DE102020203716A1

DE102020203716A1 - Computerimplementiertes Verfahren für eine Produktionsplanung und/oder -steuerung eines Produktionssystems und Produktionsplanung und/oder-steuerungssystem

Info

Publication number: DE102020203716A1
Application number: DE102020203716.7A
Authority: DE
Inventors: Georg Schneider; Leander Tentrup; Gerhard Schaller
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2020-03-23
Filing date: 2020-03-23
Publication date: 2021-09-23
Also published as: US20230115525A1; WO2021190919A1; CN115151925A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren für eine Produktionsplanung und/oder Produktionssteuerung eines Produktionssystems umfassend mehrere Produktionsabschnitte (PA1, PA2) und Produktionslinien (Linie 1, Linie 2, Linie 3). Ferner betrifft die Erfindung ein Produktionsplanung und/oder-steuerungssystem (APO).

Description

Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren für eine Produktionsplanung und/oder -steuerung eines Produktionssystems und ein Produktionsplanung und/oder-steuerungssystem und ein Computerprogramm.
Bei der Produktion werden Produkte umfassend Sachgüter und Dienstleistungen basierend auf Produktionsfaktoren umfassend Werkstoffe und Betriebsmittel erstellt. Beispielsweise werden Getriebe produziert. Innerhalb der Getriebeproduktion werden weitere Sachgüter erstellt, beispielsweise Abtriebswellen. Die Produktionsplanung und/oder -steuerung optimiert das gesamte Produktionssystem.
Im Stand der Technik sind mehrere Methoden für die Produktionsplanung und/oder - steuerung bekannt, beispielsweise traditionelle Systeme umfassen sukzessive Planung von Grunddatenverwaltung, Produktionsprogrammplanung, Mengenplanung, Terminplanung, Werkstattsteuerung, Auftragsüberwachung und Vertriebssteuerung. Ferner sind integrierte IT-Systeme bekannt umfassend Produktionsplanung und/oder -steuerung.
Ferner sind Optimierungsverfahren für die Produktionsplanung und/oder -steuerung bekannt, beispielsweise constraint-based Ansätze mittels linear programming. Allerdings skalieren derartige Ansätze nicht auf realen Problemgrößen. Ferner sind lokale Suche oder Branch-and-Bound Algorithmen zur Optimierung bekannt. Außerdem sind klassische Scheduling Algorithmen, zum Beispiel Multiprozessor Scheduling, bekannt, die allerdings nur auf vereinfachte Modelle anwendbar sind. Des Weiteren sind evolutionäre Algorithmen zur Optimierung bekannt, die allerdings viele Ressourcen, beispielsweise Zeit oder Rechenleistung, und eine gute initiale Lösung benötigen.
Derzeit plant ein menschlicher Steuerer die Produktionsabläufe eines bestimmten Produktes, Werkstücks oder Halbfertigteils wie zum Beispiel die Produktion der Abtriebswelle mit oder ohne Unterstützung durch die bekannten Optimierungsverfahren.
Dabei besteht die Produktion aus mehreren Produktionsabschnitten, die das Teil hintereinander durchlaufen muss. Dazu muss der Steuerer eine Vielzahl von Eingangsgrößen in Betracht ziehen. Die Planung, beispielsweise welche Teile auf welcher Linie/Teillinie zu welchem Zeitpunkt zu produzieren sind, sollte optimal im Hinblick auf eine Vielzahl von Optimalitätskriterien sein. Erschwerend kommt hinzu, dass sich zum einen die Parameter, die die vorhandenen Produktionsabläufe bestimmen, im Zeitverlauf häufig ändern als auch die Optimalitätskriterien. Damit ergibt sich die Notwendigkeit einer häufigen Neuplanung, die allerdings möglichst schnell erfolgen muss, damit die Produktion nicht stillsteht oder suboptimal produziert.
Davon ausgehend hat der Erfindung die Aufgabe zugrunde gelegen, wie Produktionsfolgen, Arbeiterbelegungen und Lieferantenaufträge aus gegebenen Anforderungen erstellt werden können und wie die Produktionsfolgen anhand vorher festgelegter Kriterien bewertet und optimiert werden können.
Die Erfindung wird zunächst übersichtshalber dargestellt.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren und ein adaptives System, das komplexe Prozesse wie zum Beispiel Produktionsabläufe anhand von gegebenen Bewertungen und mittels einer virtuellen Repräsentation der Produktion optimiert. Das System passt sich innerhalb kürzester Zeit an Änderungen, die einen Einfluss auf die Produktion haben, an und garantiert einen zu jedem Zeitpunkt umsetzbaren Produktionsplan. Gleichzeitig erzeugt das System Lösungen für hochkomplexe Produktionsgegebenheiten.
Die Erfindung erlaubt es, einen im Vergleich zum Stand der Technik längeren Planungshorizont, beispielsweise mehrere Wochen statt wenige Tage, umzusetzen. Beispielsweise wurde die Erfindung in der Produktion einer Abtriebswelle eingesetzt und dabei ein Planungshorizont von mehreren Wochen realisiert. Beispielsweise wird ein Planungshorizont von zwei Wochen realisiert. Mit der Länge des Planungshorizonts wird die Laufzeit des Verfahrens entsprechend länger. Allerdings wurde auf dem Erfindungsweg festgestellt, dass das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhafterweise lediglich linear mit dem Planungshorizont skaliert im Gegensatz zu bekannten Optimierungsverfahren, die in der Regel exponentiell skalieren. Damit einher geht eine signifikante Kostenreduktion durch einen effizienteren Planungsprozess, einer Erhöhung der Montageausbringung und geringere Kapitalbindung durch Bestandssenkungen.
Ferner unterstützt die Erfindung bei der in Zukunft zunehmenden Komplexität von Produkten, beispielsweise erhöhte Varianz oder zusätzliche Randbedingungen, die durch die bekannten Steuerungswerkzeuge nicht bzw. unzureichend abgebildet werden kann. Beispielsweise werden in Werken der Anmelderin ca. 500 verschiedene Getriebearten gebaut. Mit der Entwicklung von weiteren Generationen und weiteren Getrieben wird die Varianz noch einmal deutlich steigen. Daraus resultierende Kosten, beispielsweise für Wochenendarbeit oder Produktionsstillstand bis hin zu Lieferengpässen zum Kunden, werden durch die Erfindung vermieden.
Eine kompakte Beschreibung der Erfindung wird durch die Betrachtung von Inputwerten oder Eingaben, die in das System eingegeben werden, und Outputwerten oder Ausgaben, die das System bereitstellt, dargestellt. Eingaben in das System umfassen unmittelbare Eingaben und mittelbare Eingaben. Ausgaben des Systems umfassen steuerungsrelevante und informative Ausgaben.
Im Ergebnis liefert das Verfahren und das System alle steuerungsrelevanten Informationen für eine optimale Produktionssequenz, Arbeiterbelegung und Lieferantenaufträge. Diese Produktionssequenz wird automatisch oder erst nach Freigabe durch den Steuerer umgesetzt. Optimal bedeutet im Rahmen der Erfindung optimal bezüglich einer gegebenen Gesamtkostenfunktion. Der Steuerer hat zusätzlich die Möglichkeit, Einfluss auf das Ergebnis zu nehmen, indem ein neuer Lauf mit geänderten Eingaben gestartet wird. Um solche Entscheidungen zu unterstützen stellt das System detaillierte informative Ausgaben über die Linienbelegung, Lagerentwicklung und prognostizierte Fertigstellungszeiten zur Verfügung.
Die unmittelbare Eingaben umfassen Eingaben, die bei jedem Optimierungslauf des Systems erwartet werden. Ein Optimierungslauf wird in der Regel angestoßen, wenn sich eine Veränderung der Produktionsparameter ergeben hat. Eine andere Ursache ist zum Beispiel eine Veränderung der Gewichtung der unterschiedlichen Optimierungskriterien durch den Steuerer. Der Steuerer ist ein menschlicher Operator, der bisher diese Planung eigenständig erledigt hat. Aber auch jede andere Änderung in den Eingabebedingungen führt in der Regel zu einem neuen Anlauf des Systems. Beispielsweise sind folgende Eingaben unmittelbare Eingaben:

• Produktionsparameter: Arbeitersituation, Maschinenfähigkeiten, Materialverfügbarkeit, initiale Lager- und Pufferbestände und/oder Lieferantenkapazität;
• Materialbedarfs: Welches Material/Halbfertigprodukt muss zu welchem Zeitpunkt produziert sein und/oder Gewichtung/Priorisierung der zu produzierenden Teile;
• Optimalitätskriterien: maximale Auslastung aller Maschinen und Arbeitskräfte, Minimierung von Verspätungen, geringste Lagerbestände, Minimierung von Materialflüssen von weit entfernten Bereichen innerhalb der Fabrik und/oder Gewichtung dieser gegeneinander und
• Randbedingungen: Diese sind im Gegensatz zu den Optimalitätskriterien fix einzuhalten für einen zu startenden Optimierungslauf. Diese sind zum Beispiel Prioritäten von Bedarfen mit Rang 1, die in jedem Fall zu einem festgelegten Zeitpunkt produziert sein müssen, nicht zu überschreitende Lager/Zwischenlagergrößen, kein Transport von Teilen von einer Fertigungslinie/einem Lager zu einer anderen Fertigung/Lager, das logistischen oder aus anderen Gründen derzeit nicht sinnvoll ist. Die Randbedingungen können von dem Steuerer verändert werden können. Auch der Planungshorizont, beispielsweise über wie viele Stunden oder Tage die Produktionsplanung vorgeplant werden soll, gehört zu den Randbedingungen.

Die mittelbaren Eingaben werden nur dann in das System integriert, wenn sich strukturelle Dinge in der Produktion oder im Produktionsablauf ändern.
Die Erfindung simuliert das Produktionssystem und stellt damit eine virtuelle Repräsentation des Produktionsablaufs und/oder des Produktionssystems bereit. Die virtuelle Repräsentation ist ein digitaler Zwilling des gesamten Produktionsablaufs und/oder Produktionssystems. Der digitale Zwilling modelliert alle Abhängigkeiten innerhalb der Produktion. Dieses Modell wiederum beinhaltet als Variablen die Produktionsparameter. Die Erfindung hält das Modell stets aktuell mit den tatsächlichen Gegebenheiten und Abhängigkeiten innerhalb des realen Produktionsablaufs und/oder des realen Produktionssystems.
Die steuerungsrelevanten Ausgaben werden zur Umsetzung in dem Produktionsplanung und/oder-steuerungssystem einer Fabrik zwingend benötigt und umfassen:

• Optimierte Produktionssequenz: Welches Material wird auf welcher Linie zu welcher Zeit benötigt?
• Arbeiterbelegung: Wie viele Arbeiter sind oder werden benötigt auf welcher Linie zu welcher Schicht?
• Lieferantenaufträge: Welches und wie viel zugeliefertes Material ist zu welcher Zeit verfügbar?

Die informativen Ausgaben bieten einen Mehrwert bezüglich Erklärbarkeit, zum Beispiel warum ist ein Material verspätet, und erleichtern dem Steuerer die eigene Bewertung des Optimierergebnisses. Die informativen Ausgaben umfassen:

• Bedarfsdeckung und prognostizierte Fertigstellungstermine, relevant beispielsweise für Logistik;
• Anzeige von Auslastung, Engpässen und kritischen Pfaden und
• prognostizierte zeitliche Entwicklung von Halb-/Fertigteilen und/oder Lagerfüllstände.

Hinsichtlich eines weiteren Überblicks über die Erfindung wird darauf hingewiesen, dass das Verfahren und das System eine Gesamtkostenfunktion des Produktionssystems optimiert. Die Kostenfunktion bestimmt die kostenminimale Produktionsabläufe aus den technisch effizienten Produktionsprozessen. Bei der Kostenfunktion werden die Gesamtkosten eines Produktionsprozesses dargestellt, die von den eingesetzten Produktionsfaktoren herrühren, die mit ihren jeweiligen Marktpreisen oder Gewichtungen multipliziert werden. Beispielsweise wird die Gesamtkostenfunktion definiert aus:

• Bedarfserfüllung: Verspätungszeit, mit Gewichtung pro Bedarf;
• Produktionsauslastung: Zeiten mit Produktionsstillstand und
• Produktionsnebenbedingungen: Transport zwischen Linien, Rüstzeiten.

Durch mathematische Funktionen werden diese Kriterien zu einem numerischen Wert zusammengefasst, wobei die oben genannten Kriterien unterschiedlich gewichtet werden können.
Beispiel: Gesamtkosten=α*Σ_Verspätung''(b)*Gewichtung(b)+β*Produktionsstillstand+γ*Rüstzeiten+..., wobei α≥0, β≥0, γ≥0, ... eine Gewichtung der verschiedenen Teilterme darstellt und variabel ist. Summiert wird über alle Materialbedarfe.
Übersichtshalber läuft das erfindungsgemäße Verfahren folgendermaßen ab:

Die aktuellen Produktionsparameter, Bedarfe, Optimalitätskriterien und Randbedingungen sind die Eingaben, die beispielsweise als Daten erhalten werden. Anschließend wird durch ein schnelles, das heißt wenige Sekunden Laufzeit, Optimierungsverfahren eine initiale Produktionssequenz erstellt. Diese Produktionssequenz geht als Eingabe in ein anschließenden gründliches und längeres Optimierungsverfahren, beispielsweise als initiale Population, das heißt Initialisierung, in einen evolutionären Algorithmus. Potenziell können noch weitere gründlichere aber mehr Zeit in Anspruch nehmende Optimierungen in Gang gesetzt werden, zum Beispiel genetische Optimierer mit einer größeren Population und anderen Hyperparametern.

Die initiale Produktionssequenz wird auch zur Umsetzung in das reale Produktionssystem oder die reale Fabrik gegeben. Sobald ein in Bezug auf die Gesamtkostenfunktion besseres Ergebnis aus einer der nachgeschalteten gründlichen Optimierung zur Verfügung steht, wird dieses ausgegeben und direkt von dem System in der realen Produktion umgesetzt oder zu der Unterstützung eines menschlichen Steuerers an diesen ausgegeben. Dabei wird sichergestellt, dass das bessere Ergebnis mit der schon gestarteten Produktionssequenz übereinstimmt. Das wird sichergestellt dadurch, dass jede gerade in Produktion gesetzte Planung eines vorherigen Optimierers für die gerade laufende Zeit eine Randbedingung des nachgeschalteten Optimierers ist.
Wenn ein Ereignis eintritt, das Auswirkungen auf die Produktion hat, beispielsweise Maschinenausfall oder geänderte Arbeitersituation, wird eine neue initiale Produktionssequenz erstellt und das Verfahren startet wieder von vorne.
Gemäß einem Aspekt stellt die Erfindung ein computerimplementiertes Verfahren bereit für eine Produktionsplanung und/oder Produktionssteuerung eines Produktionssystems. Das Produktionssystem umfasst mehrere Produktionsabschnitte und Produktionslinien. Das Verfahren umfasst die Schritte:

• Erhalten von Daten umfassend Materialbedarfe der Produktionsabschnitte,
• Ordnen der Materialbedarfe in den Produktionsabschnitten nach einer Einwirkung auf eine Optimierung einer Kostenfunktion des Produktionssystems,
• ordnungsgemäßes Auswählen eines der Materialbedarfe, Projizieren des ausgewählten Materialbedarfs auf Materialien in vorausgehenden Produktionsabschnitten, die für die Produktion in dem Produktionsabschnitt des ausgewählten Materialbedarfs benötigt werden, und Anpassen von zumindest einer Bedarfsmenge und/oder eines Bedarfszeitpunktes der jeweiligen Materialien, und
• Regeln und/oder Steuern der Produktionslinien in Abhängigkeit zumindest der angepassten Bedarfsmenge und/oder des Bedarfszeitpunktes und erstes Überprüfen, ob die angepasste Bedarfsmenge der jeweiligen Materialien für den ausgewählten Materialbedarf ausreichend ist, wobei bei positiver erster Überprüfung die jeweiligen Materialien für das Produktionssystem reserviert werden, und/oder der ausgewählte Materialbedarf ausgeführt wird, und ein weiterer Materialbedarf ordnungsgemäß ausgewählt wird.

Das Verfahren entspricht dem schnellen Optimierungsverfahren, welches die initiale Produktionssequenz als erstes Ergebnis innerhalb weniger Sekunden liefert. Ein erstes Ergebnis nach kürzester Zeit ist relevant, da die Produktion nach einem Vorfall nie stillstehen darf. Das Optimierungsziel ist die Bedarfsdeckung in Kombination mit einer Maximierung der Produktionsauslastung, das heißt möglichst wenig Produktionsstillstand .
Die Materialbedarfe umfassen Materialarten oder -typen. Materialarten umfassen Rohstoffe, beispielsweise Eisen, Hilfsstoffe, beispielsweise Schrauben, Betriebsstoffe, beispielsweise Energie, unfertige Erzeugnisse, beispielsweise vormontierte Einbauteile, die noch zusammengesetzt werden müssen, Fertigerzeugnisse, beispielsweise versandfertige Endprodukte und Handelswaren.
Nach einem Aspekt der Erfindung werden die Materialbedarfe nach Materialtyp, Bedarfsmenge, Bedarfszeitpunkt, Priorität und/der Gewichtung geordnet.
Einen Materialbedarf ordnungsgemäß auswählen bedeutet einen Materialbedarf nach der durch die Ordnung vorgegebene Reihenfolge auszuwählen.
Ein ausgewählter Materialbedarf wird ausgeführt, wenn genügend Eingabematerialien zur Verfügung stehen, um den Bedarf komplett zu erfüllen. In diesem Fall werden die Eingabematerialien für diesen Bedarf reserviert. Durch die Reservierung der Eingabematerialien wird sichergestellt, dass die so bestimmten Produktionssequenzen umsetzbar sind, das heißt dass so erstellte Aufträge auf jeden Fall ausgeführt werden können.
Gemäß eines weiteren Aspekts stellt die Erfindung ein Produktionsplanung und/odersteuerungssystem bereit. Das System umfasst eine Verarbeitungseinheit, die ausgeführt ist, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen.
Gemäß eines weiteren Aspekts stellt die Erfindung ein Computerprogramm bereit. Das Programm umfasst Befehle, die bewirken, dass ein erfindungsgemäßes System das erfindungsgemäße Verfahren ausführt, wenn das Programm auf dem System läuft.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, den Zeichnungen und der Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird das Produktionssystem, die Produktionsplanung und/oder Produktionssteuerung simuliert. In der Simulation werden:

• die Produktionslinien in Abhängigkeit zumindest der angepassten Bedarfsmenge und/oder des Bedarfszeitpunktes geregelt und/oder gesteuert werden,
• die Materialbedarfs ordnungsgemäß ausgewählt werden und
• in einer ersten Überprüfung überprüft wird, ob die angepasste Bedarfsmenge der jeweiligen Materialien für den jeweils ausgewählten Materialbedarf ausreichend ist, wobei bei positiver erster Überprüfung die jeweiligen Materialien für das Produktionssystem reserviert werden, und/oder der ausgewählte Materialbedarf ausgeführt wird, und ein weiterer Materialbedarf ordnungsgemäß ausgewählt wird.

Durch die Simulation wird eine virtuelle Repräsentation des Produktionssystems, der Produktionsplanung und/oder Produktionssteuerung bereitgestellt, in welcher das gesamte Produktionssystem als digitaler Zwilling realisiert ist. In der Simulation werden beispielsweise Engpässe oder kritische Pfade simuliert. Die Simulation simuliert nach einem Aspekt der Erfindung einen zukünftigen Zustand des Produktionssystems. Damit werden beliebig weit in die Zukunft reichende Planungshorizonte, beispielsweise im Umfang von mehreren Wochen, ermöglicht. Durch die Simulation wird die durch das erfindungsgemäße Verfahren erreichte Optimierung und damit das gesamte Produktionssystem an Produktionsänderungen vorteilhafterweise adaptiert.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfassen die Daten Produktionsparameter, Optimalitätskriterien und/oder Randbedingungen. Die Produktionsparameter umfassen Arbeitersituation, Maschinenfähigkeiten, Materialverfügbarkeiten, Materialpuffer und/oder Lieferantenkapazitäten. Die Optimalitätskriterien umfassen maximale Auslastung der Maschinen und/oder Arbeiter, Minimierung von Verspätungen, geringste Lagerbestände und/oder Minimierung von Materialflüssen. Die Randbedingungen umfassen Prioritäten von Materialbedarfen, maximale Lager- und/oder Materialpuffergrößen, Transportbedingungen, Planungshorizont und/oder Lieferantenkapazitäten umfassen. Damit wird das gesamte Produktionssystem weiter optimiert. Nach einem Aspekt der Erfindung bilden diese Daten Eingaben für die Simulation.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Schichtbetrieb von Arbeitern simuliert und in der Simulation die Produktionslinien mit Arbeitern belegt und eine Änderung der Belegung der Produktionslinien mit Arbeitern erfolgt zumindest in Abhängigkeit von den Materialbedarfen und/oder Materialbeständen. Damit wird das gesamte Produktionssystem weiter optimiert. Nach einem Aspekt der Erfindung wird dabei jede Produktionslinie zunächst voll belegt, so dass die Auslastung laut Produktionsparameter maximal ist. Falls die Zuweisung größer ist als die Anzahl der verfügbaren Mitarbeiter, siehe Produktionsparameter, wird die Zuweisung entsprechend reduziert. Für die Entscheidung, welche Linie zu reduzieren ist, können verschiedene Faktoren wie Materialbestand, Linienfähigkeit, Bedarfe, etc. berücksichtigt werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird bei negativer erster Überprüfung eine zweite Überprüfung durchgeführt. In der zweiten Überprüfung wird überprüft, ob für den Materialbedarf fehlende Materialien unter Einhaltung des Bedarfszeitpunktes geliefert werden können. Bei positiver zweiter Überprüfung wird eine Lieferung in Auftrag gegeben. Die gelieferten Materialien werden reserviert. Bei negativer zweiter Überprüfung wird ein weiterer Materialbedarf ordnungsgemäß reserviert. Materialien umfassen aus einem vorherigen Produktionsabschnitt produzierte Materialien, die für den folgenden Produktionsabschnitt Eingabematerialien bilden. Ferner umfassen die Materialien gelieferte Materialien, beispielsweise gelieferte Eingabematerialien. Falls während der Produktion, beispielsweise bei einzelne Produktionsabläufen, nicht genügend gelieferte Eingabematerialien zur Verfügung stehen, wird in der zweiten Überprüfung überprüft, ob es zum aktuellen Zeitpunkt möglich ist, diese zu liefern, insbesondere unter Einhaltung von Randbedingungen wie beispielsweise Lieferantenkapazitäten, Lieferzeitpunkte und/oder Lieferantensteuerung. Damit wird das gesamte Produktionssystem weiter optimiert. Kann ein Eingabematerial sowohl produziert als auch geliefert werden, werden nach einem weiteren Aspekt der Erfindung die Lieferung und Pufferbestände zu Beginn wie oben beschrieben reduziert, mit dem Unterschied, dass im Gegensatz zu initialen Pufferbeständen der Lieferzeitpunkt berücksichtigt werden muss. Nach einem Aspekt der Erfindung gehen die zweite Überprüfung, die Lieferantenaufträge, Lieferantenkapazitäten, Lieferzeitpunkte und/oder Lieferantensteuerung in die Simulation mit ein.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung werden Materialbedarfe in den Produktionsabschnitten derart geordnet, dass Schlupfzeiten des Produktionssystems optimiert werden. Schlupfzeiten werden in der Kostenfunktion über Verspätungen erfasst. Damit werden Verspätungsminuten optimiert. Die Schlupfzeit bezeichnet die Restzeit eines Auftrages. Im Rahmen der Erfindung umfasst die Bedeutung von Materialbedarf die Bedeutung von Auftrag. Dies ist die Zeitspanne vom aktuellen Bearbeitungszeitpunkt bis zum Sollendtermin, abzüglich der restlichen Bearbeitungszeiten. Die Schlupfzeit eines Auftrages wird beispielsweise wie folgt bestimmt: 20. Januar: Liefertermin, 10. Januar: Termin der Prioritätsfestlegung, 4 Tage verbleibende Durchlaufzeit → 20 - 10 - 4 = 6 Tage Schlupfzeit. Bei der Optimierung der Schlupfzeit wird nach einem Aspekt der Erfindung die Auftragspriorität bestimmt, sowohl bei Störungen in der Produktion als auch in der störungsfreien Produktion. Zur Optimierung der Schlupfzeiten, im Englischen slack times genannt, ist in das Verfahren nach einem Aspekt der Erfindung ein least-slack-time-scheduling Algorithmus integriert, der bei Durchführung des Verfahrens ausgeführt wird. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung geht die Optimierung der Schlupfzeiten in die Simulation mit ein.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung werden die Materialbedarfe in den Produktionsabschnitten derart geordnet, dass bei einer Optimierung eines Ablaufplans des Produktionssystems eine Erfüllung der Materialbedarfs mit einer Maximierung einer Produktionsauslastung kombiniert wird. Nach einem Aspekt der Erfindung wird bei der Optimierung der Schlupfzeiten eine Erfüllung der Materialbedarfs mit einer Maximierung einer Produktionsauslastung kombiniert. Damit wird vorteilhaferweise ein minimaler Produktionsstillstand erreicht.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird bei der Anpassung des Bedarfszeitpunktes die Produktionsdauer für die Materialbedarfs berücksichtigt und/oder der Materialbedarf in Abhängigkeit einer jeweiligen Linienfähigkeit auf den Produktionslinien ausgewählt wird.
Von dem ursprünglichen Bedarfszeitpunkt wird dabei die Dauer abgezogen, die für die Produktion benötigt wird. Beispielsweise sollen 800 Materialien vom Typ um 14:00 Uhr fertig sein. Für die Produktion dieses Materialbedarfs in einem zweiten Produktionsabschnitt werden 4 Stunden benötigt. Um 800 Materialien vom Typ B zu erhalten, müssen noch 700 Materialien vom Typ A an einem ersten Produktionsabschnitt produziert werden. Das heißt der Bedarfszeitpunkt für in dem ersten Produktionsabschnitt ist 10:00 Uhr. Durch die Berücksichtigung der Produktionsdauer in vorausgehenden Produktionsabschnitten wird das gesamte Produktionssystem weiter optimiert.
Die Linienfähigkeit ist eine Randbedingung und bezieht sich auf technische Einschränkungen der jeweiligen Produktionslinie. Der Materialbedarf, der auf einer Produktionslinie laufen kann, ist in Abhängigkeit der Linienfähigkeit nicht unbedingt der Materialbedarf mit der höchsten Priorität. Durch Berücksichtigung der Linienfähigkeit wird damit das gesamte Produktionssystem weiter optimiert. Nach einem Aspekt der Erfindung geht die Linienfähigkeit mit in die Simulation ein.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das Produktionssystem zwischen den Produktionsabschnitten Materialpuffer. Die Materialbedarfe werden in Abhängigkeit der Materialpuffer reduziert. Ein Produktionsabschnitt umfasst damit eine oder mehrere Produktionslinien und einen Materialpuffer. Die Materialpuffer umfassen die in den jeweils vorausgehenden Produktionslinien hergestellten Materialien. Die Größe der jeweiligen Materialpuffer sind in den Produktionsparametern enthalten. Lautet beispielsweise eine Bedarfsmenge für Materialtyp B 1000 Stück und umfasst ein Materialpuffer 200 Stück Materialien vom Materialtyp B, dann sind noch 800 Stück Materialien vom Materialtyp B zu produzieren. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung werden die Pufferbestände in die Simulation miteinbezogen. Damit wird das gesamte Produktionssystem weiter optimiert.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird aus den erhaltenen Materialbedarfen eine Datenstruktur erzeugt, die für jeden Produktionsabschnitt zumindest Materialtyp, Bedarfsmenge und Bedarfszeitpunkt umfasst. Die Datenstruktur umfasst eine Indexstruktur, mittels der Einträge der Datenstruktur untereinander referenziert werden. Anhand der Datenstruktur werden die Produktionslinien belegt, Arbeiter verteilt und/oder Lieferantenaufträge erzeugt. Durch die Datenstruktur werden die Materialbedarfe nach Produktionsabschnitten gruppiert abgebildet. Die Datenstruktur wird beispielsweise als Datenbank, beispielsweise als objektorientierte Datenbank, bereitgestellt. Damit wird ein verbesserter Zugriff auf die Daten umfassend zumindest Materialtyp, Bedarfsmenge und Bedarfszeitpunkt ermöglicht, weil die Daten als Objekte behandelt werden. Außerdem sind damit semantische Zusammenhänge zwischen den Objekten, beispielsweise mittels der Indexstruktur, bekannt. Dieses Wissen kann bei der Abfrage der Daten mittels einer Abfragesprache, beispielsweise object query language, verwendet werden. Die Datenstruktur ermöglicht ferner eine informative Übersicht über die Produktionsabläufe für den Steuerer. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die Datenstruktur aus Materialtyp, Bedarfsmenge und Bedarfszeitpunkt, Priorität und Gewichtung erzeugt.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung werden regelungs- und/oder steuerungsrelevante Ausgaben und/oder informative Ausgaben bereitgestellt. Die regelungs- und/oder steuerungsrelevante Ausgaben umfassen Produktionssequenzen, Arbeiterbelegung und/oder Lieferantenaufträge. Die informativen Ausgaben umfassen Materialbedarfsdeckung, Fertigstellungstermine, Auslastung, Engpässe, kritische Pfade und/oder zeitliche Entwicklung des Produktionssystems. Die Ausgaben werden beispielsweise über optische Anzeigevorrichtungen oder akustische Systeme ausgegeben und ermöglichen dem Steuerer einen anschaulichen Überblick über die Produktionsabläufe.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Produktionssequenz bereitgestellt. Die Produktionssequenz wird in der Simulation oder dem realen Produktionssystem bereitgestellt. Die Produktionssequenz ist beispielsweise eine initiale Produktionssequenz, gemäß der die Produktion zunächst anläuft. Nach einem Aspekt der Erfindung wird die Produktionssequenz als initiale Produktionssequenz in ein weiteres Optimierungsverfahren eingegeben, um das gesamte Produktionssystem weiter zu optimieren. Beispielsweise ist die initiale Produktionssequenz eine initiale Population, und entspricht damit einer Initialisierung, in einem evolutionären Algorithmus, der zur Optimierung verwendet wird. Sequenzierung oder Sequenzplanung, auch sequencing and scheduling genannt, umfasst in der Produktionsplanung die Bildung einer Fertigungsreihenfolge von Produktionsaufträgen.
Evolutionäre Algorithmen sind an der Funktionsweise von der Evolution natürlicher Lebewesen inspiriert und werden nach folgendem Verfahren prozessiert:

• Initialisierung: Die erste Generation von Lösungskandidaten wird erzeugt. Erfindungsgemäß ist die erste Generation die initiale Produktionssequenz. Die initiale Produktionssequenz wird durch das erfindungsgemäße Verfahren, das heißt den schnellen Optimierer, erzeugt.
• Evaluation: Jedem Lösungskandidaten der Generation wird entsprechend seiner Güte ein Wert einer Fitnessfunktion zugewiesen. Die Fitnessfunktion ist die Zielfunktion des evolutionären Algorithmus. Vorbild für die Fitnessfunktion ist die biologische Fitness, die den Grad der Anpassung eines Organismus an seine Umgebung angibt. Bei dem evolutionären Algorithmus beschreibt die Fitness einer Produktionssequenz, wie gut die Produktionssequenz das zugrunde liegende Optimierungsproblem löst.
• Durchlaufe die folgenden Schritte, bis ein Abbruchkriterium erfüllt ist:
- ◯ Selektion: Auswahl von Individuen für die Rekombination
- ◯ Rekombination: Kombination der ausgewählten Individuen
- ◯ Mutation: Zufällige Veränderung der Nachfahren
- ◯ Evaluation: Jedem Lösungskandidaten der Generation wird entsprechend seiner Güte ein Wert der Fitnessfunktion zugewiesen.
- ◯ Selektion: Bestimmung einer neuen Generation.

Typische Abbruchkriterien sind weiter unten genannt.
Ein evolutionärer Algorithmus hat den Vorteil, dass er eine Lösung anders darstellen kann, um sie besser zu verarbeiten und später wieder in ursprünglicher Form auszugeben, vergleichbar zu Genotyp-Phänotyp-Mapping oder künstliche Embryogenese. Dies bietet sich vor allem dann an, wenn die Darstellung einer möglichen Lösung deutlich vereinfacht werden kann und nicht in ihrer Komplexität im Speicher verarbeitet werden muss. Evolutionäre Algorithmen umfassen genetische Algorithmen. Genetische Algorithmen nutzen binäre Problemrepräsentation und benötigen deshalb meist ein Genotyp-Phänotyp-Mapping. Nach einem Aspekt der Erfindung wird der evolutionäre Algorithmus in Anlehnung an eine der folgenden Evolutionsstrategien ausgeführt:

• Adaptive Anpassung oder 1/5-Erfolgsregel: Die 1/5-Erfolgsregel besagt, dass der Quotient aus den erfolgreichen Mutationen der initialen Produktionssequenz, also Mutationen, die eine Verbesserung des Produktionsablaufs bewirken, zu allen Mutationen etwa ein Fünftel betragen sollte. Ist der Quotient größer, so sollte die Varianz der Mutationen erhöht werden, bei einem kleineren Quotienten sollte sie verringert werden.
• Selbstadaptivität: Jedes Individuum hat ein zusätzliches Gen für die Mutationsstärke selbst. Dies ist zwar nicht in der Biologie möglich, aber die Evolution im Rechner findet eine geeignete Varianz auf diese Weise ohne Einschränkung des Menschen. Im Rechner werden dabei Rekombination und Mutation entsprechend der Mutationsstärke entsprechend angepasst.

Beispielsweise besteht der Genotyp für die gründliche Optimierung aus der Datenstruktur, die der schnelle Optimierer verwendet. Als initiale Population wird die Lösung des schnellen Optimierers verwendet und anschließend durch Rekombination und Mutation die Reihenfolge der Materialbedarfe in der Datenstruktur verändert. Der Mutationsoperator verändert in diesem Fall die Reihenfolge eines zufällig ausgewählten Materialbedarfs eines zufällig ausgewählten Produktionsbereichs. Der Rekombinationsoperator nimmt zwei Chromosomen von Eltern und produziert zwei Chromosomen von Kindern. Dies wird beispielsweise durch eine Rekombination von Permutationen erreicht. Der Phänotyp wird aus dem Genotyp abgeleitet, indem der schnelle Optimierer auf der geänderten Datenstruktur ausgeführt wird.
Damit wird die adaptive Produktionsoptimierung weiter verbessert.
Das Optimierungsverfahren gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens liefert relativ zu dem weiteren Optimierungsverfahren schnell die ersten Ergebnisse. Das erfindungsgemäße Optimierungsverfahren stellt einen schnellen Optimierer dar. Das weitere Optimierungsverfahren stellt einen gründlichen Optimierer dar.
Eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Produktionsplanung und/oder-steuerungssystem umfasst eine Cloud-Infrastruktur. Die Cloud-Infrastruktur umfasst einen Cloud-basierten Speicher. Eine Simulation des Produktionssystems, der Produktionsplanung und/oder -steuerung erfolgt in der Cloud. Mittels der Erfindung wird damit in der Cloud ein digitaler Zwilling des gesamten Produktionssystems erhalten. Die Simulation und das reale Produktionssystem werden nach einem Aspekt der Erfindung in der Cloud gesteuert. Damit wird nach einem Aspekt der Erfindung das erfindungsgemäße Verfahren als software-as-a-service bereitgestellt. Die Ein - und Ausgaben werden über entsprechende Schnittstellen, beispielsweise Funkschnittstellen, zum Beispiel WLAN-Schnittstellen, bereitgestellt.
Nach einem weiteren Aspekt umfasst das System wenigstens eine Anzeigevorrichtung, die regelungs- und/oder steuerungsrelevante Ausgaben und/oder informative Ausgaben des Systems anzeigt. Damit wird eine Übersicht über die Produktionsabläufe für den Steuerer erleichtert.
Die Erfindung wird in den folgenden Ausführungsbeispielen verdeutlicht. Es zeigen:

1 ein Ausführungsbeispiel eines Produktionsmodells,
2 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäß erzeugten Datenstruktur,
3 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Datenstruktur aus 2,
4 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens und
5 ein schematisches Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Produktionsplanung und/oder-steuerungssystem für eine adaptive Produktionsoptimierung.

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsähnliche Bezugsteile. Übersichtshalber werden in den einzelnen Figuren nur die jeweils relevanten Bezugsteile hervorgehoben.
1 zeigt ein Produktionsmodell eines vereinfachten Produktionssystems. Das Produktionsmodell umfasst einen ersten Produktionsabschnitt PA1 und einen zweiten Produktionsabschnitt PA2. Der erste Produktionsabschnitt PA1 und der zweite Produktionsabschnitt PA2 umfassen jeweils drei Produktionslinien Linie 1, Linie 2 und Linie 3. Ferner umfasst der erste Produktionsabschnitt einen ersten Materialpuffer Puffer 1 und der zweite Produktionsabschnitt einen zweiten Materialpuffer Puffer 2.
Der erste Materialpuffer Puffer 1 umfasst die in den Linien 1, 2, 3 des ersten Produktionsabschnittes PA1 hergestellten Materialien. Der zweite Materialpuffer Puffer 2 umfasst die in den Linien 1, 2, 3 des zweiten Produktionsabschnittes PA2 hergestellten Materialien. Beispielsweise umfasst der erste Materialpuffer Puffer 1 100 Materialien vom Typ A. Der zweite Materialpuffer Puffer 2 umfasst 200 Materialien vom Typ B und 100 Materialien vom Typ C. Diese Größen sind in den Produktionsparametern der eingegebenen Daten enthalten.
Beispielsweise wird je genau 1 Stück Material vom Typ A benötigt, um entweder 1 Stück Material vom Typ B oder je 1 Stück Material vom Typ C zu produzieren. Die Materialbedarfe umfassen beispielsweise Materialtyp, Menge oder Bedarfsmenge und Bedarfszeitpunkt. Das erfindungsgemäße Verfahren und das erfindungsgemäße System sind aber auf komplexere Produktionsmodelle mit beliebigen Abhängigkeiten und Materialbedarfen anwendbar und optimieren auch derartige komplexe Produktionsmodelle oder ganze Produktionssysteme.
Der Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens startet mit der Initialisierung. Diese sieht folgendermaßen aus: Aus den Materialbedarfen, die beispielsweise Materialtyp, Menge oder Bedarfsmenge, Bedarfszeitpunkt, Priorität und Gewichtung umfassen, wird eine Datenstruktur erzeugt. Durch die Datenstruktur sind die Materialbedarfs nach ihrem Einfluss auf die Gesamtkostenfunktion geordnet. Dabei sind die Materialbedarfe mit dem höchsten Einfluss, das heißt der höchsten Priorität in einer Reihenfolge zuerst geordnet. Ferner sind durch die Datenstruktur die Materialbedarfs nach Produktionsabschnitten gruppiert. Wird die Gesamtkostenfunktion beispielsweise hinsichtlich Verspätungsminuten optimiert, ist beispielsweise der least-slack-time-scheduling Algorithmus vorteilhaft zur Ordnung der Materialbedarfs. Die Materialbedarfe werden beispielsweise nach der Ordnung anhand der bestehenden initialen Pufferbestände reduziert. Dies ist in 2 gezeigt.
In dem zweiten Produktionsabschnitt PA2 haben die Materialien vom Typ B den frühesten Bedarfszeitpunkt 14:00 Uhr und werden damit an erste Stelle, das heißt in die erste Zeile, geordnet. Da in dem zweiten Materialpuffer Puffer 2 200 Materialien vom Typ B enthalten sind, müssen von der Bedarfsmenge 1000 lediglich 800 Materialien vom Typ B produziert werden. Da in dem zweiten Materialpuffer Puffer 2 100 Materialien vom Typ C enthalten sind, müssen von der Bedarfsmenge 500 lediglich 400 Materialien vom Typ B produziert werden. Die Materialien vom Typ C haben den Bedarfszeitpunkt 18:00 Uhr und werden damit nach den Materialien vom Typ B geordnet. In diesem Beispiel gibt es keinen initialen Materialbedarf für den ersten Produktionsabschnitt PA1. Damit ist die Datenstruktur für den ersten Produktionsabschnitt PA1 initial leer.
Nach der Initialisierung werden die Materialbedarfe rückwärts durch die Produktionsabschnitte propagiert. Dabei werden die Materialbedarfe auf die Materialien projiziert, die für die Herstellung auf dem folgenden Produktionsabschnitt benötigt werden. Beispielsweise wird für die Herstellung von Materialien von Materialtypen B und C in dem zweiten Produktionsabschnitt PA2 jeweils Material vom Materialtyp A aus dem ersten Produktionsabschnitt PA1 benötigt. Zusätzlich zum Materialtyp wird sowohl Bedarfsmenge als auch Bedarfszeitpunkt angepasst. Die Bedarfsmenge wird anhand der initialen Pufferbestände reduziert. Von dem ursprünglichen Bedarfszeitpunkt wird die Dauer abgezogen, die für die Produktion benötigt wird. Dies ist in 3 veranschaulicht.
Für den ersten Materialbedarf von 800 Materialien vom Materialtyp B zum Bedarfszeitpunkt 14:00 Uhr sind bereits 100 Materialien vom Materialtyp A in dem ersten Materialpuffer Puffer 1. Damit müssen nur 700 Materialien vom Materialtyp A produziert werden. Beispielsweise werden vier Stunden zur Produktion des ersten Materialbedarfs in dem zweiten Produktionsabschnitt PA2 benötigt. Damit ist der Bedarfszeitpunkt in dem ersten Produktionsabschnitt PA1 10:00 Uhr. Eine analoge Betrachtung gilt für den zweiten Materialbedarf von 400 Materialien vom Typ C zum Bedarfszeitpunkt 18:00 Uhr. Für den zweiten Materialbedarf ist der Bedarfszeitpunkt in dem ersten Produktionsabschnitt PA1 damit 15:00 Uhr.
Basierend auf der Bedarfsdatenstruktur belegt der erfindungsgemäße Algorithmus Linien, verteilt Arbeiter und erzeugt Lieferantenaufträge. Dazu werden die folgenden Anweisungen ausgeführt:

Das virtuelle Produktionssystem oder die virtuelle Fabrik wird vom Startzeitpunkt an simuliert. Wann immer eine Produktionslinie leer läuft, das heißt keinen Auftrag mehr hat, wird anhand der obigen Datenstruktur der nächste Bedarf mit der höchsten Priorität ausgewählt, der auf der Linie laufen kann. Durch Nebenbedingungen wie Linienfähigkeit muss das nicht unbedingt der erste Bedarf in der Datenstruktur sein.

Der so ausgewählte Bedarf wird ausgeführt, wenn genug Eingabematerialien zur Verfügung stehen, um den Bedarf komplett zu erfüllen. In diesem Fall werden die Eingabematerialien für diesen Bedarf reserviert. Falls nicht genug gelieferte Eingabematerialien zur Verfügung stehen, wird überprüft, ob es zum aktuellen Zeitpunkt möglich ist, diese zu liefern. Randbedingungen können Lieferantenkapazitäten enthalten. Im positiven Fall wird eine entsprechende Lieferung in Auftrag gegeben und das gelieferte Material reserviert. Im negativen Fall wird der nächste Bedarf laut der Datenstruktur ausgewählt. Kann ein Eingabematerial sowohl produziert als auch geliefert werden, werden die Lieferung und Pufferbestände zu Beginn wie oben beschrieben reduziert, mit dem Unterschied, dass im Gegensatz zu initialen Pufferbeständen der Lieferzeitpunkt berücksichtigt werden muss.
Durch die Reservierung der Eingabematerialien wird sichergestellt, dass die so bestimmten Produktionssequenzen umsetzbar sind, das heißt dass so erstellte Aufträge auf jeden Fall ausgeführt werden können.
4 zeigt das erfindungsgemäße Verfahren. In einem Verfahrensschritt V1 werden Daten erhalten umfassend Materialbedarfe der Produktionsabschnitte PA1 und PA2. In einem Verfahrensschritt V1a wird aus den erhaltenen Materialbedarfen eine Datenstruktur erzeugt. In einem Verfahrensschritt V2 werden die Materialbedarfe in den Produktionsabschnitten PA1 und PA2 nach einer Einwirkung auf eine Optimierung einer Kostenfunktion des Produktionssystems geordnet. In einem Verfahrensschritt V3 wird einer der Materialbedarfe ordnungsgemäßes ausgewählt. In einem Verfahrensschritt V4 wird der ausgewählte Materialbedarf auf Materialien in vorausgehenden Produktions-abschnitten projiziert, die für die Produktion in dem Produktionsabschnitt des ausgewählten Materialbedarfs benötigt werden. In einem Verfahrensschritt V5 werden zumindest einer Bedarfsmenge und/oder eines Bedarfszeitpunktes der jeweiligen Materialien angepasst. In einem Verfahrensschritt V6 werden die Produktionslinien Linie 1, 2, 3 in Abhängigkeit zumindest der angepassten Bedarfsmenge und/oder des Bedarfszeitpunktes geregelt und/oder gesteuert.
In einem Verfahrensschritt V7 wird eine erste Überprüfung durchgeführt, ob die angepasste Bedarfsmenge der jeweiligen Materialien für den ausgewählten Materialbedarf ausreichend ist, wobei bei positiver erster Überprüfung die jeweiligen Materialien für das Produktionssystem reserviert werden in einem Verfahrensschritt V7a, und/oder der ausgewählte Materialbedarf ausgeführt wird. In einem Verfahrensschritt V7b wird und ein weiterer Materialbedarf ordnungsgemäß ausgewählt wird.
Bei negativer erster Überprüfung wird In einem Verfahrensschritt V8 eine zweite Überprüfung durchgeführt, in der überprüft wird, ob für den Materialbedarf fehlende Materialien unter Einhaltung des Bedarfszeitpunktes geliefert werden können, wobei in einem Verfahrensschritt V8a bei positiver zweiter Überprüfung eine Lieferung in Auftrag gegeben wird in einem Verfahrensschritt V8b die gelieferten Materialien reserviert werden. Bei negativer zweiter Überprüfung wird in einem Verfahrensschritt V8c ein weiterer Materialbedarf ordnungsgemäß reserviert wird.
In einem Verfahrensschritt V9 werden die regelungs- und/oder steuerungsrelevante Ausgaben und/oder informative Ausgaben bereitgestellt. In einem Verfahrensschritt V10 wird eine Produktionssequenz bereitgestellt.
5 zeigt einen Überblick über das erfindungsgemäße Produktionsplanung und/oder-steuerungssystem APO, mit dem durch Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine adaptive Produktionsoptimierung erreicht wird. Dem erfindungsgemäßen schnellen Optimierungsverfahren ist ein gründlicheres Optimierungsverfahren nachgelagert. Das gründlichere Optimierungsverfahren umfasst beispielsweise eine evolutionäre Optimierung.
Beispielsweise ist die Produktionssequenz aus dem schnellen Optimierer, und beispielsweise Mutationen davon, Eingaben für den gründlicheren Optimierer. Sowohl die Produktionssequenz als auch die Bedarfsdatenstruktur aus dem schnellen Optimierungsverfahren sind nach einem Aspekt der Erfindung die Basis für den gründlichen Optimierer. Im Fall der Produktionssequenz wird die Produktion anhand des Modells simuliert, im Fall der Bedarfsdatenstruktur wird der obige Algorithmus ausgeführt.
Die Fixierung stellt sicher, dass die Ausgabe des zweiten Subverfahrens auch umsetzbar ist. Durch die Fixierung kann in dem zweiten Subverfahren ein durch die Fixierung bestimmter Teil der Produktionssequenz nicht mehr geändert werden. Nach einem Aspekt der Erfindung werden alle Eingabeparameter für einen bestimmten Zeitraum zeitlich fixiert. Die Fixierung wird beispielsweise durch einen Präfix in der aus dem ersten Subverfahren erhaltenen Produktionssequenz, Arbeitersituation und/oder in den Lieferungen realisiert. Bedingt durch die Fixierung kann das zweite Subverfahren maximal so viel Zeit benötigen, wie durch die Fixierung abgedeckt ist. Als Fixierungszeit wird beispielsweise die Zeit bis auf das Ende der laufenden Schicht genommen. Der schnelle Optimierer optimiert über alle Produktionszeiträume der Produktion. Der von dem schnellen Optimierer optimierte erste Produktionszeitraum wird dann in der realen Fabrik ausgeführt und kann nicht mehr geändert werden. Daher optimiert der langsamere, aber gründlichere Optimierer weitere Produktionszeiträume außerhalb des fixierten Zeitraums.
Dieser Zeitraum muss aber nicht voll ausgenutzt werden. Es gibt verschiedene andere Abbruchkriterien, zum Beispiel wenn die gründliche Optimierung innerhalb eines Zeitraums keinen, oder nur minimalen Fortschritt bezüglich der Optimierungsfunktion macht. In diesem Fall kann der aktuelle Optimierungslauf beendet und ein neuer gründlicher Optimierungslauf gestartet werden.
Für den Fall, dass der gründliche Optimierer eine signifikant bessere Lösung findet, wird diese früher ausgegeben und direkt übernommen. Alternativ kann der Steuerer proaktiv neue Lösungen vom gründlichen Optimierer anfordern.
Am Ende der Fixierungszeit wird in jedem Fall das Ergebnis des gründlichen Optimierers übernommen, wenn er nicht schon durch ein anderes Abbruchkriterium vorher beendet wurde, und vorausgesetzt, das Ergebnis ist besser als die derzeit laufende Belegung, wovon man im Allgemeinen ausgehen kann.
Wenn die Verbesserung bezogen auf die Gesamtkostenfunktion zu klein war, und nicht ohnehin mittlerweile ein Ereignis oder eine Änderung der Rahmenbedingungen eingetreten ist, kann der gründliche Optimierer auch ein weiteres Mal angestoßen werden mit einer jetzt um eine weitere Zeitscheibe nach hinten verschobenen Suche. Gleichzeitig würde dann gegebenenfalls der Zeithorizont nach hinten erweitert werden.
Bezugszeichenliste

V1-V10: Verfahrensschritte
PA1: Produktionsabschnitt 1
PA2: Produktionsabschnitt 2
Linie 1,2,3: Produktionslinien
Puffer 1: Materialpuffer
Puffer 2: Materialpuffer
A,B,C: Materialtypen
APO: Produktionsplanung und/oder-steuerungssystem

Claims

Computerimplementiertes Verfahren für eine Produktionsplanung und/oder Produktionssteuerung eines Produktionssystems umfassend mehrere Produktionsabschnitte (PA1, PA2) und Produktionslinien (Linie 1, Linie 2, Linie 3), das Verfahren umfassend die Schritte • Erhalten von Daten umfassend Materialbedarfe der Produktionsabschnitte (PA1, PA2) (V1), • Ordnen der Materialbedarfe in den Produktionsabschnitten (PA1, PA2) nach einer Einwirkung auf eine Optimierung einer Kostenfunktion des Produktionssystems (V2), • ordnungsgemäßes Auswählen eines der Materialbedarfe (V3), Projizieren des ausgewählten Materialbedarfs auf Materialien in vorausgehenden Produktionsabschnitten (PA1, PA2), die für die Produktion in dem Produktionsabschnitt (PA1, PA2) des ausgewählten Materialbedarfs benötigt werden (V4), und Anpassen von zumindest einer Bedarfsmenge und/oder eines Bedarfszeitpunktes der jeweiligen Materialien (V5), und • Regeln und/oder Steuern der Produktionslinien (Linie 1, Linie 2, Linie 3) in Abhängigkeit zumindest der angepassten Bedarfsmenge und/oder des Bedarfszeitpunktes (V6) und erstes Überprüfen, ob die angepasste Bedarfsmenge der jeweiligen Materialien für den ausgewählten Materialbedarf ausreichend ist (V7), wobei bei positiver erster Überprüfung die jeweiligen Materialien für das Produktionssystem reserviert werden, und/oder der ausgewählte Materialbedarf ausgeführt wird (V7a), und ein weiterer Materialbedarf ordnungsgemäß ausgewählt wird (V7b).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Produktionssystem, die Produktionsplanung und/oder Produktionssteuerung simuliert werden und in der Simulation • die Produktionslinien (Linie 1, Linie 2, Linie 3) in Abhängigkeit zumindest der angepassten Bedarfsmenge und/oder des Bedarfszeitpunktes geregelt und/oder gesteuert werden, • die Materialbedarfe ordnungsgemäß ausgewählt werden und • in einer ersten Überprüfung überprüft wird, ob die angepasste Bedarfsmenge der jeweiligen Materialien für den jeweils ausgewählten Materialbedarf ausreichend ist, wobei bei positiver erster Überprüfung die jeweiligen Materialien für das Produktionssystem reserviert werden, und/oder der ausgewählte Materialbedarf ausgeführt wird, und ein weiterer Materialbedarf ordnungsgemäß ausgewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Daten Produktionsparameter, Optimalitätskriterien und/oder Randbedingungen umfassen, wobei die Produktionsparameter Arbeitersituation, Maschinenfähigkeiten, Materialverfügbarkeiten, Materialpuffer und/oder Lieferantenkapazitäten umfassen, die Optimalitätskriterien maximale Auslastung der Maschinen und/oder Arbeiter, Minimierung von Verspätungen, geringste Lagerbestände und/oder Minimierung von Materialflüssen umfassen und die Randbedingungen Prioritäten von Materialbedarfen, maximale Lager- und/oder Materialpuffergrößen, Transportbedingungen, Planungshorizont und/oder Lieferantenkapazitäten umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Schichtbetrieb von Arbeitern simuliert wird und in der Simulation die Produktionslinien (Linie 1, Linie 2, Linie 3) mit Arbeitern belegt werden und eine Änderung der Belegung der Produktionslinien (Linie 1, Linie 2, Linie 3) mit Arbeitern zumindest in Abhängigkeit von den Materialbedarfen und/oder Materialbeständen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei bei negativer erster Überprüfung eine zweite Überprüfung durchgeführt wird (V8), in der überprüft wird, ob für den Materialbedarf fehlende Materialien unter Einhaltung des Bedarfszeitpunktes geliefert werden können, wobei bei positiver zweiter Überprüfung eine Lieferung in Auftrag gegeben wird (V8a) und die gelieferten Materialien reserviert werden (V8b) und bei negativer zweiter Überprüfung ein weiterer Materialbedarf ordnungsgemäß reserviert wird (V8c).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Materialbedarfe in den Produktionsabschnitten (PA1, PA2) derart geordnet werden, dass Schlupfzeiten des Produktionssystems optimiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Materialbedarfs in den Produktionsabschnitten (PA1, PA2) derart geordnet werden, dass bei einer Optimierung eines Ablaufplans des Produktionssystems eine Erfüllung der Materialbedarfs mit einer Maximierung einer Produktionsauslastung kombiniert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei bei der Anpassung des Bedarfszeitpunktes die Produktionsdauer für die Materialbedarfs berücksichtigt wird und/oder der Materialbedarf in Abhängigkeit einer jeweiligen Linienfähigkeit auf den Produktionslinien (Linie 1, Linie 2, Linie 3) ausgewählt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Produktionssystem zwischen den Produktionsabschnitten (PA1, PA2) Materialpuffer (Puffer 1, Puffer 2) umfasst und die Materialbedarfs in Abhängigkeit der Materialpuffer (Puffer 1, Puffer2) reduziert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei aus den erhaltenen Materialbedarfen eine Datenstruktur erzeugt wird (V1a), die für jeden Produktionsabschnitt (PA1, PA2) zumindest Materialtyp, Bedarfsmenge und Bedarfszeitpunkt umfasst, und die Datenstruktur eine Indexstruktur umfasst, mittels der Einträge der Datenstruktur untereinander referenziert werden, wobei anhand der Datenstruktur die Produktionslinien (Linie 1, Linie 2, Linie 3) belegt, Arbeiter verteilt und/oder Lieferantenaufträge erzeugt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei regelungs- und/oder steuerungsrelevante Ausgaben und/oder informative Ausgaben bereitgestellt werden (V9), wobei die regelungs- und/oder steuerungsrelevante Ausgaben Produktionssequenzen, Arbeiterbelegung und/oder Lieferantenaufträge umfassen und die informativen Ausgaben Materialbedarfsdeckung, Fertigstellungstermine, Auslastung, Engpässe, kritische Pfade und/oder zeitliche Entwicklung des Produktionssystems umfassen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei eine Produktionssequenz bereitgestellt wird (V10).
Produktionsplanung und/oder-steuerungssystem (APO) umfassend eine Verarbeitungseinheit, die ausgeführt ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen.
System (APO) nach Anspruch 13 umfassend eine Cloud-Infrastruktur, die Cloud-Infrastruktur umfassend einen Cloud-basierten Speicher, wobei eine Simulation des Produktionssystems, der Produktionsplanung und/oder -steuerung in der Cloud erfolgt.
System nach Anspruch 13 oder 14, umfassend wenigstens eine Anzeigevorrichtung, die regelungs- und/oder steuerungsrelevante Ausgaben und/oder informative Ausgaben des Systems anzeigt.