERKENNUNG MEHRFACH
KOMBINIERTER VERTAUSCHUNGSMOGLICHKEITEN
(BLOCKVERTAUSCHUNGSMOGLICHKEITEN) 87
5.3.2.2 FUNKTIONSBLOCK ZUR ERKENNUNG VON EINFACH
KOMBINIERTEN VERTAUSCHUNGSMOGLICHKEITEN 89
5.3.2.3 FUNKTIONSBLOCK ZUR ERKENNUNG VON VER
SCHIEBEMOGLICHKEITEN 89
5.3.2.4 FUNKTIONSBLOCK ZUR ERKENNUNG DECKUNGS
GLEICHER VERTAUSCHUNGSMOGLICHKEITEN 90
5.3.3 ENTSCHEIDUNGS- UND REALISIERUNGSFUNK
TIONEN 91
5.3.3.1 FUNKTIONSBLOCK ZUR MEHRFACH-KOMBINIERTEN
VERTAUSCHUNG (BLOCKVERTAUSCHUNG) 91
5.3.3.2 FUNKTIONSBLOCK ZUR EINFACH-KOMBINIERTEN
VERTAUSCHUNG 95
- 11 -
Seite
5.3.3.3 FUNKTIONSBLOCK ZUR VERSCHIEBUNG VON BM
FLACHEN 97
5.3.3.4 FUNKTIONSBLOCK ZUR VERTAUSCHUNG DECKUNGS
GLEICHER BM 99
5.3.4 HILFSFUNKTIONEN 99
5.3.4.1 FUNKTIONSBLOCK ZUR ELIMINIERUNG MEHRFACH
GEFUNDENER, GLEICHBEDEUTENDER VERTAU
SCHUNGSMOGLICHKEITEN 100
5.3.4.2 FUNKTIONSBLOCK FUR SORTIEROPERATIONEN 101
6 PRAXISANWENDUNG DES VERFAHRENS LAPEX 102
7 BEURTEILUNG DES VERFAHRENS LAPEX 104
7.1 KRITERIUM K 1 (MINIMIERUNG DER GESAMT
TRANSPORTLEISTUNG BZW. SENKUNG DER ER
FORDERLICHEN GESAMTTRANSPORTLEISTUNG) 104
7.2 KRITERIUM K 2 (REALITATSTREUE DER AB
BILDUNG) 107
7.3 KRITERIUM K 3 (RECHENZEIT- UND SPEICHER
PLATZBEDARF) 109
7.4 KRITERIUM K 4 (UMFANG DER NOTWENDIGEN
EINGABEDATEN UND QUALITAT DER AUSGABE
DATEN) 111
7.5 KRITERIUM K 5 (KAPAZITAT DES VERFAHRENS) 113
7.6 ANWENDUNGSKOSTEN FUR DAS VERFAHREN
LAPEX 114
8 ZUSAMMENFASSUNG 116
9 SCHRIFTTUMSVERZEICHNIS 119
10 ANHANG 127
- 12 -
VERZEICHNIS DER ABKURZUNGEN, FORMELZEICHEN UND EINHEITEN
ABKURZUNGEN
Zeichen Bedeutung
ALDEP Verfahren zur Layoutoptimierung
(automated ~ayout Design Erogram)
AWF AusschuB flir wirtschaftliche
Fertigung
bit kleinste logische Informations
einheit
BLOTAU Hilfsfunktion zum Funktionsblock
DOBLOC
BM Betriebsmittel
Byte Informationseinheit (= 8 bit)
CELLCON Verfahren zur Layoutoptimierung
CORELAP Verfahren zur Layoutoptimierung
(Computer Related Layout Elanning)
CRAFT Verfahren zur Layoutoptimierung
(Qomputerized Relative allocation
of Eacilities Technique)
DO BLOC Funktionsblock zur Durchflihrung
mehrfach-kombinierter Vertauschungen
DOGLEI Funktionsblock zur Durchflihrung
deckungsgleicher Vertauschungen
DOKOMB Funktionsblock zur Durchflihrung
einfach-kombinierter Vertauschungen
DOSCHI Funktionsblock zur Durchflihrung
von Verschiebungen
DRUCK Hilfsfunktion zum Ausdruck des
Layouts
