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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Produktionsplanung
für ein
technisches System, von dem in einem Fertigstellungs-Zeitraum eine
vorgegebene Anzahl von Exemplaren produziert wird.
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In S.
Ohl: „Prognose
und Planung variantenreicher Produkte am Beispiel der Automobilindustrie", Fortschrittsberichte
Reihe 16 Nr. 120, VDI-Verlag, 2000, wird ein Verfahren
beschrieben, um die Stückzahl
von Bestandteilen vorherzusagen, die in einem Fertigstellungs-Zeitraum
zur Herstellung von Kraftfahrzeugen benötigt werden. Das dort beschriebene
Verfahren wertet vorgegebene Einbauregeln („Code-Regeln") statistisch aus.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung
für die
Berechnung bereitzustellen, wie viele Exemplare welcher Bestandteile
eines technischen Systems benötigt
werden, um eine vorgegebene Anzahl von Exemplaren des technischen
Systems zu produzieren, wobei mindestens zwei Varianten des technischen
Systems produziert werden und die Vorgabe, mit welchem Anteil welche
Variante zu produzieren ist, mit Unsicherheit behaftet ist.
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Die
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des An spruchs 9 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Produktionsplanung
für ein
technisches System, dessen Varianten durch Attributwerte gekennzeichnet
sind und von dem in einem Fertigstellungs-Zeitraum eine vorgegebene
Anzahl von Exemplaren produziert wird. Mehrere Exemplare verschiedener
Bestandteile des technischen Systems werden zu jeweils einem Exemplar
des technischen Systems zusammengesetzt. Mindestens eine Festlegung
wird vorgegeben, die festlegt, bei welchem Anteil der im Fertigstellungs-Zeitraum
produzierten Exemplare des technischen Systems mindestens ein Attribut
einen bestimmten Attributwert annehmen wird. Vorgegeben werden Produktions-Randbedingungen.
Mindestens einmal wird probeweise ein Satz von Produktionsaufträgen generiert.
Jeder Produktionsauftrag ist mit allen vorgegebenen Produktions-Randbedingungen vereinbar
und besteht aus genauso vielen Produktionsaufträgen, wie Exemplare des technischen
Systems im Fertigstellungs-Zeitraum produziert werden. Durch Variation
der Attributwerte im Produktionsaufträge-Satz wird ein optimaler
Produktionsaufträge-Satz
gefunden, der möglichst
wenig von den vorgegebenen Festlegungen abweicht. Unter Verwendung
vorgegebener Stücklisten
wird berechnet, wie viele Exemplare welcher Bestandteile insgesamt
benötigt
werden, um diejenigen Exemplare des technischen Systems zu produzieren,
die durch den optimalen Produktionsaufträge-Satz spezifiziert werden.
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Das
Verfahren und die Vorrichtung erfordern keine Betriebsprotokolle
mit Aufzeichnungen, wie viele Exemplare welcher Variante des technischen
Systems in einem bereits vergangenen Fertigstellungs-Zeitraum tatsächlich produziert
wurden. Weil das technische System und seine Varianten sich z. B.
aufgrund des technischen Fortschritts verändern und Marktbedingungen
sich ebenfalls verändern
können,
lassen sich derartige Betriebsprotokolle oft nicht oder nur mit
großen
Anpassungen dazu verwenden, eine Produktionsplanung für einen
zukünftigen
Fertigstellungs-Zeitraum zu verwenden.
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Das
Verfahren setzt nicht voraus, daß die vorgegebenen Festlegungen
in ihrer Gesamtheit mit den vorgegebenen Einbauregeln und Produktions-Randbedingungen
vereinbar sind. Ein solcher Abgleich ist oft sehr zeitaufwendig,
weil oft viele Einbauregeln und Produktions-Randbedingungen sehr
komplex sind. Vielmehr wird erfindungsgemäß eine Lösung ermittelt, die mit den
Produktions-Randbedingungen vereinbar ist und den vorgegebenen Festlegungen
so gut als möglich
nahekommt.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben.
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Im
Ausführungsbeispiel
wird das Verfahren angewendet, um vorherzusagen, wie viele Exemplare
welcher Bestandteile bis zu einem Fertigstellungs-Zeitraum fertiggestellt
und im Fertigstellungs-Zeitraum benötigt werden, um Kraftfahrzeuge
zu produzieren. Das Kraftfahrzeug fungiert als das technische System.
Die Kraftfahrzeug-Exemplare werden in einer Fahrzeug-Fertigungsstätte hergestellt.
Bestandteile des Kraftfahrzeugs sind z. B. Motor, Cockpit, Sitze,
Karosserie, Türen,
Innenverkleidung. Im Ausführungsbeispiel
werden diese Bestandteile vom jeweiligen Lieferanten vormontiert
und an die Fahrzeug-Fertigungsstätte geliefert.
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Der
Fertigstellungs-Zeitraum ist vorgegeben und liegt an dem Zeitpunkt,
an dem das erfindungsgemäße Verfahren
angewendet wird, in der Zukunft. Bis zu diesem Fertigstellungs-Zeitraum
sind die Bestandteile fertigzustellen und im Fertigstellungs-Zeitraum an die Fertigungsstätte zu liefern,
in der ein Kraftfahrzeug-Hersteller die Bestandteile verwendet,
um die Kraftfahrzeuge zu produzieren.
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Zu
berücksichtigen
ist, daß zwischen
dem Zeitpunkt, an dem die Fertigung eines Bestandteils beginnt, und
dem Zeitpunkt, an dem fertiggestellte Bestandteile an die Fertigungsstätte geliefert
werden, eine bestimmte Zeitspanne vergeht, die als Vorlaufzeit oder
auch Wiederbeschaffungszeit bezeichnet wird. Innerhalb dieser Vorlaufzeit
wird der Bestandteil gefertigt und zur Fertigungsstätte des
Kraftfahrzeug-Herstellers transportiert.
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Der
Fertigstellungs-Zeitraum ist im Vergleich zur Vorlaufzeit kurz,
so daß die
Produktion eines Kraftfahrzeugs im Fertigstellungs-Zeitraum begonnen
und abgeschlossen wird. Die Vorlaufzeit ist so lang, daß mit der
Herstellung eines Bestandteils begonnen werden muß, bevor
feststeht, wie viele Kraftfahrzeuge im Fertigstellungs-Zeitraum
tatsächlich
produziert und verkauft werden und wie viele Exemplare welcher Bestandteile daher
im Fertigstellungs-Zeitraum tatsächlich
benötigt
werden. Die Vorlaufzeit kann von Bestandteil zu Bestandteil variieren.
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Das
Verfahren wird im Ausführungsbeispiel
so früh
durchgeführt,
daß zwischen
dem Durchführungs-Zeitpunkt
des Verfahrens und dem Fertigstellungs-Zeitraum mindestens die längste Vorlaufzeit
aller Bestandteile liegt. Bestandteile werden in verschiedenen Bestandteil-Versionen
produziert. Beispielsweise werden verschiedene Versionen des Bestandteils „Motor" produziert und in
unterschiedliche Fahrzeuge eingebaut.
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Das
Verfahren wird mit dem Ziel durchgeführt, für jede Bestandteil-Version
jeweils eine rechnerverfügbare
Produktions-Festlegung
zu erzeugen, wie viele fertiggestellte Exemplare dieser Bestandteil-Version
insgesamt im Fertigstellungszeitraum benötigt werden und daher zu produzieren
und im Fertigstellungs-Zeitraum an die Fertigungsstätte zu liefern
sind. Die Berechnung dieser Produktions-Festlegung gehört zur Produktionsplanung.
Die erzeugte Produktions-Festlegung löst die Produktion der entsprechenden
Stückzahlen
der Bestandteile aus.
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Das
Verfahren wird zu diesem frühen
Zeitpunkt vorzugsweise jeweils einmal pro Baureihe des Kraftfahrzeugs
durchgeführt.
Die für
jede Baureihe jeweils berechneten Stückzahlen einer Bestandteil-Version
werden addiert, um die benötigte
Gesamt-Stückzahl der
Bestandteil-Version zu ermitteln. Denn verschiedene Exemplare derselben
Bestandteil-Version können
durchaus in unterschiedlichen Baureihen verwendet werden.
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Das
Verfahren wird mit Hilfe einer Datenverarbeitungsanlage durchgeführt. Diese
Datenverarbeitungsanlage weist eine Recheneinheit auf, die Lesezugriff
auf einen Datenspeicher hat. Die Datenverarbeitungsanlage besitzt
im Ausführungsbeispiel
weiterhin geeignete Ausgabegeräte,
um Verfahrensergebnisse auszugeben, z. B. einen Bildschirm und einen
Drucker und/oder einen weiteren Datenspeicher zum Abspeichern der
Ergebnisse.
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Dem
Verfahren wird eine rechnerverfügbare
generische Stückliste
(„bill
of material") vorgegeben.
Diese Stückliste
ist im Datenspeicher abgespeichert, so daß die Datenverarbeitungsanlage
Lesezugriff auf die Stückliste
hat. Die Stückliste
ist generisch, d. h. sie ist für
jede Variante des Kraftfahrzeugs gültig. Die Stückliste legt
fest, aus welchen Bestandteilen das Kraftfahrzeug besteht und aus
welchen Komponenten ein Bestandteil jeweils besteht. Vorzugsweise
hat die Stückliste
eine baumförmige
Struktur.
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Die
generische Stückliste
legt z. B. fest, daß ein
Kraftfahrzeug u. a. ein Haupt-Modul „Türen" aufweist. Das Haupt-Modul „Türen" umfaßt u. a.
die Module „Tür vorne
links" und „Tür vorne
rechts". Das Modul „Tür vorne
links" umfaßt u. a.
das Sub-Modul „Spiegel
außen
links". Fertig produzierte
Türen,
also Module, werden an die Fahrzeug-Fertigungsstätte geliefert. Unterschiedliche
Versionen des Bestandteils „Tür vorne
links" werden dadurch
produziert, daß sie
aus unterschiedlichen Versionen von Sub-Modulen zusammengesetzt
werden. Die generische Stückliste
kann Standard-Versionen für
bestimmte Bestandteile festlegen, z. B. eine bestimmte Batterie-Version
als standardmäßig verwendete
Batterie.
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In
einer Ausgestaltung wird dem Verfahren weiterhin eine elektronische
Bibliothek vorgegeben. Die Datenverarbeitungsanlage hat Lesezugriff
auf diese Bibliothek. In der Bibliothek sind rechnerverfügbare Beschreibungen
von Bestandteil-Versionen
abgespeichert. Diese Bestandteil-Versionen kommen dafür in Betracht,
im Fertigstellungs-Zeitraum in mindestens eine Produkt-Variante
eingebaut zu werden. Beispiele für derartige
Bestandteil-Versionen sind:
- – verschiedene
Versionen von Steuergeräten,
- – verschiedene
Varianten des Motors,
- – verschiedene
Varianten des Getriebes,
- – verschiedene
Arten der Batterie.
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Die
Kraftfahrzeuge werden in verschiedenen Baureihen gefertigt. Unterschiedliche
Varianten jeder Baureihe werden gefertigt. Die unterschiedlichen
Varianten einer Baureihe resultieren insbesondere aus
- – unterschiedlichen
Baumustern, z. B. Limousine/Coupé/Langheck,
- – unterschiedlichen
Motorisierungen,
- – Linkslenker/Rechtslenker,
- – verschiedenen
Ausstattungsmerkmalen und Sonderausstattungen.
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Beispiele
für mögliche Ausstattungsmerkmale
und Sonderausstattungen sind:
- – das Vorhandensein
eines Navigationssystems an Bord des Fahrzeugs,
- – das
Vorhandensein einer elektronischen Einparkhilfe an Bord des Fahrzeugs,
- – das
Vorhandensein eines CD-Spielers, der in das Cockpit des Fahrzeugs
eingebaut ist,
- – die
Sprache(n) der Bedienoberflächen
von Geräten
an Bord des Fahrzeugs.
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Die
Kraftfahrzeuge werden dadurch in verschiedenen Baureihen mit unterschiedlichen
Varianten produziert, daß sie
unter schiedlich konfiguriert werden. Zum einen liegen viele Bestandteile
in unterschiedlichen Versionen vor. Beispielsweise gibt es eine
Standard-Batterie und eine verstärkte
Batterie, die eine deutlich erhöhte
Leistung abgibt. Zum anderen sind manche Bestandteile optional und
werden nur in manche Kraftfahrzeug-Varianten eingebaut. Beispielsweise
haben nur manche Kraftfahrzeug-Varianten eine elektronische Einparkhilfe
und nur einige Varianten ein Navigationssystem. In der Bibliothek
ist abgespeichert, welche Versionen welcher Bestandteile im Fertigstellungs-Zeitraum
verfügbar
sind.
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Das
Kraftfahrzeug ist durch mehrere Attribute gekennzeichnet. Mögliche Attribute
eines Kraftfahrzeugs sind:
- – die Baureihe und das Baumuster,
- – „Limousine
oder Coupé oder
Langheck?",
- – die
jeweilige Motorisierungsvariante,
- – „Linslenker
oder Rechtslenker?",
- – „Navigationssystem
vorhanden?",
- – „Einparkhilfe
vorhanden?".
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Die
Attribute können
unterschiedliche Attributwerte annehmen.
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Eine
erste Kraftfahrzeug-Variante unterscheidet sich von einer zweiten
dadurch, daß mindestens
ein Attribut bei der ersten Variante einen anderen Wert annimmt
als bei der zweiten.
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Aus
EP 1116149 B1 sind
ein Verfahren und ein System zur Produktdatenverwaltung bekannt.
Verschiedene Positionen werden definiert. Jede Position entspricht
einem vordefinierten Ort in einem Produkt, z. B. einem Kraftfahrzeug.
Jeder Position wird mindestens eine Positions-Variante zugeordnet.
Jede Positions-Variante identifiziert ein spezifisches Bauteil,
das in einer Positions-Variante an der jeweiligen Position verwendet
werden kann. In einer bestimmten Produkt-Variante kann nur eine
der Positions-Varianten einer Position auftreten. In verschiedenen
Produkt-Varianten können
unterschiedliche Positions-Varianten derselben Position auftreten.
Verbindungen zwischen Paaren von Positionen werden definiert. Jede
Verbindung entspricht einer physischen Verbindung zwischen den Bauteilen
an den Positions-Varianten. In einer bevorzugten Ausgestaltung wird
ein aus
EP 1116149
B1 bekanntes Verfahren angewendet, um die Stückliste
und die Bestandteil-Varianten in rechnerverfügbarer Form zu beschreiben
und im Datenspeicher abzuspeichern.
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Im
Datenspeicher der Datenverarbeitungsanlage sind weiterhin mehrere
Produktions-Randbedingungen und Einbauregeln in rechnerverfügbarer Form
abgespeichert. Die Produktions-Randbedingungen
und Einbauregeln resultieren insbesondere aus technischen oder gesetzlichen
Anforderungen und Randbedingungen.
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In
der oben erwähnten
elektronischen Bibliothek ist abgespeichert, welche Versionen welcher
Bestandteile des Fahrzeugs es gibt. Beispielsweise ist abgespeichert,
welche Versionen des Moduls „Tür vorne links" es gibt und welche
alternativen Bauteil-Versionen für
die Herstellung des Moduls „Tür vorne
links" in Betracht
kommen. Abgespeicherte Einbauregeln legen fest, welche dieser Bestandteil-Versionen
in welcher Kraftfahrzeug-Version verwendet werden.
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Jede
Einbauregel enthält
mindestens einen Attributwert oder eine Menge von Attributwerten
mindestens eines Attributs. Sie kann mehrere Attributwerte verschiedener
Attribute enthalten. Jede Produktions-Randbedingung legt Randbedingungen
fest, die beim Herstellen des Kraftfahrzeugs zu beachten sind und dieses
mindestens eine Attribut betreffen.
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Einige
dieser Einbauregeln legen fest, welche Kraftfahrzeug-Variante welche Bestandteil-Versionen erfordert.
Beispielsweise legt eine abgespeicherte Einbauregel fest, daß in jedes
Exemplar einer bestimmten Baureihe eine Einparkhilfe und ein Navigationssystem
eingebaut werden. Eine weitere Einbauregel legt beispielsweise fest,
welche Komponenten in ein Kraftfahrzeug mit Einparkhilfe eingebaut
werden. Ein Kraftfahrzeug mit Einparkhilfe benötigt diese zusätzlichen
Komponenten.
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Weitere
Einbauregeln können
festlegen, welche Bestandteil-Versionen
nicht in Betracht kommen, in eine bestimmte Variante eingebaut zu
werden. Beispielsweise darf in ein Automatik-Kraftfahrzeug kein manuell schaltbares
Getriebe eingebaut werden.
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In
einer Ausführungsform
umfaßt
eine Einbauregel
- – eine Kennung für eine Bestandteil-Version
und
- – einen
logischen Ausdruck von Kraftfahrzeug-Varianten.
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Der
logische Ausdruck besteht aus einem Attributwert oder aus einer
logischen Verknüpfung
mehrerer Attributwerte. Die logische Verknüpfung wird dadurch gebildet,
daß mehrere
Attributwerte mit den logischen Operatoren „ODER", „UND" und/oder „NICHT" verknüpft werden.
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Die
Einbauregel wird wie folgt ausgewertet: Eine Kraftfahrzeug-Variante
ist dadurch gekennzeichnet, daß bestimmte
Attribute des Kraftfahrzeugs bestimmte Attributwerte annehmen. Falls
die Attributwerte einer Kraftfahrzeug-Variante den logischen Ausdruck
erfüllt,
so ist die in der Einbauregel genannte Bestandteil-Version in die
Kraftfahrzeug-Variante einzubauen.
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Abgespeicherte
Produktions-Randbedingungen legen fest, welche Attributwerte verschiedener
Attributwerte nur gemeinsam auftreten können oder sich gegenseitig
ausschließen.
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Einige
der abgespeicherten Produktions-Randbedingungen legen eine Kombination
von Attributwerten, die jedes Exemplar des Kraftfahrzeugs nur gemeinsam
aufweist, fest. Diese Attributwerte können also nur in Kombination
auftreten.
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Die
Einhaltung dieser Produktions-Randbedingungen verhindert insbesondere
Fehlfunktionen des Kraftfahrzeugs. Beispielsweise legt eine Produktions-Randbedingung
fest, daß ein
Kraftfahrzeug, das sowohl eine Einparkhilfe als auch ein Navigationssystem
aufweist, stets eine verstärkte
Batterie enthält.
Nur diese Batterie liefert die erforderliche elektrische Leistung
zureichend lange. Ein Kraftfahrzeug mit dem Attributwert „Einparkhilfe
vorhanden" und dem
Attributwert „Navigationssystem
vorhanden" weist
stets auch den Attributwert „Batterie
ist verstärkt" auf.
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Vorzugsweise
legen weitere abgespeicherte Produktions-Randbedingungen fest, daß bei einem
Kraftfahrzeug stets entweder ein erstes Attribut einen ersten Attributwert
oder ein zweites Attribut einen zweiten Attributwert annimmt. Beispielsweise
legt eine Produktions-Randbedingung fest, daß ein Kraftfahrzeug entweder ein
Coupé ist
oder die hintere Sitzbank sich umlegen läßt.
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Weitere
Produktions-Randbedingungen können
eine Kombination von Attributwerten, die kein Exemplar des Kraftfahrzeugs
aufweist, festlegen. Diese Attributwerte schließen sich also gegenseitig aus.
Beispielsweise wird als eine Produktions-Randbedingung festgelegt, daß ein Kraftfahrzeug
niemals sowohl ein Faltdach als auch eine Innenraum-Deckenbeleuchtung
aufweisen kann.
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Eine
Produktions-Randbedingung und eine Einbauregel können mit einem Gültigkeits-Zeitraum
versehen sein. Nur in diesem Gültigkeits-Zeitraum
ist diese Produktions-Randbedingung bzw. Einbauregel gültig. Ein
Gültigkeits-Zeitraum
resultiert z. B. aus einem Zeitpunkt, ab dem eine Bestandteil-Version
verfügbar
ist, und einem späteren
Zeitpunkt, an dem eine zweite, technisch fortgeschrittene Version
des gleichen Bestandteils verfügbar
sein wird und die erste Version ersetzen wird.
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Weiterhin
wird dem Verfahren eine Festlegung vorgegeben, wie viele Kraftfahrzeuge
jeder Baureihe insgesamt im Fertigstellungs-Zeitraum produziert
werden. „Insgesamt" heißt: summiert über alle
Varianten der Baureihe. Diese Festlegung resultiert insbesondere
aus Vorhersagen, wie viele Kraftfahrzeuge im Fertigstellungs-Zeitraum
sich werden absetzen lassen, sowie von den Produktionskapazitäten der
Fertigungsstätte
des Kraftfahrzeug-Herstellers sowie von Zulieferern. Die Festle gung
ist ebenfalls in rechnerverfügbarer
Form im Datenspeicher abgespeichert.
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Weiterhin
werden dem Verfahren Festlegungen vorgegeben, welche Kraftfahrzeug-Varianten
einer Baureihe welchen prozentualen Anteil an der Gesamtstückzahl von
Kraftfahrzeugen der Baureihe, die im Fertigstellungs-Zeitraum fertiggestellt
werden, haben wird. Diese Festlegungen sind ebenfalls in rechnerverfügbarer Form
im Datenspeicher abgespeichert.
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Beispielsweise
werden einerseits der Anteil von Linkslenker, andererseits der Anteil
von Coupés
an der Stückzahl
einer Baureihe als Festlegungen vorgegeben. Vorzugsweise werden
zusätzlich
Festlegungen vorgegeben, die den Anteil von Varianten-Kombinationen
vorgeben, also z. B. wie viele Linkslenker-Coupés fertiggestellt werden.
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Jede
dieser Festlegungen bezieht sich auf mindestens ein Attribut des
Kraftfahrzeugs und ordnet diesem Attribut einen möglichen
Wert zu. Beispielsweise legt eine Festlegung fest, daß 20% alle
Fahrzeuge einer Baureihe ein Navigationssystem haben, daß also im
Fertigstellungs-Zeitraum bei 20% aller Fahrzeuge das Attribut „Navigationssystem
vorhanden?" den
Wert „Navigationssystem
vorhanden" annimmt
und bei den übrigen
80% den Wert „Navigationssystem
nicht vorhanden".
Eine Festlegung kann sich auf die Und-Verknüpfung mehrerer Attribute beziehen
und den Anteil einer Attributwerte-Kombination festlegen. Eine weitere
beispielhafte Festlegung legt fest, daß bei 10% aller Fahrzeuge
- – das
Attribut „Linslenker
oder Rechtslenker?" den
Wert „Linkslenker" und zugleich
- – das
Attribut „Limousine
oder Coupé oder
Langheck?" den Wert „Coupé" annimmt.
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Die
Festlegungen liegen dann vor, wenn das Verfahren angewendet wird.
Zwischen der Durchführung des
Verfahrens und dem Fertigstellungs-Zeitraum liegt vorzugsweise mindestens
die längste
Vorlaufzeit aller Bestandteile. Aus diesen beiden Gründen resultieren
die Anteil-Festlegungen aus Marktbeobachtungen, protokollierten
Verkaufszahlen und/oder Erfahrungswerten. Die Festlegungen sind
Vorhersagen für
die Zukunft und damit mit Unsicherheit behaftet.
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Außerdem kann
eine vorgegebene abgespeicherte Festlegung einer anderen abgespeicherten
Festlegung widersprechen. Beispielsweise legt eine erste Festlegung
fest, daß 10%
der im Fertigstellungs-Zeitraum produzierten Fahrzeuge sowohl eine
Einparkhilfe als auch ein Navigationssystem haben werden. Eine zweite
Festlegung legt fest, daß 95%
aller im Fertigstellungs-Zeitraum produzierten Fahrzeuge eine Standard-Batterie
aufweisen werden. Diese beiden Vorhersagen schließen sich – im Ausführungsbeispiel – aus. Denn
eine Produktions-Randbedingung
bestimmt, daß ein
Fahrzeug mit Einparkhilfe und Navigationssystem eine verstärkte Batterie
aufweisen muß.
Aus der ersten Festlegung und aus dieser Produktions-Randbedingung folgt,
daß mindestens
10% aller Kraftfahrzeuge, die im Fertigstellungs-Zeitraum produziert
werden, eine verstärkte
Batterie benötigen.
Also haben höchstens
90% der Fahrzeuge eine Standard-Batterie. Dies widerspricht der
zweiten Festlegung.
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Sei
N die gesamte Anzahl von Kraftfahrzeugen einer Baureihe, die im
Fertigstellungs-Zeitraum produziert werden. Sei M die Anzahl von
Attributen des Kraftfahrzeugs. Erfindungsgemäß generiert die Datenverarbeitungsanlage
mindestens einmal probeweise ein Satz von N Produktionsaufträgen in rechnerverfügbarer Form.
Jeder generierte Produktionsauftrag belegt jedes Attribut des Kraftfahrzeugs
mit jeweils einem Attributwert, beschreibt also die jeweilige Kraftfahrzeug-Variante
genau und ohne Freiheitsgrade und spezifiziert daher ein Kraftfahrzeug.
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Jeder
probeweise generierte Produktionsauftrag ist baubar, d. h. vereinbar
mit allen denjenigen im Datenspeicher abgespeicherten Produktions-Randbedingungen,
die entweder ohne zeit liche Einschränkung gültig sind oder deren Gültigkeits-Zeitraum den Fertigstellungs-Zeitraum
umfaßt.
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Die
Recheneinheit der Datenverarbeitungsanlage generiert mindestens
einen Satz von N Produktionsaufträgen für den Fertigstellungs-Zeitraum.
Hierfür
liest sie Informationen ein, die im Datenspeicher abgespeichert
sind, insbesondere die Produktions-Randbedingungen und Festlegungen.
Die Stücklisten
werden zur Generierung nicht benötigt.
Die Datenverarbeitungsanlage führt
eine Optimierung durch.
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Die
veränderbaren
Variablen der Optimierung sind die Belegungen der M Kraftfahrzeug-Attribute
mit Attributwerten in den N probeweise generierten Produktionsaufträgen. Jeder
Satz von N Produktionsaufträgen ordnet
jedem Kraftfahrzeug-Attribut jeweils N Werte zu, nämlich die
N Attributwerte, die die Attribute bei den N Produktionsaufträgen annehmen.
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Die
N Produktionsaufträge
werden vorzugsweise in rechnerverfügbarer Form als Tabelle abgespeichert.
Jede Spalte der Tabelle repräsentiert
ein Attribut des Kraftfahrzeugs. Jede Zeile repräsentiert einen Produktionsauftrag.
Die Tabelle hat daher N Zeilen und M Spalten.
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Im
folgenden wird beispielhaft einen Ausschnitt aus einem probeweise
generierten und zu bewertenden Satz Produktionsaufträgen dargestellt.
Der Ausschnitt zeigt zwölf
Produktionsaufträge
und fünf
Attribute. Jede Zeile der Tabelle zeigt einen Produktionsauftrag,
jede Spalte ein Attribut.
lfd.Nr. | LL/RL | Lim/Cou | Navi? | EPH? | Batterie |
1 | LL | Lim | Nein | Nein | Standard |
2 | LL | Lim | Nein | Ja | Standard |
3 | RL | Lim | Ja | Ja | verstärkt |
4 | LL | Lim | Ja | Nein | verstärkt |
5 | LL | Cou | Nein | Nein | Standard |
6 | LL | Cou | Nein | Nein | Standard |
7 | LL | Lim | Ja | Ja | verstärkt |
8 | RL | Cou | Nein | Ja | Standard |
9 | LL | Lim | Nein | Nein | Standard |
10 | LL | Cou | Nein | Nein | Standard |
11 | LL | Lim | Ja | Nein | Standard |
12 | LL | Cou | Nein | Nein | Standard |
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Die
Abkürzungen
in der ersten Zeile bedeuten:
lfd.Nr. | laufende
Nummer des Produktionsauftrags |
LL/RL | Linkslenker
oder Rechtslenker |
Lim/Cou | Limousine
oder Coupé |
Navi? | Navigationssystem
eingebaut? |
EPH? | Einparkhilfe
eingebaut? |
Batterie | Art
der Batterie |
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Wie
oben erwähnt,
werden dem Verfahren Festlegungen vorgegeben. Jede Festlegung legt
fest, welchen Anteil die Kraftfahrzeuge, bei denen bestimmte Attribute
bestimmte Werte annehmen, an der gesamten Anzahl N von im Fertigstellungs-Zeitraum
zu produzierenden Fahrzeugen haben. Jede Festlegung bezieht sich
also auf einen Attributwert eines Attributs oder mehrerer Werte
verschiedener Attribute.
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Jeder
Satz von N probeweise generierten baubaren Produktionsaufträgen wird
hinsichtlich jeder vorgegebenen Festlegung bewertet, wodurch eine
Einzel-Bewertung bezüglich
der Festlegung berechnet wird. Um eine Einzel-Bewertung bezüglich einer
Festlegung zu berechnen, wird festgestellt, auf welchen Wert welches
Attribut oder welche Werte welcher Attribute sich diese Festlegung
bezieht. Gezählt
wird, wie viele der N Produktionsaufträge genau diese Attributwerte
festlegen. Hierzu wird in denjenigen Spalten der Tabelle, die für die entsprechenden
Attribute der Festlegung stehen, gezählt.
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Die
gezählten
Anzahlen liegen jeweils zwischen 0 und N. Sei für eine Festlegung ml diese
gezählte Anzahl.
Seien AW_1, ..., AW_x die Attributwerte der Festlegung, wobei x >= 1. Die Festlegung
legt fest, daß der
Anteil der Fahrzeuge mit den Attributwerten AW_1, ..., AW_x genau
p beträgt.
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Die
Anzahl ml ist der Anteil derjenigen Produktionsaufträge, die
ebenfalls die Attributwerte AW_1, ..., AW_x der Festlegung aufweisen.
Der Quotient aus der Anzahl ml und N liefert den resultierenden
Anteil, den Kraftfahrzeuge der Baureihe mit diesen Attributwerten
an den N insgesamt im Fertigstellungs-Zeitraum zu produzierenden Kraftfahrzeugen
der Baureihe haben würden,
wenn dieser Satz von N probeweise generierten Produktionsaufträgen tatsächlich realisiert
werden würde.
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Beispielsweise
besteht eine erste Festlegung daraus, daß 95% der Fahrzeuge eine Standard-Batterie und
5% eine verstärkte
Batterie haben werden. Eine zweite Festlegung legt fest, daß 20% aller
Fahrzeuge ein Navigationssystem aufweisen werden. Eine dritte Festlegung
legt fest, daß 10%
aller Fahrzeuge sowohl eine Einparkhilfe als auch ein Navigationssystem
aufweisen werden.
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Im
Beispiel der obigen Tabelle ist N = 12. Die erste Festlegung bezieht
sich auf das Attribut „Art
der Batterie", dessen
Werte in der letzten Spalte der Tabelle aufgeführt sind. Durch automatisches
Auszählen
wird ermittelt, daß ml
= 9 der 12 Produktionsaufträge
eine Standard-Batterie und 3 eine verstärkte Batterie vorsehen. Also
beträgt
der resultierende Anteil von Fahrzeugen mit Standard-Batterie ml/N
= 9/12 = 75% und der von Fahrzeugen mit verstärkter Batterie 3/12 = 25%.
Die Einzel-Bewertung dieses Produktionsaufträge-Satzes bezüglich der
ersten Festlegung hängt
ab vom Anteil 5% der ersten Festlegung und vom resultierenden Anteil 25%
des Produktionsaufträge-Satzes.
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Die
zweite Festlegung bezieht sich auf das Attribut "Navigationssystem?", dessen Werte in der vierten Spalte
der Tabelle aufgeführt
sind. Durch Auszählen
wird ermittelt, daß ml
= 4 der 12 Produktionsaufträge
ein Fahrzeug mit Navigationssystem vorsehen. Also beträgt der resultierende
Anteil von Fahrzeugen mit Navigationssystem ml/N = 4/12 = 33,3%.
Die Einzel-Bewertung
des Produktionsaufträge-Satzes
bezüglich
der zweiten Festlegung hängt
ab vom Anteil 20% der zweiten Festlegung und vom resultierenden
Anteil 33,3% des Produktionsaufträge-Satzes.
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Die
dritte Festlegung bezieht sich auf die beiden Attribute „Navigationssystem?" und „Einparkhilfe?", deren Werte in
der vierten und fünften
Spalte der Tabelle aufgeführt
sind. Durch automatisches Auszählen
wird ermittelt, daß ml
= 2 der 12 Produktionsaufträge
ein Fahrzeug mit Navigationssystem und Einparkhilfe vorsehen. Also
beträgt
der resultierende Anteil von Fahrzeugen mit Navigationssystem ml/N
= 2/12 = 16,7%. Die Einzel-Bewertung des Produktionsaufträge-Satzes
bezüglich
der dritten Festlegung hängt
ab vom Anteil 10% der dritten Festlegung und vom resultierenden
Anteil 16,7% des Produktionsaufträge-Satzes.
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Ein
generierter Satz von N Produktionsaufträgen stimmt dann genau mit einer
vorgegebenen Festlegung überein,
wenn der durch Auszählen
berechnete Anteil genau mit dem durch die Vorhersage vorgegebenen
Anteil übereinstimmt.
Ein solcher Produktionsaufträge-Satz
erhält
die höchstmögliche Einzel-Bewertung bezüglich der
Festlegung, z. B. 1 auf einer Skala von 0 bis 1. Die Einzel-Bewertung
bezüglich
der Festlegung ist um so höher,
je geringer der Abstand zwischen dem vorhergesagten und dem gezählten resultierenden
Anteil ist.
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Vorzugsweise
wird die Einzel-Bewertung durch Anwendung einer Abstandsfunktion
dist berechnet und ist gleich 1 – dist(p, ml/N). Hierbei ist
p der Anteil, den die Festlegung festlegt, und ml/N der durch automatisches
Auszählen
ermittelte Anteil an den N Produktionsaufträgen. Beispielsweise ist
dist(p,
ml/N) = [p – ml/n]2 oder
dist(p, ml/N) = |p – ml/n|.
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Falls
p = ml/n ist, so ist dist(p, ml/N) = 0 und die Einzel-Bewertung gleich
1.
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Im
Idealfall wird ein Satz von N Produktionsaufträgen gefunden, der mit jeder
Festlegung exakt übereinstimmt.
In der Regel wird dieses Ziel aber nicht erreicht. Dies liegt zum
einen daran, daß die
Festlegungen in ihrer Gesamtheit gegen Produktions-Randbedingungen
verstoßen
können.
Die N probeweise generierten Produktionsaufträge sind hingegen baubar. Zum
anderen ist der durch Auszählen
ermittelte Quotient ein Quotient mit einer natürlichen Zahl n, die zwischen
0 und N liegt, als Zähler
und N als Nenner. Für
kein n stimmt der Quotient n/N genau mit einer Prozentzahl, die
durch die Festlegung vorgegeben ist, überein.
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Daher
wird eine Optimierung vorgenommen, um einen Produktionsaufträge-Satz
mit einer möglichst großen Gesamt-Bewertung
zu finden. Für
einen generierten Produktionsaufträge-Satz wird eine Gesamt-Bewertung
berechnet. Diese Gesamt-Berechnung eines Produktionsaufträge-Satzes
wird dadurch berechnet, daß die
Einzel-Bewertungen des Produktionsaufträge-Satzes bezüglich der
Festlegungen zur Gesamt-Bewertung aggregiert werden. Die Gesamt-Bewertung
wird dadurch z. B. als eine Fehlerquadratsumme über die Festlegungen berechnet,
deren Summanden mit den im Folgenden beschriebenen Gewichtsfaktoren
gewichtet werden.
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In
einer Ausgestaltung wird für
jede Festlegung jeweils ein Gewichtsfaktor vorgegeben. Je wichtiger die
Attribute der Festlegung für
die Nutzung der Kraftfahrzeuge sind, desto höher ist der Gewichtsfaktor ω(k) dieser
Festlegung. Eine Festlegung, die sich auf das Attribut „Linkslenker
oder Rechtslenker" bezieht,
erhält vorzugsweise
einen höheren
Gewichtsfaktor als eine Festlegung, die sich auf das Vorhandensein
einer Zierleiste bezieht.
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In
dieser Ausgestaltung wird folgende Rechenvorschrift angewendet:
Sei R die Anzahl der Festlegungen, seien ω(1), ..., ω(R) die R Gewichtsfaktoren.
Es gilt:
Seien E_Bew(1), ..., E_Bew(R)
die R Einzel-Bewertungen eines Produktionsaufträge-Satzes bezüglich der
R Festlegungen. Die Gesamt-Bewertung des Produktionsaufträge-Satzes
wird durch die Rechenvorschrift
berechnet.
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Die
Gesamt-Bewertung liefert die Zielfunktion der Optimierung. Die Recheneinheit
sucht automatisch nach einem solchen Satz von N Produktionsaufträgen, der
eine maximale Gesamt-Bewertung
erhält.
Für die Minimierung
werden bekannte Optimierungsverfahren, z. B. die Methode des stärksten Anstiegs
(Gradientenverfahren) angewendet.
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Software-Werkzeuge,
die automatisch eine Optimierung mit Randbedingungen durchführen, sind
bekannt, beispielsweise das ILOG OPL Development Studio.
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Aus
dem optimalen Satz von N Produktionsaufträgen wird abgeleitet, wie viele
Exemplare welcher Bestandteil-Versionen benötigt werden, um genau diese
N Produktionsaufträge
zu realisieren, um also diejenigen N Kraftfahrzeuge der Baureihe
zu bauen, die durch diese N Produktionsaufträge spezifiziert sind. Weil
das Verfahren so frühzeitig
durchgeführt
wird, daß zwischen
Durchführung
des Verfahrens und Fertigstellungs-Zeitraum mindestens die maximale Vorlaufzeit
aller Bestandteile liegt, liegen die berechneten Anzahlen von herzustellenden
Bestandteil-Versionen rechtzeitig vor.
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Um
die benötigten
Stückzahlen
der Bestandteil-Versionen zu berechnen, wird eine Teilebedarfs-Ermittlung
durchgeführt.
Hierbei werden die generische Stückliste
und die Produktions-Randbedingungen
angewendet. Eine Teilebedarfs-Ermittlung für vorgegebene Produktionsaufträge ist aus
S. Ohl, a.a.O. bekannt.
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Die
generische Stückliste
liefert die Information, wie viele Exemplare welcher Bestandteile
insgesamt benötigt
werden, um im Fertigstellungs-Zeitraum die N Kraftfahrzeuge zu produzieren,
die durch den optimalen Satz von Produktionsaufträgen spezifiziert
werden. Die Einbauregeln liefern die Information, welche Bestandteil-Varianten
benötigt
werden, damit ein Kraftfahrzeug produziert werden kann, bei dem
die Attribute dieses Fahrzeugs die durch einen Produktionsauftrag
festgelegten Attributwerte annehmen.
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Das
Verfahren wird für
jede Baureihe durchgeführt.
Jede Anwendung liefert Stückzahlen
für eine
Baureihe, nämlich
die Informationen, wie viele Exemplare welcher Bestandteil-Versionen für die Exemplare
der Baureihe im Vorhersage-Zeitraum
benötigt
werden.
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Die
Stückzahlen
von Bestandteile-Versionen, die bei der jeweiligen Durchführung für eine Baureihe berechnet
werden, werden addiert. Liste der verwendeten Bezugszeichen
Bezugszeichen | Bedeutung |
AW_1,
..., AN_x | Attributwerte
einer vorgegebenen Festlegung |
dist | Abstandsfunktion
zur Berechnung einer Einzel-Bewertung |
E_Bew(i) | Einzel-Bewertung
eines Produktionsaufträge-Satzes bezüglich der
Festlegung i |
ml | Gezählte Anzahl
derjenigen Produktionsaufträge
eines Produktionsaufträge-Satzes,
welche die Attributwerten AW_1, ..., AW_x aufweisen |
M | Anzahl
der Attribute des Kraftfahrzeugs |
N | Anzahl
der Kraftfahrzeuge einer Baureihe, die im Fertigstellungs-Zeitraum
produziert werden |
p | Anteil
der Fahrzeuge, die gemäß einer
vorgegebenen Festlegung die Attributwerten AW_1, ..., AW_x aufweisen |
R | Anzahl
der vorgegebenen Einzel-Bewertungen |