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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung von Produktionsprozessen,
die an einer Mehrzahl von Produktionsmaschinen durchgeführt
werden.
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Derartige
Verfahren sind aus dem Stand der Technik bekannt. Häufig
werden zur Durchführung eines solchen Verfahrens Dispositionssysteme
verwendet, die anhand von Auftragsdaten, insbesondere von Daten
bezüglich der Art und Menge der in den einzelnen Produktionsprozessen
zu bearbeitenden Artikel einen Belegungsplan für die einzelnen
Produktionsmaschinen generieren. In dem Belegungsplan wird festgelegt,
welche der zu bearbeitenden Artikel zu welchem Zeitpunkt an welchen
Produktionsmaschinen bearbeitet werden. Als Zielfunktion für
die Generierung des Belegungsplans dient hierbei stets das Ziel,
eine bestmögliche Auslastung der vorhandenen Produktionsmaschinen
zu erreichen. Der Festlegung dieser Zielfunktion liegt die Annahme
zugrunde, dass bei einer bestmöglichen Maschinenauslastung
auch eine bestmögliche Wirtschaftlichkeit der durchzuführenden
Produktionsprozesse erreicht werden kann. Bekannte Dispositionsverfahren
führen demnach eine rein additiv angelegte Kapazitätsplanung
durch.
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Ein
wesentlicher Nachteil bei den aus dem Stand der Technik bekannten
Verfahren zur Steuerung einer Mehrzahl von Produktionsprozessen
liegt darin, dass die Steuerungsanweisungen, die in der Regel in
einem Belegungsplan für die einzelnen Produktionsmaschinen
hinterlegt werden, vor der Durchführung der einzelnen Produktionsprozesse
erstellt werden. Dadurch kann sich das Problem ergeben, dass im
Falle von unplanmäßigen Ereignissen, wie beispielsweise
Eilaufträgen, ein neuer Belegungsplan unter Berücksichtigung
aller noch durchzuführenden Produktionsprozesse erstellt
werden muss. Je nach Komplexität der einzelnen Produktionsprozesse
und der Größe der Produktionsanlage kann dies
mehrere Stunden in Anspruch nehmen.
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Um
diese Situation zu entschärfen ist es aus der
US 7,043,321 B2 bekannt,
in einem mehrstufigen Produktionsprozess zur Herstellung von Produkten eine
Funktion zur Qualitätsüberprüfung der
einzelnen Produktionsschritte vorzusehen, wodurch ermöglicht werden
soll, den mehrstufigen Produktionsprozess zu unterbrechen, sobald
in einem der Produktionsschritte nicht mehr die geforderte Qualität
erzeugt wird. Das in der
US
7,043,321 B2 offenbarte Verfahren führt dazu,
dass produktionsbedingte Ausnahmefälle möglichst
schnell erkannt werden können und demnach der mehrstufige
Produktionsprozess bis zu der Erstellung eines neuen Belegungsplans
unterbrochen werden kann. Auch wenn durch das Verfahren gemäß der
US 7,043,321 B2 der
Zeitpunkt, zu dem bekannt wird, dass ein neuer Belegungsplan erforderlich
wird, verkürzt werden kann, hat dieses Verfahren auf die
Zeitdauer, die für die Erstellung des neuen Belegungsplans
benötigt wird, keinen Einfluss.
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Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
ein verbessertes Verfahren zur Steuerung einer Mehrzahl von Produktionsprozessen,
die an einer Mehrzahl von Produktionsmaschinen durchgeführt
werden, aufzuzeigen. Insbesondere soll das Verfahren eine wirtschaftlichere
Durchführung der durchzuführenden Arbeiten ermöglichen
und zudem die Flexibilität, mit der auf Ausnahmesituationen,
die während der laufenden Produktionsprozesse anfallen,
reagiert werden kann, verbessert werden.
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Diese
Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen
Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen
Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung der Erfindung.
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Der
Kern der Erfindung sieht vor, bei einem Verfahren zur Steuerung
einer Mehrzahl von Produktionsprozessen, die an einer Mehrzahl von
Produktionsmaschinen durchgeführt werden, nicht lediglich die
Auftragsdaten hinsichtlich der durchzuführenden Produktionsprozesse
zu berücksichtigen, um hieraus Steuerungsanweisungen für
die Produktionsmaschinen zu generieren, sondern zusätzlich
und möglichst direkt, d. h. vorab vor dem Ablauf der einzelnen
Produktionsprozesse den Zustand der einzelnen Produktionsmaschinen
zu berücksichtigen und diese Zustandsdaten in die Erstellung
der Steuerungsanweisungen einfließen zu lassen.
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Im
Gegensatz zu dem Verfahren, wie es in der
US 7,043,321 B2 offenbart
ist, zielt das erfindungsgemäße Verfahren darauf
ab, bereits vor dem Anlauf der einzelnen Produktionsprozesse, Ausnahmesituationen,
die sich während der Produktionsprozesse ereignen können,
soweit wie möglich vorauszusehen und direkt in die Generierung
der Steuerungsanweisungen für die Produktionsmaschinen, die
beispielsweise in Form eines Belegungsplans vorliegen können,
zu berücksichtigen.
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Grundsätzlich
können und sollten alle für die Produktionsprozesse
relevanten Zustandsdaten der einzelnen Produktionsmaschinen berücksichtigt
werden. Hierunter kann insbesondere der jeweilige Modus der einzelnen
Produktionsmaschinen fallen. Hierunter ist erfindungsgemäß der
umrüsttechnische Zustand einer Produktionsmaschine zu verstehen, die
durch einen Umrüstvorgang für die Produktion unterschiedlicher
Artikel verwendet werden kann. In einem Modus A dient die Produktionsmaschine
somit der Herstellung eines Artikels X, während in einem Modus
B die Produktionsmaschine zur Bearbeitung eines Artikels Y verwendet
werden kann. Um von dem Modus A zu dem Modus B der jeweiligen Produktionsmaschine
zu gelangen, kann ein beliebiger Umrüstprozess erforderlich
sein.
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Eine
weitere wichtige Gruppe von Zustandsdaten, die erfindungsgemäß bei
der Erstellung von Steuerungsanweisungen berücksichtigt
werden können, können Produktionsprozesssequenzen
sein. Hierunter ist die konkrete Abfolge von einzelnen Produktionsschritten
zur Durchführung eines mehrstufigen Produktionsprozesses
an einzelnen Produktionsmaschinen zur Bearbeitung eines Artikels
zu verstehen.
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Weiterhin
können als Zustandsdaten die Transportdaten hinsichtlich
der benötigten Ressourcen für einen Transport
der in den jeweiligen Produktionsprozessen zu bearbeitenden Artikel
berücksichtigt werden.
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Zudem
kann in den die Zustandsdaten die Verfügbarkeit der Produktionsmaschinen
berücksichtigt werden.
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Es
besteht weiterhin die Möglichkeit, konkretes Fertigungsknowhow
in Datenform zu hinterlegen und bei der Generierung der Steuerungsanweisungen
zu berücksichtigen.
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Hinsichtlich
der Auftragsdaten, die für die Generierung der Steuerungsanweisungen
für die Produktionsmaschinen berücksichtigt werden
können, können insbesondere die Art und Menge
der in den jeweiligen Produktionsprozessen zu bearbeitenden Artikel,
Restriktionen zu den jeweiligen Produktionsprozessen, der Lagerbestand
der für die Durchführung der jeweiligen Produktionsprozesse
benötigten Produkte, die Reihenfolgen der für
die Durchführung der jeweiligen Produktionsprozesse erforderlichen
Bearbeitungsschritte sowie eine Bewertung der Auftraggeber der jeweiligen
Produktionsprozesse bzw. der zu bearbeitenden Artikel berücksichtigt
werden.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
werden die Steuerungsanweisungen für die einzelnen Produktionsmaschinen generiert,
indem zunächst Initial-Steuerungsanweisungen generiert
werden, die nachfolgend schrittweise verbessert werden. Hierzu kann
vorzugsweise ein Tabu-Search-Algorithmus, wie er grundsätzlich
aus dem Stand der Technik bekannt ist, verwendet werden.
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In
einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird für die Zielfunktion, die für
die Generierung der Steuerungsanweisung verwendet wird, hinsichtlich
einer voraussichtlichen Unter- bzw. Überbelegung der Produktionsmaschinen
unterschieden. Im Falle einer voraussichtlichen Unterbelegung wird
als Zielfunktion die Bearbeitung aller Produktionsprozesse mit geringstmöglichen
Produktionskosten, worunter insbesondere der Umrüstaufwand
fällt, vorgegeben. Im Falle ei ner voraussichtlichen Überbelegung
wird dagegen als Zielfunktion die Bearbeitung aller Produktionsprozesse
mit geringstmöglichen Terminüberschreitungskosten
angesetzt.
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Vorzugsweise
werden bei der Berechnung der Terminüberschreitungskosten
die Gesamtkosten, die sich aus der Summe der Einzelkosten für
die jeweilige Terminüberschreitung, die Lagerhaltung und die
erforderlichen Umrüstvorgängen ergeben, berücksichtigt.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren kann vorzugsweise als
Regelkreis angewendet werden, d. h. Änderungen der Auftrags-
und Zustandsdaten können auch während laufender
Produktionsprozesse verarbeitet werden, so dass eine laufende Anpassung
der Steuerungsanweisungen durchgeführt werden kann. Um
eine zu häufige Neugenerierung jedoch zu verhindern, kann
vorgesehen sein, einen zeitlichen Puffer vorzusehen, der eine Anpassung der
Steuerungsanweisungen beispielsweise erst nach einem definierten
Zeitraum oder einer definierten Anzahl an geänderten Auftrags-
bzw. Zustandsdaten zulässt.
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Eine
erfindungsgemäße Produktionsanlage, in der das
erfindungsgemäße Verfahren umgesetzt werden kann,
weist eine Mehrzahl an Produktionsmaschinen sowie eine Steuerungseinheit
auf. Die Steuerungseinheit dient der Generierung von Steuerungsanweisungen
für die einzelnen Produktionsmaschinen anhand von Auftragsdaten
die in die Steuerungseinheit eingegeben werden, und anhand von Zustandsdaten
hinsichtlich des Zustands der einzelnen Produktionsmaschinen, die über
entsprechende Mittel an die Steuerungseinheit übertragen
werden.
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Vorzugsweise
kann bei der erfindungsgemäßen Produktionsanlage
vorgesehen sein, die Produktionsmaschinen automatisch anhand der
generierten Steuerungsanweisungen anzusteuern. Hierzu können
entsprechende Schnittstellen vorgesehen sein. Alternativ können
entsprechende Steuerungsanweisungen maschinenlesbar, beispielsweise
in Form eines Strichcodes ausgegeben werden. Selbstverständlich
kann die Ansteuerung der Produktionsmaschinen anhand der Steuerungsanweisungen
auch manuell erfolgen; hierzu sollten die Steuerungsanweisungen
in für die Menschen lesbarer Form ausgegeben werden.
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Die
Erfindung umfasst weiterhin ein Computerprogrammprodukt mit einem
Computerprogramm, das Softwaremittel zur Durchführung eines
erfindungsgemäßen Verfahrens, wie es in den Verfahrensansprüchen
1 bis 8 definiert ist, aufweist, wenn das Computerprogramm in einem
Automatisierungssystem ausgeführt wird.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten
Ausführungsbeispielen näher erläutert.
In den Zeichnungen zeigt die
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1 in
einer schematischen Darstellung die Funktionsweise einer Steuerungseinheit
einer erfindungsgemäßen Produktionsanlage; und
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2 in
einer schematischen Darstellung den Ablauf einer Optimierungsberechnung
im Zusammenhang mit einem erfindungsgemäßen Verfahren.
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Ein
Ziel der Erfindung ist, ein- oder mehrstufige Produktionsprozesse
möglichst realitätsgetreu abzubilden und unter
Berücksichtigung mehrerer, gegebenenfalls zum Teil kontroverser
Zielsetzungen mit einem möglichst minimalen zeitlichen
Aufwand zu optimieren. Eine wesentliche Voraussetzung hierfür ist
die exakte Abbildung der in den Produktionsprozessen verwendeten
Produktionsmaschinen sowie der zu bearbeitenden Artikel einschließlich
aller relevanten Restrektionen. Zur Abbildung der Produktionsmaschinen,
der Artikel sowie der Produktionsprozesse eignen sich objektorientierte
Programmiersprachen, in der möglichst alle Details der
Realität modelliert werden können.
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Nachfolgend
wird ein allgemeines Modell zur Abbildung von Produktionsprozessen
beschrieben, durch das – gegebenenfalls einschließlich
entsprechenden Erweiterungen – nahezu alle Produktionsprozesse
dargestellt werden können. Die betroffenen Objekte (Produktionsmaschinen,
Artikel und Produktionsprozesse) werden hierbei in speziellen Listen und
Datenstrukturen verwaltet, die hinsichtlich eines geringstmöglichen
Speicherbedarfs optimiert sind, so dass der Zugriff auf diese Daten
durch die Steuerungseinheit der Produktionsanlage ausschließlich im
Arbeitsspeicher der Steuerungseinheit erfolgen kann, was in der
Regel mit sehr kurzen Berechnungszeiten verbunden ist.
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Die
Optimierungsrechnung selbst wird mittels eines angepassten Tabu-Search-Algorithmus durchgeführt,
wobei zunächst eine Initiallösung gesucht wird,
die in einem oder mehreren darauffolgenden Schritt stufenweise angepasst,
d. h. verbessert wird. Hierbei werden Nachbarschafen definiert,
aus denen hervorgeht, wie neue Lösungen generiert werden
können. Diese werden bewertet und vom Algorithmus weiterverwendet.
Kriterien für die Bewertung von Lösungen können
Liefertermine, die Maschinenauslastung, die Liefertreue, Verspätungen
und Auftrags-, Artikel- und Kundengewichtungen sein.
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Bei
der Berechnung der Optimierung ist es auch möglich, Lösungen
zuzulassen, die nicht allen Restriktionen genügen. Eine
solche Restriktion kann beispielsweise vorliegen, wenn einzelne
Liefertermine nicht eingehalten werden, da zu viele Aufträge
für die bestehenden Produktionskapazitäten angenommen
wurden. In diesem Fall wird mittels des erfindungsgemäßen
Verfahrens versucht, weiterhin das Bestmögliche zu erreichen,
was sich gegebenenfalls auch in einer Schadensbegrenzung ausdrücken kann.
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Dispositionssysteme,
wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind, benötigen
zur Berechnung von Steuerungsanweisungen für die einzelnen
Produktionsmaschinen, die beispielsweise in Form eines Bewegungsplans
vorliegen können, regelmäßig mehrere
Stunden, wodurch sie für kurzfristige Neuplanungen nicht
verwendbar sind. Durch das erfindungsgemäße Verfahren
können entsprechende Steuerungsanweisungen auch innerhalb
von ein bis zwei Minuten auf einem handelsüblichen PC ermittelt werden,
so dass sofort und umfassend auf eine sich verändernde
Situation reagiert werden kann.
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Eine
veränderte Situation kann sich insbesondere aus der Berücksichtigung
von Eilaufträgen ergeben. Hierbei müssen Artikel
entgegen der bisherigen Planung so schnell wie möglich
bearbeitet werden, um beispielsweise teure Stillstände
der Produktionsbänder bei den Automobilherstellern zu verhindern.
Anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens soll daher
möglichst schnell ein neuer Belegungsplan generiert werden,
der festlegt, wie unter Berücksichtigung aller Restriktionen
die einzelnen Produktionsschritte zur Bearbeitung der entsprechenden
Artikel möglichst schnell durchgeführt werden
können. Hierbei kann es vorkommen, dass die betroffenen
Produktionsmaschinen sich in einem Zustand (Modus) befinden, der
die Bearbeitung gerade dieser Artikel für einen gewissen
Zeitraum verhindert. Trotz derartiger Restriktionen muss eine geeignete
Lösung bereitgestellt werden, was anhand des erfindungsgemäßen
Verfahrens ermöglicht wird.
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Zur
möglichst realitätsgetreuen Abbildung der Optimierungsprozesse
wird – anders als es aus dem Stand der Technik bekannt
ist – keine lineare Programmierung verwendet, die mit Hilfe
von Matrizen versucht, zu Ergebnissen zu kommen. Eine solche lineare
Programmierung ist zeitaufwendig und hierbei können Restriktionen
verfahrensbedingt nur teilweise berücksichtigt werden.
Aufgrund der fehlenden Berücksichtigung aller Restriktionen
eignen sich die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren lediglich
als Kapazitätsplanung und nicht für eine direkte
Generierung von Steuerungsanweisungen; diese müssen daher
manuell eingeplant werden. Im Gegensatz dazu wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens
detailliert festgelegt, wo und zu welchem Zeitpunkt welcher Auftrag
bearbeitet werden soll. Hierbei wird für jede Produktionsmaschine
ein Belegungsplan generiert, in dem die Reihenfolge der Bearbeitungen
mit Bearbeitungs- und Rüstzeiten festgelegt ist. Hierbei
wird erfindungsgemäß der Zustand der Anlagen berücksichtigt
und in die Planung mit einbezogen. Hierbei können unter
anderem durch von den Benutzern des Verfahrens definierbare Abhängigkeiten
Artikelsequenzen ausgeschlossen und weiterhin ein Werkzeugverschleiß einzelner
Produktionsmaschinen berücksichtigt werden. Weiterhin können
Kriterien festgelegt werden, nach denen die generierten Steuerungsanweisungen
bewertet werden. Beispielsweise kann den einzelnen Kunden (d. h.
den Auftraggebern für die jeweiligen Artikel) eine Bewertung
(z. B. eine A, B, C, D-Bewertung) zugeordnet werden und eine gegebenenfalls
nicht zu vermeidende Verletzung von Lieferterminen anhand dieser
Bewer tungen gewichtet werden. Hierbei kann beispielsweise eine Verspätung
eines Auftrags für einen weniger wichtigen Kunden eher
in Kauf genommen werden als für einen wichtigen Kunden.
Andererseits kann ein Eilauftrag eines geringer gewichteten Kunden
bevorzugt werden, sofern die Auswirkungen, die sich aus einer Terminüberschreitung
ergeben (beispielsweise ein Stillstand der Produktionsbänder
bei einem Automobilhersteller) als unverhältnismäßig
erweisen.
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Der
erfindungsgemäß verwendete Optimierungsalgorithmus
arbeitet sehr effizient mit dem zugrunde liegenden Datenmodell.
Anhand der Bewertungskriterien kann ein Einfluss auf den Zielfunktionswert
genommen werden, womit verschiedene Ergebnisse erzeugt werden können,
die den jeweiligen Anforderungen am ehesten entsprechen.
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In
der 1 ist eine Steuerungseinheit zur Verwendung mit
einer erfindungsgemäßen Produktionsanlage dargestellt.
Diese umfasst eine Datenbank sowie ein sogenanntes ERP-System (ERP:
Enterprise Ressource Planning). Die Datenbank wird über
eine Schnittstelle von dem ERP-System mit Auftragsdaten hinsichtlich
der durchzuführenden Produktionsprozesse versorgt. Die
Auftragsdaten umfassen sowohl Stamm- als auch Bewegungsdaten. Aus
der Datenbank werden einer Optimierungseinheit (Optimierer) die
Auftragsdaten sowie entsprechende Einstellungen und Simulationsdaten
bereitgestellt, die als Grundlage für die Berechnung von
Simulationen, Auswertungen und optimierten Belegungsreihenfolgen
für die einzelnen Produktionsmaschinen dienen. Die von
der Optimierungseinheit erzeugten Ergebnisse werden für
die Generierung von Steuerungsanweisungen für die Produktionsmaschinen
verwendet und andererseits zurück in die Datenbank geschrieben,
wo diese für späte Berechnungen als Initiallösung
verwendet werden können.
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Missstände,
die während der Optimierungsberechnung festgestellt werden
können, können zur Generierung von Alarmsignalen
verwendet werden, die beispielsweise als E-Mails oder SMS an verantwortliche
Personen weitergeleitet werden, so dass diese frühzeitig
in die Prozesse einschreiten können. Mittels eines Simulationstools
können dem System Daten (Simulationsdaten des Vertriebs
oder der Technik) mitgegeben werden, um technische oder vertriebstechnische
Szenarien zu simulieren.
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Die 2 zeigt
schematisch die Zusammenhänge, die für die Berechnung
der Steuerungsanweisungen in einem erfindungsgemäßen
Verfahren verwendet werden.
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Die
Optimierungsaufgabe besteht darin, eine Menge von Aufträgen
so einzuplanen, dass die vorgegeben Ziele möglichst gut
erreicht werden.
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Jeder
Auftrag besteht aus einem Kunden, einem Artikel, einer Menge und
einer Mengeneinheit. Jedem Auftrag ist ein Liefertermin zugeordnet,
wobei eine Zuordnung eines Auftrags zu einem Kunden nicht zwangsläufig
erfolgen muss. Für das Ergebnis kann eine Gewichtung der
einzelnen Kunden relevant sein, was jedoch nicht immer der Fall
sein muss. Relevante Angaben zur Beschreibung der einzelnen Aufträge
können die Auftragsnummer, ein Artikelkennzeichen, die
Menge, die Mengeneinheit, der jeweilige Kunde (Auftraggeber) sowie
der entsprechende Liefertermin sein.
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Die
Angaben zum Kunden haben im System im wesentlichen einen informativen
Charakter. In die Zielfunktionen für die Berechnung kann
eine Bewertung des Kunden (z. B. als A, B, C oder D-Kunde) eingehen.
Relevante Informationen hinsichtlich der Kunden sind die Kundennummer
sowie dessen Bewertung (als A, B, C oder D-Kunde). Weitere Informationen
können die Angabe der Firma, der Anschrift, eines dortigen
Ansprechpartners, einer E-Mail-Adresse, der Internetadresse, von
Telefonnummern und von Umsätzen mit den Kunden sein.
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Die
zu bearbeitenden Artikel können aus einer oder aus mehreren
Komponenten bestehen. Dies kann aus einer Stückliste hervorgehen.
Relevante Auftragsdaten, die sich aus den zu bearbeitenden Artikeln
ergeben, können die Artikelnummern, die Liste mit Attributen
zu den Artikeln (einschließlich einer Attributsbezeichnung
sowie einem Wert hierfür) und gegebenenfalls eine Stücklistennummer
sein. Weitere Informationen können sich aus den Auftraggebern der
einzelnen Artikel (Kunden), den Artikelbezeichnungen sowie von Beschreibungen
zu den Artikeln ergeben.
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Zu
jedem Artikel und gegebenenfalls zu jeder Komponente der einzelnen
Artikel kann es einen Lagerbestand geben. Die Abbuchung der Lagerbestände
kann auftragsbezogen erfolgen, so dass eine Mehrfachvergabe von
in dem Lagerbestand vorhandenen Artikeln bzw. Komponenten vermieden
wird. Für den Fall, dass ein Auftrag storniert wird, können die
bezogenen Lagerbestände wieder freigegeben werden, so dass
diese für andere Aufträge zur Verfügung
stehen.
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Zu
jedem Artikel kann es eine Stückliste geben, in der die
zugehörigen Komponenten und entsprechende Stückzahlen
dieser Komponenten aufgeführt sind. Relevante, aus den
Stücklisten hergeleitete Auftragsdaten, die bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren berücksichtigt werden können, sind die
Stücklistennummer sowie die Liste der einzelnen Komponenten,
einschließlich der Komponentennummern sowie der entsprechenden
Anzahl.
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Wie
bereits ausgeführt wurde ist eine Komponente ein Bestandteil
eines Artikels. Da Komponenten wiederum Komponenten enthalten können, kann
es zu jeder Komponente wiederum eine Stückliste geben.
Entsprechende relevante Auftragsdaten können die Komponentennummer,
eine Liste mit Attributen (Attributsbezeichnung sowie Wert) und
gegebenenfalls die Stücklistennummer sein. Zudem kann die
Komponentenbe zeichnung sowie eine Beschreibung erfindungsgemäß als
Auftragsdaten herangezogen werden.
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In
dem Arbeitsplan werden die Bearbeitungsschritte pro Artikel festgelegt.
Es kann mehrere verschiedene Varianten zum Bearbeiten eines Artikels
geben (Arbeitsplanvarianten). Relevante, arbeitsplanbezogene Auftragsdaten
können die Arbeitsplannummer sowie die Liste mit Arbeitsplanvarianten
sein.
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Eine
Arbeitsplanvariante besteht aus einer geordneten Liste von Vorgängen,
die zur Bearbeitung eines Artikels erforderlich sind. Relevante
Auftragsdaten hierfür können die Arbeitsplanvariantennummer
sowie eine Liste mit numerisch sortierten Vorgängen sein.
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Ein
Vorgang beschreibt einen einzigen Verarbeitungsschritt. Betroffen
hiervon können ein Artikel oder eine oder mehrere der Komponenten
hiervon sein. Sofern mehrere Komponenten zusammengefügt
werden, wird die entsprechende Stückliste für den
Artikel oder die Komponente referenziert. Relevante Auftragsdaten,
die sich aus den Vorgängen ergeben, können die
Vorgangsnummer, eine Stückliste, die für die Bearbeitung
geeignete(n) Produktionsmaschine(n) sowie die Information, welche
Komponenten pro Bearbeitungszyklus bearbeitet werden können,
sein. Zudem kann eine Beschreibung der Bearbeitungsschritte von
den Auftragsdaten erfasst sein. Bereits bei der Beschreibung des
Vorgangs können erfindungsgemäß auch
Zustandsdaten erfasst werden. Hierunter fällt insbesondere
der jeweilige Modus der in den Auftragsdaten zu den jeweiligen Vorgängen
vorgegebenen Produktionsmaschinen.
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Bei
der rechnerischen Berücksichtigung des Objekts „Maschine” werden
im wesentlichen Zustandsdaten erfasst und zur Generierung der Steuerungsanweisungen
herangezogen. Die wesentlichen maschinenbezogenen Zustandsdaten
ergeben sich zum einen aus einer zeitlichen und zum anderen aus einer
technischen Verfügbarkeit der Maschine. Die zeitliche Verfügbarkeit
der Produktionsmaschinen muss ermittelt werden, um eine Einplanung
von Aufträgen realitätsgetreu umsetzen zu können.
Hierbei können folgende Zustandsdaten in die Optimierung einfließen:
die tägliche Verfügbarkeit, Pausen des Bedienpersonals,
Feiertage, Werksferien, Sonderregelungen, Wartungszeiten und personelle
Einschränkungen (wie sie sich beispielsweise ergeben können, wenn
nur bestimmte Personen zur Handhabung der entsprechenden Produktionsmaschinen
fähig/berechtigt sind).
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Weiterhin
können für die zeitliche Verfügbarkeit
eventuelle Rüstzeiten relevant sein, die erforderlich sind,
um eine Produktionsmaschine für die Bearbeitung eines ersten
auf ein zweites Produkt umzurüsten. Zudem können
einzelnen oder allen Produktionsmaschinen Puffer vor- oder nachgelagert
sein, die bei der Produktion nicht überlaufen werden dürfen.
Relevante, maschinenbezogene Angaben können das Maschinenkennzeichen,
die zeitliche Verfügbarkeit, die Maschinenauslastung (beispielsweise
in Prozent angegeben) entsprechende Umrüstzeiten, Puffer,
Maschinenattribute und gegebenenfalls eine Maschinenbezeichnung
sein. Hinsichtlich der technischen Verfügbarkeit der Produktionsmaschinen
kann zudem zu berücksichtigen sein, ob eine definierte Produktionsmaschine
lediglich für die Bearbeitung eines ersten und nicht eines
anderen, zweiten Artikels geeignet ist.
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Die
Verfügbarkeit der einzelnen Produktionsmaschinen kann sich
aus dem Werkskalender und den Schichtplänen des Betriebs
ergeben, wobei diese Zeiten manuell übersteuert werden
können.
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Jeder
Maschine (Mi) kann eine Liste von Attributen
(Mij) zugeordnet werden, die dafür
ausschlaggebend ist, ob ein Produktionsprozess (Jkl)
eines Auftrags (Ok) zu einem Zeitpunkt (t)
auf dieser Maschine gefertigt werden kann. Durch die Abarbeitung
des Produktionsprozesses werden die Attribute (Mij)
verändert und beeinflussen die Menge der möglichen
Produktionsprozesse, die zum nächstmöglichen Zeitpunkt
gefertigt werden können.
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Die
Berechnung anhand dessen die Steuerungsanweisungen für
die Produktionsmaschinen generiert werden, basiert auf einer Minimierung
der Kosten die sich summarisch aus der Terminüberschreitung,
den Kosten für Lagerbestände sowie den Umrüstkosten
ergeben:
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Hierbei
bezeichnet:
- Oi:
- den Auftrag i („Order”);
- L:
- die Kosten für
Lieferterminüberschreitungen („Lateness”);
- WIP:
- die Kosten für
die Lagerbestände („Work In Progress”);
- SC:
- die Kosten für
Rüstvorgänge („Setup Costs”).
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Als
Lieferterminüberschreitungen wird die Anzahl der Tage definiert,
um die der Auftrag nach dem vereinbarten Liefertermin fertig gestellt
wird. Die Kosten für die Lieferterminüberschreitungen
Li ergeben sich aus einem Grundwert LOFF, der automatisch bei einer Lieferterminüberschreitung
anfällt und aus einem variablen Wert LD × DL, dem Produkt aus den Kosten pro Tag (LD) und der Anzahl der Tage (DL)
der Verspätung. Die Kosten LOFF und
LD können abhängig von
Kunden und Artikeln definiert werden.
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Die
Kosten für die Lagerbestände (WIP) ergeben sich
aus der Summe der entsprechenden Kosten für die einzelnen
Komponenten eines Artikels, beginnend mit dem ersten Vorgang ihrer
Bearbeitung bis zum Liefertermin des entsprechenden Auftrags, gewichtet
mit einem zugehörigen Wert. Die Kosten für einen
Artikel ergeben sich aus den summarischen Kosten für die
benötigten Komponenten, multipliziert mit der Anzahl der
Tage vor dem Liefertermin (DD).
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Die
Kosten für die Umrüstvorgänge (SC) ergeben
sich als Summe aus den Kosten, die für die tatsächliche
Umrüstung einer Produktionsmaschine, die zur Bearbeitung
eines Artikels A vorbereitet ist, zur Bearbeitung eines Artikels
B, sowie sonstigen Umrüstkosten, die zum Beispiel damit
zusammenhängen können, dass Werkzeuge oder Betriebsmittel erneuert
werden müssen. Die Umrüstkosten haben keinen Einfluss
auf die Durchlaufzeiten der Aufträge.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 7043321
B2 [0004, 0004, 0004, 0008]
