Beschreibung description
Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen von optimalen Losgrößen Method and apparatus for determining optimal lot sizes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen von optimalen Losgrößen für das Bestücken von Leiterplatten mit Bauelementen innerhalb einer Bestückungslinie. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung für eineThe invention relates to a method and a device for determining optimum lot sizes for the assembly of printed circuit boards with components within a placement line. Furthermore, the invention relates to a device for a
Bestückungssystem bzw. eine Fertigungs- oder Montagelinie zur Bestückung von Leiterplatten (Baugruppen) mit Bauelementen bzw. Bauteilen. Außerdem betrifft die Erfindung ein Computerprogrammprodukt und ein computerlesbares Medium. Assembly system or a production or assembly line for the assembly of printed circuit boards (assemblies) with components or components. Moreover, the invention relates to a computer program product and a computer readable medium.
Insbesondere im Bereich der Elektronikproduktion werden zu fertigende Leiterplatten bzw. Baugruppen auf SMT-Bestückungs- linien durch Oberflächenmontage (surface mounted technology, SMT) hergestellt. Ein Hersteller von SMT-Bestückautomaten (pick and place) und -Systeme mit dem Produktnamen SIPLACE ist beispielsweise die Firma ASM Particularly in the field of electronics production, printed circuit boards or subassemblies to be manufactured are produced on SMT assembly lines by surface mounting technology (SMT). A manufacturer of SMT placement machines (pick and place) and systems with the product name SIPLACE is, for example, ASM
(http : //www . siplace . com/en/Home) . (http://www.siplace.com/en/Home).
Mehrere Bestückautomaten, die üblicherweise durch ein Trans- portsystem verbunden sind, und die z.B. zum Fertigen vonSeveral placement machines, which are usually connected by a transport system, and the e.g. for manufacturing
(Elektronik- ) bauteilen zusammenwirken, stellen eine Bestückungslinie dar. (Electronic) components interact, represent an assembly line.
Eine Rüstung kann auf einem oder mehreren Rüsttischen gehal- ten werden, die leicht am Bestückungsautomaten ausgewechselt werden können. Ein Aufrüsten eines Rüsttischs mit Bauelementen von vorbestimmten Bauelementetypen ist jedoch aufwändig. Die Rüstungen werden daher oft in Festrüstungen und Variantenrüstungen unterschieden, wobei ein Festrüstungstisch dazu vorgesehen ist, seine Zusammensetzung von Bauelementetypen über einen vorbestimmten Planungszeitraum zu behalten, während ein Variantenrüsttisch voraussichtlich innerhalb des Planungszeitraums umgerüstet wird.
In den industriellen Fertigungswerken im Bereich der Elektronikproduktion werden zu fertigende Baugruppen (bzw. Leiterplatten) in Aufträgen mit fest vorgegebenen Losgrößen produ- ziert. An armor can be held on one or more armor tables, which can easily be exchanged on the placement machine. However, upgrading a set-up table with components of predetermined types of components is expensive. The armor is therefore often distinguished in hardwares and variant armors, with a hardtable table intended to retain its composition of component types over a predetermined planning period, while a variant armor table is expected to be converted within the planning period. In industrial production plants in the field of electronics production, assemblies (or printed circuit boards) to be manufactured are produced in orders with predefined batch sizes.
Durch die Losgrößen wird implizit festgelegt, wie häufig eine Baugruppe zu produzieren ist. Je kleiner die Losgröße einer Baugruppe ist, umso häufiger muss diese Baugruppe produziert werden und umso größer sind die Rüstkosten. The lot sizes implicitly determine how often an assembly is to be produced. The smaller the lot size of an assembly, the more frequently this assembly must be produced and the higher the setup costs.
Unterstellt man einen stetigen Bedarf für eine Baugruppe, so benötigt man allerdings bei zunehmenden Losgrößen auch einen immer größer werdenden Puffer nach der SMT-Linie und damit steigen die Lagerkosten. Assuming a steady demand for an assembly, but with increasing batch sizes also requires an ever-increasing buffer to the SMT line and thus increase the storage costs.
Im Rahmen des Lean Manufacturing wird mit dem Ziel der Be- standsminimierung sogar eine theoretische Losgröße von 1 angestrebt, die allerdings in der Praxis zu immensen Rüstkosten führen würde. Within the framework of Lean Manufacturing, the goal of minimizing inventories is even aimed at a theoretical lot size of 1, which would, however, lead to immense set-up costs in practice.
Die Erstellung einer Bauelement-Rüstung für eine Bestücklinie benötigt ca. 6-8 Stunden und verursacht somit einen enormen Aufwand. Die Produktion der Baugruppen erfolgt somit in Rüstfamilien. Eine Rüstfamilie ist dabei eine Menge von Bau¬ gruppen, die mit einer Bauelement-Rüstung der Bestücklinie produzierbar sind. The creation of a component armor for a placement line takes about 6-8 hours and thus causes a huge effort. The production of the modules thus takes place in set-up families. A set-up family is a set of construction ¬ groups that can be produced with a component armor of the placement line.
Mit anderen Worten ausgedrückt umfasst eine Rüstfamilie, auch Cluster genannt, eine Menge von Losen, die innerhalb einerIn other words, a set-up family, also called cluster, comprises a lot of lots that are within one
Rüstung gefertigt werden kann. Alle Baugruppen einer Rüstfamilie können also nacheinander ohne Umrüsten auf der Linie gefertigt werden. Statische Rüstfamilien sind Rüstfamilien, die auf mittelfris¬ tige Sicht (6-12 Monate) gebildet werden. Die in diesem Zeit¬ raum geplanten Baugruppen werden in Rüstfamilien aufgeteilt und vorgedachte Rüstungen dafür gebildet. Wird in einem kurz-
fristigen Planungszeitraum, der z.B. ein Zeitintervall von einem Tag betragen kann, eine statische Rüstfamilie gerüstet, so werden gewöhnlich nicht alle Baugruppen dieser Rüstfamilie gefertigt, sondern nur diejenigen, für die aktuell Aufträge vorhanden sind. Die Verwendung statischer Rüstfamilien ist in vielen Elektronikwerken gängige Praxis. Das Eintreffen von Aufträgen ist eher zufällig und kann gewöhnlich nicht geplant werden. Selbst wenn zwei Baugruppen immer jede Woche einmal gefertigt werden müssen, kann in der Regel nicht geplant wer- den, dass dies zum gleichen Wochentag erfolgt und die Rüstung der Rüstfamilie vielleicht damit einmal weniger gerüstet wer¬ den müsste. Armor can be made. All modules of a setup family can therefore be manufactured one after the other without retooling on the line. Static setup groups are setup groups based on medium-term view ¬ (6-12 months) are formed. Foreseen in this time ¬ space modules are divided into setup families and formed preconceived armor for it. Is used in a short In the long-term planning period, which can be, for example, a time interval of one day, equipped with a static set-up family, not all assemblies of this set-up family are usually produced, but only those for which orders are currently available. The use of static setup families is common practice in many electronics plants. The arrival of orders is rather random and usually can not be planned. Even if two assemblies always once a week must be manufactured, can not be scheduled in the rule that this is done on the same day of the week and the armor of setup group may thus even less equipped to ¬ would.
Aus DE 102015200420.1 ist ein Verfahren zum Bestücken von Leiterplatten bekannt, das folgende Schritte umfasst: From DE 102015200420.1 a method for assembling printed circuit boards is known, comprising the following steps:
des Erfassens von Aufträgen, jeweils zur Bestückung von Leiterplatten eines Leiterplattentyps auf der Bestü¬ ckungslinie, und zugeordneten Wahrscheinlichkeiten, mit denen ein Auftrag jeweils auszuführen ist, the acquisition of orders, each for the assembly of printed circuit boards of a printed circuit board type on the Bestü ¬ ckungslinie, and assigned probabilities, with which an order is to be executed in each case,
- des Zuordnens von Leiterplattentypen der Aufträge zu - Assigning PCB types to the jobs
Rüstfamilien, setup groups,
des Bestimmens, für jede Rüstfamilie, einer Kennzahl, die die Summe der Wahrscheinlichkeiten derjenigen Aufträge umfasst, deren Leiterplattentypen von der Rüstfamilie um- fasst sind, des Optimierens der Zuordnung derart, determining, for each setup family, a measure comprising the sum of the probabilities of those jobs whose board types are encompassed by the setup family, optimizing the mapping such,
dass die Kennzahlen unterschiedlicher Rüstfamilien möglichst unterschiedlich sind, des Bereitstellens einer Rüstung einer der bestimmten Rüstfamilien an der Bestückungslinie und des Bestückens von Leiterplatten auf der Bestückungslinie. that the key figures of different set-up families are as different as possible, the provision of armor of one of the specific set-up families at the assembly line and the placement of printed circuit boards on the assembly line.
Die Aufträge können einen praktisch beliebigen Zeitraum in der Zukunft betreffen. Dabei ist üblicherweise nicht - oder nicht genau - bekannt, wann ein Auftrag tatsächlich vorliegt, also wann der Auftrag auszuführen ist. Der Betrieb der Bestü¬ ckungslinie folgt üblicherweise einem vorbestimmten Turnus, wobei jeweils für einen kommenden Zeitraum bekannt ist, wel¬ che Aufträge zu bearbeiten sind. Die Wahrscheinlichkeit des
Auftrags gibt an, wie wahrscheinlich ein Auftrag in einem beliebigen Zeitraum ausgeführt werden muss. The orders can relate to virtually any period in the future. It is usually not - or not exactly - known when an order actually exists, so when the job is to be executed. The operation of the assembly plants ¬ ckungslinie usually follows a predetermined cycle, and it is known in each case for a coming period, wel ¬ che orders are to be processed. The probability of Order indicates how likely an order should be to run in any period.
Durch das Verfahren kann beim Bilden der Rüstfamilien bzw. Rüstungen von der Kenntnis Gebrauch gemacht werden, dass bestimmte Leiterplattentypen regelmäßig wieder bestückt werden sollen . By using the method, it is possible, when forming the setup families or armaments, to make use of the knowledge that certain types of printed circuit board are to be regularly re-equipped.
Auf Grund dieser komplexen Zusammenhänge stellt die Festle- gung von optimalen Losgrößen in der Praxis ein sehr bedeutendes Problem dar. Due to these complex interrelations, the definition of optimal lot sizes in practice represents a very significant problem.
Nach Wikipedia After Wikipedia
(https://de.wikipedia.org/wiki/Klassische_Losformel) wird im deutschen Sprachraum die klassische Losformel oder Andler- Formel (engl. Economic Order Quantity, EOQ-Formel) bekannte Methode zur Ermittlung der optimalen Losgröße im Rahmen von einstufiger, unkapazitierter industrieller Fertigung verwendet . (https://de.wikipedia.org/wiki/Klassische_Losformel) is known in German-speaking countries, the classical Losformel or Andler formula (English Economic Order Quantity, EOQ formula) known method for determining the optimal lot size in the context of one-step, unaccepted used industrial manufacturing.
Im angelsächsischen Raum dominiert hingegen der Begriff In the Anglo-Saxon area, however, the term dominates
Economic order quantity (EOQ-Formel) , wobei die Problemstel¬ lung hinsichtlich optimaler Bestellmenge untersucht wird. Es gibt Gemeinsamkeiten zwischen Bestell- und Fertigungsmenge. Auch die Ermittlung optimaler Bestellmengen gehört zu denEconomic order quantity (EOQ formula), wherein the problem Stel ¬ ment is examined in terms of optimal order quantity. There are similarities between order and production quantity. The determination of optimal order quantities is one of the
Aufgaben der Beschaffungslogistik, wobei sich die Gesamtkosten ebenfalls aus in Abhängigkeit von der Menge linearen La¬ gerkosten und letztendlich auch aus den Rüstkosten bei Losfertigung zusammensetzen. Tasks of procurement logistics, whereby the total costs are also composed of depending on the amount of linear La ¬ gerkosten and ultimately also of the set-up costs in batch production.
Auf dem Gebiet der Elektronikfertigung hat sich die Losgrößenermittlung nach der Los- bzw. EOQ-Formel in der Praxis nicht bewährt, da in dieser Formel in keinster Weise berück¬ sichtigt wird, dass die Baugruppen in Rüstfamilien gefertigt werden. In the field of electronics manufacturing lot size determination has not proved by the batch or EOQ formula in practice, since it is not in any way take into ¬ into account in this formula, that the assemblies are manufactured in setup groups.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Losgrößen zu optimieren .
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche . It is an object of the present invention to optimize the lot sizes. This object is solved by the independent claims. Advantageous developments are the subject of the dependent claims.
Die Erfindung beansprucht ein Verfahren zum Bestimmen von optimalen Losgrößen für das Bestücken von Leiterplatten mit Bauelementen innerhalb einer Bestückungslinie, The invention claims a method for determining optimal batch sizes for the assembly of printed circuit boards with components within a placement line,
wobei eine Menge von auf der Bestückungslinie zu ferti- genden Leiterplattentypen innerhalb eines vorgegebenen wherein an amount of printed circuit board types to be manufactured on the placement line within a predetermined
Planungszeitraums vorgegeben ist, Planning period is given,
wobei pro Leiterplattentyp eine zu fertigende Anzahl an Leiterplatten vorgegeben ist, wherein a number of printed circuit boards to be produced per circuit board type is specified,
wobei die Anzahl an Leiterplatten pro Leiterplattentyp eine Menge bildet, die in gleichgroße Untermengen, auch where the number of printed circuit boards per board type forms an amount equal in subsets, too
Lose genannt, aufgeteilt werden soll, die über den Pla¬ nungszeitraum als Fertigungsaufträge zeitlich gleichmäßig verteilt gefertigt werden, Loosely called, is to be divided, which are manufactured on the Pla ¬ planning period distributed as production orders in time evenly,
wobei die Losgröße eines Leiterplattentyps die Anzahl an Leitplatten in einer Untermenge repräsentiert, wherein the lot size of a board type represents the number of boards in a subset,
wobei die vorgegebenen Leiterplattentypen in eine Menge von Rüstfamilien aufgeteilt sind, wherein the predetermined types of printed circuit boards are divided into a set of set-up families,
wobei eine Rüstfamilie mit zugehörigen Rüstung eine Menge von Leiterplattentypen umfasst, die mit der zugehörigen Rüstung gefertigt werden kann, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: wherein a setup family with associated armor comprises a set of circuit board types that can be fabricated with the associated armor, the method comprising the steps of:
Erfassen von Rüstkosten, die für ein Rüsten der zugehörigen Rüstung einer Rüstfamilie aufgewendet werden, Acquisition of setup costs spent on setting up the associated armor of a setup family,
Ermitteln der zeitlichen Abstände zwischen den Ferti- gungsaufträgen pro Leiterplattentyp in Abhängigkeit von der Losgröße, Determining the time intervals between the production orders per PCB type depending on the batch size,
Ermitteln der Rüstkosten pro Rüstfamilie über den Planungszeitraum in Abhängigkeit von den Losgrößen der Leiterplattentypen und unter Berücksichtigung der erfassten Rüstkosten, Determining the set-up costs per set-up family over the planning period depending on the batch sizes of the PCB types and taking into account the set-up costs,
Ermitteln der Gesamtrüstkosten aus der Summe der Rüstkosten pro Rüstfamilie,
Ermitteln der Gesamtlagerkosten der in einem Zeitintervall innerhalb des Planungszeitraums gefertigten Leiter¬ platten aus der Summe der Lagerkosten pro Leiterplattentyp in Abhängigkeit von den Losgrößen, und Determine the total costs of the rescue from the sum of the setup costs per setup family, Determining the total storage costs of the manufactured in a time interval within the planning period Leiter ¬ plates from the sum of storage costs per board type depending on the lot sizes, and
- Optimieren der Losgrößen derart, dass die Summe aus Ge¬ samtrüstkosten und Gesamtlagerkosten minimiert wird. - Optimize the lot sizes such that the sum of Ge ¬ samtrüstkosten and total storage costs is minimized.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist, dass mit den optimierten Losgrößen ein optimaler Ausgleich zwischen den Auf- wänden für das Rüsten sowie Lagerplatz bzw. Lageraufwände geschaffen wird. An essential advantage of the invention is that with the optimized lot sizes an optimal balance between the costs for the setup and storage space or storage costs is created.
Gemäß den optimierten Losgrößen können Rüstungen und Lagerkapazitäten pro Zeitintervall bereitgestellt werden. Ein Zeit- intervall entspricht einem kurzfristigen Planungszeitraum und beträgt typischerweise einen Tag. Die Baugruppen, die in ei¬ nem solchen Zeitintervall gefertigt werden müssen, werden in den vorgegebenen Rüstfamilien produziert. Die Rüstung einer vorgegebenen Rüstfamilie wird in einem Zeitintervall höchs- tens einmal aufgerüstet. Eventuell wird eine solche Rüstung nicht vollständig aufgerüstet. Es werden dann nur die Bauele¬ mente gerüstet, die zur Bestückung der in diesem Zeitintervall zu produzierenden Baugruppen notwendig sind. Das Verfahren kann zusätzlich folgende Schritte umfassten, die zum Optimieren der Losgröße berücksichtigt werden: According to the optimized lot sizes, armor and storage capacities per time interval can be provided. A time interval corresponds to a short-term planning period and is typically one day. The modules that need to be made in ei ¬ nem such time interval are produced in the specified setup groups. The armor of a given set-up family is upgraded at most once in a time interval. Eventually such armor will not be fully upgraded. It will be equipped only Bauele ¬ mente then necessary for fitting in to be produced in this time interval assemblies. The method may additionally include the following steps, which are taken into account for optimizing the lot size:
Ermitteln der Wahrscheinlichkeit pro Leiterplattentyp, dass eine Leiterplatte in einem Zeitintervall innerhalb des Planungszeitraums gefertigt werden muss, und Determining the probability per board type that a circuit board must be fabricated at a time interval within the planning period, and
Ermitteln der Erwartungswerte pro Rüstfamilie, die je¬ weils die Wahrscheinlichkeit ausdrücken, mit welcher min¬ destens ein Leiterplattentyp aus der Rüstfamilie im ge¬ nannten Zeitintervall gefertigt werden muss. Determine Expected values of all setup group, each ¬ weils express the probability with which a circuit board type from the setup group in ge ¬ called time interval must be made min ¬ least.
Die Rüstkosten pro Rüstfamilie entsprechen dabei den erwarte¬ ten Rüstkosten pro Rüstfamilie. Diese können aus den ermit¬ telten Erwartungswerten, den genannten erfassten Rüstkosten
und der Anzahl der Zeitintervalle innerhalb des Planungszeit¬ raums berechnet werden. The set-up costs per setup group correspond to the expected ¬ th setup costs per setup group. These may consist of the ermit ¬ telten expected values, the acquired set-up costs mentioned and the number of time intervals are calculated within the planning time ¬ space.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass jedes mögli- che Startzeitintervall für die ermittelten zeitlichen Abstände zwischen den Fertigungsaufträgen eines Leiterplattentyps innerhalb des Planungszeitraums gleichwahrscheinlich und un¬ abhängig von anderen Leiterplattentypen ist. Das Optimieren der Losgrößen kann mit einer iterativen Optimierungsmethode mit einem vorgebbaren Initialwert durchge¬ führt wird. Das Optimieren kann zudem oder alternativ mittels sogenannter Nichtlinearer Optimierung erfolgen. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen dieA development of the invention provides that every possible starting time interval for the determined time intervals between the production orders of a printed circuit board type within the planning period is equally probable and un ¬ dependent on other types of printed circuit board. Optimizing the batch sizes can be with an iterative optimization method with a predeterminable initial value Runaway ¬ leads. The optimization can also or alternatively be done by means of so-called nonlinear optimization. In a further embodiment of the invention, the
Rüstkosten pro Rüstfamilie jeweils fixe Beträge auf. Sie kön¬ nen auch pro Rüstfamilie jeweils gleiche Beträge oder pro Rüstfamilie jeweils unterschiedliche Beträge aufweisen. Die Gesamtrüstkosten können dadurch variabel sein, dass die Kosten für das Rüsten eines oder mehrerer benötigten Bauelemente in einer Rüstung in den Gesamtrüstkosten berücksichtigt werden. Der Betrag der Rüstkosten einer Rüstfamilie im genannten Zeitintervall kann abhängig von der Teilmenge der Bauelementtypen sein, die für die jeweiligen Fertigungsaufträge ausreichend sind. Setup costs per setup family always fixed amounts. Koen ¬ nen also setup group per each equal amounts or having different amounts for each setup group. The total cost of upkeep may be variable by taking into account the cost of equipping one or more required components in an armor in the total cost of the armor. The amount of set-up costs of a set-up family in the named time interval can be dependent on the subset of the component types that are sufficient for the respective production orders.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht eine Vorrichtung zum Bestimmen von optimalen Losgrößen für das Bestücken von Lei- terplatten mit Bauelementen innerhalb einer Bestückungslinie vor, A further aspect of the invention provides a device for determining optimum lot sizes for the placement of printed circuit boards with components within a placement line,
wobei eine Menge von auf der Bestückungslinie zu ferti¬ genden Leiterplattentypen innerhalb eines vorgegebenen Planungszeitraums vorgegeben ist, wherein a quantity of on the assembly line to ferti ¬ constricting board types within a predetermined planning period is predetermined,
- wobei pro Leiterplattentyp eine zu fertigende Anzahl an Leiterplatten vorgegeben ist, wherein a number of printed circuit boards to be produced per circuit board type is specified,
wobei die Anzahl an Leiterplatten pro Leiterplattentyp eine Menge bildet, die in gleichgroße Untermengen, auch
Lose genannt, aufgeteilt werden soll, die über den Pla¬ nungszeitraum als Fertigungsaufträge zeitlich gleichmäßig verteilt gefertigt werden können, where the number of printed circuit boards per board type forms an amount equal in subsets, too Loosely called, is to be divided, which can be produced evenly distributed in time over the Pla ¬ planning period under construction contracts
wobei die Losgröße eines Leiterplattentyps die Anzahl an Leitplatten in einer Untermenge repräsentiert, wherein the lot size of a board type represents the number of boards in a subset,
wobei die vorgegebenen Leiterplattentypen in eine Menge von Rüstfamilien aufgeteilt sind, wherein the predetermined types of printed circuit boards are divided into a set of set-up families,
wobei eine Rüstfamilie mit zugehörigen Rüstung eine Menge von Leiterplattentypen umfasst, die mit der zugehörigen Rüstung gefertigt werden kann, wherein a setup family with associated armor comprises a set of circuit board types that can be fabricated with the associated armor,
aufweisend : comprising:
Mittel zum Erfassen von Rüstkosten, die für ein Rüsten der zugehörigen Rüstung einer Rüstfamilie aufgewendet werden, Means for detecting setup costs spent on setting up the associated armor of a setup family,
- Mittel zum Ermitteln der zeitlichen Abstände zwischen den Fertigungsaufträgen pro Leiterplattentyp in Abhängigkeit von der Losgröße, Means for determining the time intervals between the production orders per circuit board type as a function of the lot size,
Mittel zum Ermitteln der Rüstkosten pro Rüstfamilie über den Planungszeitraum in Abhängigkeit von den Losgrößen der Leiterplattentypen und unter Berücksichtigung der er- fassten Rüstkosten, Means for determining the set-up costs per set-up family over the planning period as a function of the lot sizes of the printed circuit board types and taking into account the set-up costs,
Mittel zum Ermitteln der Gesamtrüstkosten aus der Summe der Rüstkosten pro Rüstfamilie, Means for determining the total support costs from the sum of the setup costs per setup family,
Mittel zum Ermitteln der Gesamtlagerkosten der in einem Zeitintervall innerhalb des Planungszeitraums gefertigten Means for determining the total storage costs of the goods manufactured in a time interval within the planning period
Leiterplatten aus der Summe der Lagerkosten pro Leiterplattentyp in Abhängigkeit von den Losgrößen, und PCBs from the sum of the storage costs per PCB type depending on the lot sizes, and
Mittel zum Optimieren der Losgrößen derart, dass die Summe aus Gesamtrüstkosten und Gesamtlagerkosten minimierbar ist. Means for optimizing the lot sizes such that the sum of the total costs and the total cost of storage can be minimized.
Die Vorrichtung kann Mittel und/oder Einheiten bzw. Einrichtungen und/oder Module zur Durchführung des oben genannten Verfahrens vorsehen, die jeweils hardwaremäßig und/oder firmwaremäßig und/oder softwaremäßig bzw. als Computerpro¬ gramm bzw. Computerprogrammprodukt ausgeprägt sein können.
Die Vorrichtung kann wie das oben beschriebene Verfahren entsprechend weitergebildet werden. The apparatus may include means and / or units or devices and / or provide modules for performing the above method which may be marked respectively as hardware and / or firmware moderately and / or software or as Computerpro ¬ program or computer program product. The device can be developed according to the method described above.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung sieht ein Bestückungssystem aufweisend eine solche erfindungsgemäße Vorrichtung vor. Another aspect of the invention provides an assembly system comprising such a device according to the invention.
Dieses Bestückungssystem kann Teil einer Anlage sein. This assembly system can be part of a system.
Die Anlage kann unter anderem durch einen der folgenden Anla- gentypen charakterisiert sein. Beispiele hierfür sind: The plant may be characterized among other things by one of the following plant types. Examples for this are:
- eine Automatisierungsanlage, an automation system,
- eine Fertigungs- bzw. Produktionsanlage, - a manufacturing or production plant,
- eine Reinigungsanlage, - a cleaning system,
- eine Wasseraufbereitungsanlage, - a water treatment plant,
- ein Gerät oder eine Maschine, - a device or a machine,
- eine Strömungsmaschine, a turbomachine,
- eine Energieerzeugungsanlage. - a power generation plant.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Computerprogramm- produkt bzw. ein Computerprogramm mit Mitteln zur Durchführung des oben genannten Verfahrens, wenn das Computerpro¬ gramm (-produkt) in einer oben genannten Vorrichtung oder in Mitteln der Vorrichtung zur Ausführung gebracht wird. Das Computerprogramm bzw. -produkt kann auf einem computerlesba- ren Medium gespeichert sein. Das Computerprogramm bzw. -produkt kann in einer üblichen Programmiersprache (z.B. C++, Ja¬ va) erstellt sein. Die Verarbeitungseinrichtung kann einen marktüblichen Computer oder Server mit entsprechenden Eingabe-, Ausgabe- und Speichermitteln umfassen. Diese Verarbei- tungseinrichtung kann in der Vorrichtung oder in deren Mitteln integriert sein. Another aspect of the invention is a computer program product or a computer program having means for performing the above method when the program Computerpro ¬ (-product) is placed in an above-mentioned device or means in the device for execution. The computer program or product can be stored on a computer-readable medium. The computer program or product can be created in a common programming language (eg C ++, yes ¬ va). The processing device may include a commercially available computer or server with corresponding input, output and storage means. This processing device can be integrated in the device or in its means.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Aus- führungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Further advantages, details and developments of the invention will become apparent from the following description of exemplary embodiments in conjunction with the drawings.
Es zeigen:
Fig. 1 BestückungsSystem,· Show it: Fig. 1 assembly system ·
Fig. 2 eine Graphik mit Lagerbestand q und Setup-Zeit¬ punkten, wenn Aufträge alle 2 Tage eintreffen; 2 shows a graph with stock q and setup time ¬ points when orders arrive every 2 days;
Fig. 3 drei Graphiken mit Lagerbestand q und Setup-Zeit¬ punkten, wenn die Aufträge links an den Tagen 1, 4, 7,..., Mitte an den Tagen 2, 5, 8, oder rechts an den Tagen 3, 6, 9, ... eintreffen; Fig. 3 three graphics with stock q and setup time ¬ points, if the orders left on the days 1, 4, 7, ..., middle on days 2, 5, 8, or right on days 3, 6 , 9, ... arrive;
Fig. 4 eine Graphik mit Lagerbestand q und Setup-Zeit¬ punkten mit 2 und 3 tägigen Aufträgen in einem Cluster; und Fig. 4 is a graph with stock q and setup time ¬ points with 2 and 3 day orders in a cluster; and
Fig. 5 schematisch verschiedene Cluster-Rüstungskonstel- lationen bei einer Gesamtperiodenlänge von 6 Ta¬ gen . Fig. 5 diagrammatically various cluster Rüstungskonstel- simulations for a total period length of 6 Ta ¬ gen.
Figur 1 zeigt ein beispielhaftes Bestückungssystem 100. Das Bestückungssystem 100 umfasst eine oder mehrere Bestückungs¬ linien 110 und eine Verarbeitungs- oder Steuereinrichtung 115. Jede Bestückungslinie 110 umfasst ein optionales Trans¬ portsystem 125 sowie einen oder mehrere Bestückungsautomaten 130. Jeder Bestückungsautomat 130 umfasst einen oder mehrere Bestückungsköpfe 135, die jeweils dazu eingerichtet sind, von einem Rüsttisch 140 Bauelemente 155 aufzunehmen und an einer vorbestimmten Position auf der Leiterplatte 120 zu positio¬ nieren, die sich auf dem Transportsystem 125 befindet. Während des Bestückungsvorgangs steht die Leiterplatte 120 be- züglich des Bestückungsautomaten 130 üblicherweise still. 1 shows an exemplary mounting system 100. The mounting system 100 includes one or more pick and place ¬ lines 110 and a processing or control device 115. Each assembly line 110 comprises an optional Trans ¬ port system 125 and one or more placement machine 130. Each pick and place machine 130 includes one or a plurality of mounting heads 135, which are each adapted to receive from a setup table 140 components 155 and at a predetermined position on the circuit board 120 to positio ¬ kidney, which is located on the transport system 125. During the assembly process, the printed circuit board 120 usually stands still with respect to the automatic placement machine 130.
Die Rüsttische 140 umfassen jeweils eine Vielzahl Zuführungs¬ einrichtungen 150, von denen in Figur 1 exemplarisch nur eine dargestellt ist. Jede Zuführungseinrichtung 150 hält einen Vorrat von Bauelementen 155 eines vorbestimmten Bauelemente¬ typs 160 bereit. Für die Bauelemente 155 hat die Zuführungs¬ einrichtung 150 üblicherweise ein Fassungsvermögen, das in Spuren ausgedrückt werden kann. Eine Spur ist für gewöhnlich
8 mm breit und die Zahl der Spuren eines Rüsttischs 140 ist beschränkt, beispielsweise auf 40. Bauelemente 155 des glei¬ chen Bauelementetyps 160 sind üblicherweise bereitgestellt in einem Gurt, auf einem Tablett oder in einer Röhre. Jeder Bauelementetyp 160 erfordert an der Zuführungseinrichtung 150 und am Rüsttisch 140 eine vorbestimmte Anzahl Spuren, die üb¬ licherweise aneinander angrenzen. The setup tables 140 each comprise a multiplicity of feed devices 150, of which only one is shown by way of example in FIG. Each feeder 150 holds a supply of ready devices 155 of a predetermined type components ¬ 160th For the components 155, the feed ¬ device 150 typically has a capacity that can be expressed in trace amounts. A track is usually 8 mm wide and the number of tracks of a Rüsttischs 140 is limited, for example to 40. Components 155 of the moving ¬ chen type components 160 are usually provided in a belt, on a tray or in a tube. Each type of device 160 requires on the feed device 150 and the set-up table 140 a predetermined number of tracks, the üb ¬ SHORT- contiguous.
Gewöhnlich kann eine Zuführungseinrichtung 150 zur Bereithal- tung von Bauelementen 155 unterschiedlicher Bauelementetypen 160 konfiguriert werden und üblicherweise können unterschied¬ liche Zuführungseinrichtungen 150 an einem Rüsttisch 140 angebracht werden. Vorliegend wird vereinfachend davon ausge¬ gangen, dass ein Vorrat von Bauelementen 155 eines Bauele- mentetyps 160 an einer Zuführungseinrichtung 150 praktisch unendlich groß ist, ein Nachrüsten also nicht erforderlich ist . Usually 155 different types of devices, a supply means 150 for processing of devices Bereithal- be configured 160, and usually differed ¬ Liche supply means can be attached to a set-up table 140,150. In the present case is simplified thereof ¬ be understood that a stock of components 155 of a type Bauelemente 160 on a feed device 150 is virtually infinite, so retrofitting is not required.
Wird am Bestückungsautomaten 130 ein Bauelement 155 eines Bauelementetyps 160 benötigt, der nicht an einem der Rüstti¬ sche 140 vorhanden ist, so wird üblicherweise nicht die Zu¬ ordnung von Bauelementen 155 an einem der angebrachten Rüsttische 140 verändert, sondern der Rüsttisch 140 wird komplett gegen einen anderen, passend bestückten Rüsttisch 140 ausge- tauscht. Das Bestücken eines nicht an der Bestückungslinie 110 angebrachten Rüsttischs 140 mit Bauelementen 155 wird Vorrüstung genannt und kann eine Bearbeitungszeit im Bereich von einer oder mehreren Stunden, beispielsweise ca. 6-8 Stunden, erfordern. Is the placement machine 130, a component 155 of a component type 160 requires that the Rüstti ¬ cal 140 is not present on a, it is usually not changed to ¬ order of components 155 at one of the attached Rüsttische 140, but the set-up table 140 is fully against another, suitably equipped arming table 140 exchanged. The loading of a set-up table 140 with components 155 not mounted on the placement line 110 is called pre-equipment and may require a processing time in the range of one or more hours, for example about 6-8 hours.
Da ein Wechsel von Rüsttischen 140 an der Bestückungslinie 110, ein so genannter Rüstwechsel, üblicherweise mit einem Produktionsstillstand verbunden ist, wird angestrebt, Wechsel der Rüsttische 140 möglichst selten durchzuführen. Da ferner die Rüsttische 140 kostspielig sind und das Umrüsten einesSince a change of setting tables 140 on the placement line 110, a so-called set change, is usually associated with a production stoppage, the aim is to perform changing the setting tables 140 as rarely as possible. Furthermore, since the equipment tables 140 are expensive and the conversion of a
Rüsttischs 140 aufwändig und langwierig sein kann, wird wei¬ ter versucht, möglichst wenige Rüstungen zu bilden, um eine vorbestimmte Produktionsmenge von Leiterplatten 120 vorbe-
stimmter Leiterplattentypen 122 zu fertigen. Die Produktionsmenge umfasst hier mehrere Leiterplattentypen 122, von denen jeweils eine vorbestimmte Stückzahl Leiterplatten 120 mit Bauelementen 155 vorbestimmter Bauelementetypen 160 bestückt werden soll. Beispielsweise können 300 Leiterplatten 120 ei¬ nes ersten Leiterplattentyps 122 und 200 Leiterplatten 120 eines zweiten Leiterplattentyps 122 bestückt werden. Setup table 140 can be complex and tedious, wei ¬ ter is trying to form as few armor as possible to vorbe a predetermined production amount of printed circuit boards 120 to make certain PCB types 122. The production quantity here comprises a plurality of printed circuit board types 122, of which in each case a predetermined number of printed circuit boards 120 is to be equipped with components 155 of predetermined component types 160. By way of example, 300 printed circuit boards 120 of a first printed circuit board type 122 and 200 printed circuit boards 120 of a second printed circuit board type 122 can be equipped.
Eine Rüstung 165, 170 umfasst eine Menge von Bauelementetypen 160 und wird realisiert durch einen oder mehrere Rüsttische 140, die mit Vorräten von Bauelementen 155 der Bauelementetypen 160 der Rüstung 165, 170 ausgestattet und an der Bestü¬ ckungslinie 110 angebracht sind. An armor 165, 170 comprises a set of component types 160, and is realized by one or more Rüsttische 140, which are equipped with supplies of components 155 of the component types 160 of the arms 165, 170 and attached to the assembly plants ¬ ckungslinie 110th
Der Rüstung 165, 170 ist eine Rüstfamilie 175 zugeordnet, die Leiterplattentypen 122 umfasst, von denen Leiterplatten 120 mittels Bauelementen 155 der Bauelementetypen 160 der Rüstung 165, 170 bestückt werden können. Eine Rüstfamilie 175 ist ge¬ nau einer Rüstung 165, 170 zugeordnet und umgekehrt. The armor 165, 170 is assigned to a set-up family 175, which comprises printed circuit board types 122, of which printed circuit boards 120 can be equipped by means of components 155 of the component types 160 of the armor 165, 170. A setup group 175 is ge ¬ precisely an armor 165, assigned to 170 and vice versa.
Um die Auslastung einer Bestückungslinie 110 zu erhöhen oder einen Bedarf an Rüsttischen 140 zu verringern ist es daher entscheidend, wie auf der Basis der zu bestückenden Leiter¬ plattentypen 122 Rüstfamilien 175 gebildet werden. Bei der Bildung von Rüstungen 165, 170 bzw. Rüstfamilien 175 können Nebenbedingungen zu beachten sein, beispielsweise die Einhaltung einer begrenzten Fassungskapazität eines Rüsttisches 140 für Bauelementtypen 160 oder eine Gruppierung vorbestimmter Leiterplattentypen 160 in der gleichen Rüstfamilie 175, etwa aus Gründen der Verwendung bleihaltigen oder bleifreien Lötzinns . To increase or decrease the load of a 110 assembly line to reduce a need for Rüsttischen 140, it is crucial, as are formed based on the ladder to be fitted ¬ plate types 122 setup families 175th In the formation of armor 165, 170 or Rüstfamilien 175 constraints may be observed, such as compliance with a limited capacity of a setup table 140 for component types 160 or a grouping of predetermined types of circuit boards 160 in the same set family 175, for example, for the use of lead-containing or lead-free Soldering tin.
Die Rüstungen können in Festrüstungen 165 und Variantenrüstungen 170 unterschieden werden, wobei eine Festrüstung 165 dazu vorgesehen ist, auf einer Anzahl Wechseltische 140 über einen vorbestimmten Planungszeitraum unverändert gerüstet zu bleiben, während ein Wechseltisch 140 einer Variantenrüstung 170 voraussichtlich innerhalb des Planungszeitraums mit Bau-
elementen 155 anderer Bauelementetypen 160 umgerüstet wird. Der Planungszeitraum kann beispielsweise 6 bis 12 Monate be¬ tragen. Eine Variantenrüstung 165 besteht in einer vorbestimmten Konstellation üblicherweise wesentlich kürzer als der Planungszeitraum, beispielsweise über mehrere Stunden oder Tage, üblicherweise jedoch nicht über mehr als eine Wo¬ che . The armor may be differentiated into hardwares 165 and variant armor 170, where a hardshell 165 is intended to remain unaltered on a number of shuttle tables 140 for a predetermined scheduling period, while an upgrade table 140 of an option armor 170 is expected to be shipped within the planning period. elements 155 of other types of components 160 is retrofitted. The planning period can carry, for example, 6 to 12 months be ¬. In a predetermined constellation, variant armoring 165 usually is considerably shorter than the planning period, for example over several hours or days, but usually not over more than one week .
Es kann auch eine statische Rüstung gebildet werden, die Ele- mente der Festrüstung 165 und der Variantenrüstung 170 trägt. Die statische Rüstung wird wie die Festrüstung 165 für einen längeren Zeitraum gebildet, über den sie üblicherweise unverändert bleibt. Die statische Rüstung bleibt jedoch üblicher¬ weise nicht aufgerüstet, also als Rüstung physisch auf Rüst- tischen 140 realisiert, sondern kann nach der Verwendung auch wieder abgerüstet werden. Außerdem kann eine statische Rüs¬ tung auch nur partiell gerüstet (=realisiert ) werden, wenn beispielsweise die statische Rüstung mehrere Leiterplattenty¬ pen 122 umfasst und zu einem Zeitpunkt nur Aufträge zur Fer- tigung von Leiterplatten 120 einiger dieser Leiterplattentypen 122 vorliegen. Bauelemente 155 von solchen Bauelementty¬ pen 160, die zur Bestückung der beauftragten Leiterplatten 120 nicht erforderlich sind, können dann nicht aufgerüstet werden . It is also possible to form a static armor which carries elements of the festoon 165 and the variant armor 170. Like armor 165, the static armor is formed for a longer period of time, over which it usually remains unchanged. However, the static defense remains common ¬ not be upgraded, so as armor-Nazi physically 140 to set-up implemented, but can also be downgraded again after use. In addition, a static Rüs ¬ tion also only partially equipped (= realized), for example, if the static armor several Leiterplattenty ¬ pen 122 includes and at a time only orders for the production of printed circuit boards 120 of some of these types of printed circuit boards 122 are present. Components 155 of such Bauelementty ¬ pen 160, which are not required for equipping the instructed printed circuit boards 120, then can not be upgraded.
Die statische Rüstung ist verwaltungstechnisch häufig leichter zu handhaben als eine Festrüstung 165 oder eine Variantenrüstung 170. Wird die statische Rüstung nach ihrer Verwendung nicht abgerüstet, kann auch von einer Festrüstung 165 gesprochen werden. Im Folgenden sind, wo nicht anders angegeben, vorzugsweise statische Rüstfamilien und die ihnen zu¬ geordneten statischen Rüstungen gemeint. The static armor is administratively often easier to handle than a hard suit 165 or a variant armor 170. If the static armor is not disarmed after its use, can also be spoken of a festive 165. Are where otherwise indicated below, preferably static setup groups and meant to them ¬ parent static armor.
Die Rüstungen 165, 170 können nach Bedarf an der Bestückungs- linie 110 ausgetauscht werden. Um eine Festrüstung 165 oder eine Variantenrüstung 170 zu realisieren wird üblicherweise ein Rüsttisch 140, während er nicht an der Bestückungslinie 110 angebracht ist, mit Vorräten von Bauelementen 155 vorbe-
stimmter Bauelementetypen 160 aufgerüstet. Bereits aufgerüs¬ tete Bauelemente 155 nicht benötigter Bauelementetypen 160 können zuvor abgerüstet werden. Diese Umrüstung kann einen erheblichen Anteil manueller Arbeit umfassen und zeitaufwän- dig sein. The armor 165, 170 can be replaced as needed on the assembly line 110. In order to realize a fixed equipment 165 or an alternative equipment 170, a set-up table 140, while it is not mounted on the assembly line 110, is usually prepared with provisions of components 155. certain component types 160 upgraded. Already aufgerüs ¬ tete components 155 not required types of components 160 may be previously disarmed. This retrofitting can involve a significant amount of manual labor and be time consuming.
Um den mit einer Variantenrüstung 170 verbundenen Aufwand zu minimieren wird versucht in den Festrüstungen 165 möglichst viele Leiterplattentypen 122 aufzunehmen. Ein angestrebter Fall ohne Variantenrüstungen 170 ist in der Praxis jedoch kaum erzielbar. In order to minimize the effort associated with variant armor 170, attempts are made to include as many board types 122 as possible in fixtures 165. However, a desired case without variant armatures 170 is hardly achievable in practice.
Die Steuereinrichtung 115 ordnet im Rahmen der Steuerung des Bestückungssystems 100 Leiterplattentypen 122, deren zugeord- nete Leiterplatten 120 auf der Bestückungslinie 110 bestückt werden sollen, jeweils einer Rüstfamilie 175 zu, wobei Fest- rüstungs-Rüstfamilien 175, die jeweils einer Festrüstung 165 zugeordnet ist, und Variantenrüstungs-Rüstfamilien 175, die jeweils einer Variantenrüstung 170 zugeordnet sind, gebildet werden können. As part of the control of the placement system 100, the control device 115 assigns each type of printed circuit board 122, whose associated printed circuit boards 120 are to be loaded on the assembly line 110, to a set-up family 175, with sets of arming families 175 each being assigned to a fixed piece of equipment 165. and variant armor setup families 175, each associated with a variant armor 170, may be formed.
In der Praxis kann beispielsweise für eine vorgegebene Pro¬ duktionsmenge von Leiterplattentypen 122 in einem ersten Schritt eine Festrüstung 165 für einen (möglichst großen) Teil der Leiterplattentypen 122 gebildet werden, worauf in einem zweiten Schritt für den verbleibenden Teil der Leiterplattentypen 122 Variantenrüstungen 170 gebildet werden. Die Qualität dieser Zuordnungen entscheidet in hohem Maß darüber, wie gut die Produktionsmittel des Bestückungssystems 100 aus- gelastet werden können und wie effizient dabei bestückt wer¬ den kann. In practice, a hard armor may be formed 165 for a (large as possible) of the board types 122, for example, for a given Pro ¬ production quantity of board types 122 in a first step, whereupon formed in a second step the remaining part of the board types 122 variant armor 170 , The quality of these associations decide to a large extent on how well the means of production of the mounting system 100 may be working at full capacity and how efficiently it stocked who can ¬.
Erfindungsgemäß wird ein mathematisches stochastisches Modell zur Berechnung von optimalen Losgrößen vorgestellt, in dem die Fertigung mit statischen Rüstfamilien berücksichtigt wird .
Bei dem folgenden probalisistischen Modell wird angenommen, dass die Aufträge nach gewissen Wahrscheinlichkeiten According to the invention, a mathematical stochastic model for the calculation of optimal batch sizes is presented, in which the production with static set-up families is taken into account. In the following probabilistic model, it is assumed that the orders are based on certain probabilities
eintreffen . Eingabe-Parameter: arrive. Input parameters:
• Menge aller Baugruppentypen R. • Quantity of all module types R.
• Die Baugruppentypen aus R sind aufgeteilt in eine Menge von Rüstfamilien Cl . • The module types of R are divided into a set of setup families Cl.
· Die Anzahl der Tage im Jahr/langfristigen Planungszeitraum sind T. · The number of days in the year / long-term planning period are T.
• Die prognostizierte zu produzierende Stückzahl einer Bau¬ gruppe r beträgt Dr. Variablen: • The predicted to be produced quantity of a construction ¬ group is r D r. Variables:
• Die Losgröße qr für die Baugruppen r. Modell : • The lot size q r for the assemblies r. Model:
Wie im eingangs genannten klassischen EOQ-Modell wird ange¬ nommen, dass die Nachfrage konstant ist. Die Aufträge für ei¬ nen Baugruppentyp treffen folglich periodisch ein. Zudem wird ebenso wie im klassischen EOQ-Modell eine unend¬ lich schnelle Produktionsgeschwindigkeit, d.h. eine Produkti¬ onszeit von 0 unterstellt. Gleiches wird für die Rüstzeit an¬ genommen . Der zeitliche Abstand, in dem Aufträge für eine Baugruppe r eintreffen, wird mit wr bezeichnet. Es gilt: qrT As classic in the aforementioned EOQ model is ¬ accepted that demand is constant. Consequently, the orders for ei ¬ nen module type arrive periodically. In addition, as in the classical EOQ model a unend ¬ Lich fast production speed, ie a producti ¬ onszeit of 0 assumed. The same is taken for the set-up time ¬ . The time interval in which orders for a module r arrive is designated by w r . The following applies: q r T
r Dr r D r
Es wird im Folgenden anhand von Beispielen das Modell bzw. die Erfindung erläutert, ohne diese darauf zu beschränken:
Beispiel (1) The model or the invention is explained below by way of examples, without limiting it to them: Example 1)
Die Anzahl Tage im Planungszeitraum beträgt T = 100. Ist für eine Baugruppe r die prognostizierte zu produzierende Stück- zahl Dr = 1000 Stück und die Losgröße qr = 20 Stück, dann ist wr = 2, d.h. die Baugruppe muss alle zwei Tage produziert werden. In Figur 2 zeigt eine Graphik die Situation, wenn Aufträge alle zwei Tage eintreffen. Auf der y-Achse ist der Lagerbestand q aufgetragen. Auf der x-Achse sind die Tage be- ginnend mit 1 aufgetragen. Der Schnittpunkt zwischen Lagerab¬ gangslinie und x-Achse ist der sogenannten Setup-Zeitpunkt, wobei Setup-Zeitpunkt bedeutet, dass die Rüstung (Setup) für diese Rüstfamilie (Cluster) an diesem Tag gerüstet wird. Beispiel (2 ) : The number of days in the planning period is T = 100. If, for a module r, the predicted quantity to be produced D r = 1000 units and the lot size q r = 20 units, then w r = 2, ie the module must be sent every two days to be produced. In Figure 2, a graph shows the situation when orders arrive every two days. The stock q is plotted on the y-axis. The days are plotted with 1 on the x-axis. The intersection between Lagerab ¬ gangslinie and x-axis is the so-called setup time, with setup time means that the armor (Setup) is prepared for this set-up family (cluster) on this day. Example (2):
Ist wr = 3, so treffen alle drei Tage Aufträge für eine Bau¬ gruppe r ein. Es gibt verschiedenen Möglichkeiten dafür, an welchen Tagen genau diese Aufträge eintreffen. Ist wr = 3, so können die Aufträge a) entweder an den Tagen 1, 4, 7, ... W r = 3, then meet every three days orders for a construction ¬ r a group. There are different ways to find exactly which days these orders arrive. If w r = 3, the orders can be a) either on days 1, 4, 7, ...
b) oder an den Tagen 2, 5, 8, ... b) or on days 2, 5, 8, ...
c) oder an den Tagen 3, 6, 9, ... eintreffen . In Figur 3 sind diese drei Möglichkeiten links a) , mitte b) und rechts c) illustriert.
Es wird angenommen, dass die verschiedenen Möglichkeiten für das Eintreffen der Aufträge eines Baugruppentyps, gleichwahr¬ scheinlich und unabhängig von den anderen Baugruppentypen sind. Das erste Eintreffen eines Auftrages wird Startinter- vall - im Beispiel genauer Starttag - genannt, wobei im Bei¬ spiel angenommen wird, dass ein Zeitintervall einen Tag be¬ trägt . c) or arrive on days 3, 6, 9, .... In FIG. 3, these three possibilities are illustrated on the left a), middle b) and on the right c). It is believed that the various options for the arrival of the orders of a module type, equally true ¬ scheinlich and are independent of the other module types. The first arrival of a job is Startinter- Vall - called, assuming the case ¬ play, that a time interval one day be ¬ bears - more precisely in the example start date.
Trifft an einem Tag ein Auftrag für den Baugruppentyp einer Rüstfamilie ein, so wird die Rüstung für diese Rüstfamilie an diesem Tag aufgerüstet. If an order for the module type of a setup family arrives on one day, the armor for this setup family will be upgraded on that day.
Beispiel (3) : Eine Rüstfamilie besteht aus zwei Baugruppentypen, einem 2- tägigen und einem 3-tägigen Baugruppentyp. In Figur 4 sind mögliche Setup-Zeitpunkte für die Rüstung der Rüstfamilie dargestellt . Im Beispiel gemäß Figur 4 wird die Rüstfamilie an den Tagen 2, 3, 5 und 7 aufgerüstet. Example (3): A setup family consists of two module types, a 2-day and a 3-day module type. FIG. 4 shows possible setup times for the armor of the setup family. In the example according to FIG. 4, the set-up family is upgraded on days 2, 3, 5 and 7.
Wenn wie hier im Beispiel die Periodenlängen bzw. zeitlichen Abstände ganzzahlig sind, so ist die Gesamtperiodenlänge für die Baugruppen das kleinste gemeinsame Vielfache (kgV) der einzelnen Periodenlängen. Für die beiden Baugruppentypen im Beispiel beträgt sie 6. Die sich ergebenden Cluster-Rüstungen für die 6 verschiedenen Konstellationen an den 6 Tagen in der Gesamtperiode sind in der Figur 5 aufgeführt. Die erwartete Clusterzahl für die 6 Tage ist demnach 4. An einem Tag ist die erwartete Clusterzahl folglich 1,5. If, as in this example, the period lengths or time intervals are integral, the total period length for the modules is the lowest common multiple (kgV) of the individual period lengths. For the two module types in the example, it is 6. The resulting cluster armor for the 6 different constellations on the 6 days in the overall period are shown in FIG. The expected number of clusters for the 6 days is therefore 4. On one day, the expected number of clusters is therefore 1.5.
Ganzzahligkeit der Periodenlängen wird aber nicht vorausge¬ setzt. Es ist z.B. zulässig einen Baugruppentyp r auch zwei- mal in der (Arbeits-) Woche, d.h. alle 2,5 Tage zu fertigen.
However, integerity of the period lengths is not assumed. For example, it is permissible to produce a module type r twice in the (working) week, ie every 2.5 days.
Als erwartete Rüstkosten für die Rüstfamilie cl erhält man somit : As expected setup costs for the setup family cl you get:
Rüstkosten(cl) = KclT 1Setup costs (cl) = K cl T 1
Die gesamten Rüstkosten betragen somit: The total setup costs are thus:
Rüstkosten =Setup costs
Lagerkosten: Storage costs:
Für einen Baugruppentyp r betragen die erwarteten jährlichen Lagerkosten, wie im klassischen EOQ-Modell, Tqr/2. Die Lagerkosten betragen insgesamt somit For an assembly type r, the expected annual storage costs, as in the classic EOQ model, are Tq r / 2. The storage costs total thus
Z hrqrT Z h r q r T
2 2
Die Gesamtkosten ergeben sich aus der Summe der gesamten Rüstkosten und der gesamten Lagerkosten. The total costs result from the sum of the total set-up costs and the total storage costs.
Erweiterungen : Extensions:
(1) Berücksichtigung von Aufrüstungen einzelner Bauelementty pen (1) Consideration of upgrades of individual component types
Wird die Rüstung einer statischen Rüstfamilie aufgerüstet, s werden nicht alle Bauelementtypen der Rüstung aufgerüstet, sondern nur diejenigen, die für die Produktion der zu fertigenden Aufträge nötig sind. Mit anderen Worten ausgedrückt können die Rüstkosten einer Rüstfamilie im genannten Zeitin-
tervall, im Beispiel ein Tag, abhängig von der Teilmenge der Bauelementtypen sein, die für die jeweiligen (Fertigungs-) Aufträge ausreichend sind. Im Modell kann man dies berücksichtigen und den Rüstaufwand noch detaillierter ermitteln. If the armor of a static set-up family is upgraded, not all of the component types of the armor are upgraded, but only those that are necessary for the production of the jobs to be produced. In other words, the set-up costs of a set-up family in the mentioned time tervall, in the example a day, depending on the subset of device types that are sufficient for the respective (manufacturing) jobs. In the model, this can be taken into account and the setup effort can be determined in even greater detail.
Zusätzliche Parameter: Cci Bauelementtypen der Baugruppentypen recl. Additional parameters: C c i Device types of the module types recl.
clc Baugruppentypen in der Rüstfamilie cl, die den cl c Module types in the setup family cl that contain the
Bauelementtyp c enthalten, Component type c included,
k Kosten für das Aufrüsten eines Bauelements in k Cost of upgrading a component in
einer Rüstung. an armor.
Der Erwartungswert dafür, dass ein Bauelementtyp ceCci an ei- nem Tag in der Rüstung der Rüstfamilie cl gerüstet werden muss, beträgt The expectation that a component type ceC c i must be equipped for one day in the armor of the setup family c1 is
1- ]^[ (l - pr) 1-] ^ [(l - p r )
reclr reclr
Die erwartete Anzahl von Bauelementaufrüstungen für Cluster cl an einem Tag ist folglich
The expected number of component upgrades for cluster cl in one day is therefore
CE C( rec c / Die gesamten Rüstkosten betragen somit CE C ( rec c / The total setup costs are thus
Rüstkosten = Setup costs
c Σl eCl-
c Σl eCl-
(2) Berücksichtigung von fixen und variablen Rüstkosten (2) Consideration of fixed and variable setup costs
Die Rüstkosten Kci, die eingangs in diesem Abschnitt darge¬ stellt wurden, kann man auch als Fixkosten der Rüstungen und
die Rüstkosten aus Erweiterung (1) als variable Rüstkosten betrachten. Die Kosten für das Rüsten eines oder mehrerer benötigten Bauelemente in einer Rüstung werden dann in den Gesamtrüstkosten berücksichtigt . Es sind auch Kombinationen aus beiden (fixe und variable Rüstkosten) vorstellbar. The setup cost K ci that were initially Darge ¬ provides in this section could be used as fixed costs of armaments and consider setup costs from enhancement (1) as variable setup costs. The cost of equipping one or more required components in an armor is then included in the total cost of the armor. Combinations of both (fixed and variable setup costs) are also conceivable.
Mit dem vorgestellten Modell lassen sich Vergleiche und Bewertungen zwischen verschiedenen Losgrößen-Varianten durchführen, in denen die Fertigung mit Rüstfamilien Berücksichtigung findet. With the presented model, comparisons and evaluations can be made between different lot size variants, in which the production with set-up families is considered.
Mit Hilfe von iterativen Optimierungsmethoden lassen sich Losgrößen ermitteln, mit denen ein Gesamtkostenminimum erzielt wird. Using iterative optimization methods, it is possible to determine lot sizes with which a total cost minimum is achieved.
Es wird Dr>l vorausgesetzt. Somit werden folgende untere und obere Schranke für qr angenommen: l<qr ^Dr It is assumed D r > l. Thus the following lower and upper bounds are assumed for q r : l <q r ^ D r
Iterative Optimierungsmethoden können durch folgende (iterative) Schritte charakterisiert sein: Iterative optimization methods can be characterized by the following (iterative) steps:
a) Ermitteln einer Startlösung bzw. ersten aktuellen Lösung aus einem (vom Benutzer) vorgebbaren Initialwert. Beispielsweise kann mit einem Initialwert von einer Losgröße = 1 gestartet werden und damit die Start- bzw. aktuellen Gesamtkosten (Gesamtrüstkosten + Gesamtlagerkosten) ermittelt werden, a) determining a starting solution or first current solution from a (user) specifiable initial value. For example, you can start with an initial value of a lot size = 1 and determine the start or current total costs (total costs + total storage costs).
b) Berechnen einer neuen Losgröße mittels eines Optimie- rungsprogrammes oder eines Standardsolvers (siehe unten) , wobei die Gesamtrüstkosten und Gesamtlagerkosten schrittweise minimiert werden, b) calculating a new lot size by means of an optimization program or standard solver (see below), whereby the total cost of support and the total cost of storage are gradually minimized,
c) Wiederholung von b) , bis eine ausreichende Ausgewogenheit zwischen einer möglichst großen Losgröße (folglich: minimaler Rüstkosten) und minimaler Lagerkosten erreicht ist. c) repetition of b) until a sufficient balance between the largest possible lot size (consequently: minimal set-up costs) and minimum storage costs is achieved.
Demnach können die Schritte iterativ durchgeführt werden und ein Programmabbruch erfolgt dann, wenn eine vorher festgeleg-
te Zeitgrenze oder Ergebnisgüte (siehe z.B. obige Ausgewogen¬ heit) erreicht wird. Accordingly, the steps can be carried out iteratively and a program abort occurs when a previously determined te time limit or result quality (see, for example, the above balance ¬ unit ) is achieved.
Ein Spezialfall von Optimierungsmethoden ist die lineare Op- timierung. Sie befasst sich mit der Optimierung linearerA special case of optimization methods is linear optimization. It deals with the optimization of linear
Zielfunktionen über einer Menge, die durch lineare Gleichungen und Ungleichungen eingeschränkt ist. Sie ist Grundlage der Lösungsverfahren der (gemischt-) ganzzahligen linearen Optimierung. Ein sogenannter Solver (Löser) ist eine Sammel- bezeichnung für spezielle mathematische Computerprogramme, die mathematische Probleme numerisch lösen können. Im Zusammenhang mit MIP (mixed integer linear programming bzw. gemischt ganzzahlige Lineare Programmierung) können für kleine IP-Programme (ganzzahlige Optimierungsmodelle) Standardsolver wie z.B. CPLEX, Scip, Gurobi, Xpress verwendet werden. Objective functions over a set constrained by linear equations and inequalities. It is the basis of the solution method of (mixed) integer linear optimization. A so-called solver is a collective term for special mathematical computer programs that can numerically solve mathematical problems. In the context of mixed integer linear programming (MIP), for small IP programs (integer optimization models) standard solvers such as e.g. CPLEX, Scip, Gurobi, Xpress can be used.
Schwieriger als die lineare Optimierung ist der Fall der nichtlinearen ganzzahliger Optimierung (MINLP) , bei der die Zielfunktion, die Nebenbedingungen (NB) oder beide vorliegen können. Die Lösung wird erreicht, indem geeignete lineare Ap¬ proximationen verwendet werden, so dass Standardsolver direkt verwendet werden können. Darüber hinaus können die oben genannten Standardsolver jeweils bestimmte Arten von nichtlinearen Problemen bereits lösen. Außerdem gibt es zusätzliche Solver, die auf die Lösung nichtlinearer Problem spezialisiert sind (z.B. ANTIGONE, BARON). More difficult than the linear optimization is the case of non-linear integer optimization (MINLP), where the objective function, the constraints (NB), or both may be present. The solution is achieved by using suitable linear approximations , so that standard solvers can be used directly. In addition, the standard solver mentioned above can already solve certain types of nonlinear problems. There are also additional solvers that specialize in solving nonlinear problems (eg ANTIGONE, BARON).
Mit Hilfe von nichtlinearen ganzzahligen Optimierungsverfahren lassen sich Losgrößen ermitteln, mit denen ein Gesamtkos- tenminimum erzielt wird.
Wenn die Ganzzahligkeitsbedingungen der wr nicht vorausgesetzt werden, so reduziert sich das Optimierungsproblem auf ein einfacher zu lösendes reines nichtlineares Optimierungs¬ problem. In diesem Fall lassen sich mit reinen nichtlinearen Optimierungsverfahren gesamtkostenminimale Losgrößen ermitteln. Hierzu kann man beispielsweise die zur Lösung von ma¬ thematischen Problemen und von numerischen Berechnungen geeignete Software mit dem Namen „Matlab" zu Hilfe nehmen. Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Ausführungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde, so ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele einge¬ schränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. With the aid of non-linear integer optimization methods, it is possible to determine lot sizes that achieve a total cost minimum. If the integrality of w r not be assumed, then the optimization problem is reduced to a simple problem to be solved purely nonlinear optimization problem-¬. In this case, total cost-minimum lot sizes can be determined using pure nonlinear optimization methods. For this purpose, for example, the software known as "Matlab", which is suitable for solving mathematical problems and numerical calculations, may be used, although the invention has been illustrated and described in detail by the preferred embodiment disclosed examples be ¬ limited and other variations can be derived therefrom by the skilled artisan without departing from the scope of the invention.
Die Implementierung der vorstehend beschriebenen Prozesse oder Verfahrensabläufe kann anhand von Instruktionen erfol¬ gen, die auf computerlesbaren Speichermedien oder in flüchti- gen Computerspeichern (im Folgenden zusammenfassend als computerlesbare Speicher bezeichnet) vorliegen. Computerlesbare Speicher sind beispielsweise flüchtige Speicher wie Caches, Puffer oder RAM sowie nichtflüchtige Speicher wie Wechselda¬ tenträger, Festplatten, usw. The implementation of the processes and procedures described above may be based on instructions SUC ¬ gen, which (collectively referred to as computer readable storage) on computer readable storage media or volatile computer memories gen. Computer-readable memory, for example, volatile storage such as caches, buffers, or RAM and non-volatile memory as Wechselda ¬ pinion carrier, hard disks, etc.
Die vorstehend beschriebenen Funktionen oder Schritte können dabei in Form zumindest eines Instruktionssatzes in/auf einem computerlesbaren Speicher vorliegen. Die Funktionen oder Schritte sind dabei nicht an einen bestimmten Instruktions- satz oder an eine bestimmte Form von Instruktionssätzen oder an ein bestimmtes Speichermedium oder an einen bestimmten Prozessor oder an bestimmte Ausführungsschemata gebunden und können durch Software, Firmware, Microcode, Hardware, Prozes¬ soren, integrierte Schaltungen usw. im Alleinbetrieb oder in beliebiger Kombination ausgeführt werden. Dabei können verschiedenste Verarbeitungsstrategien zum Einsatz kommen, beispielsweise serielle Verarbeitung durch einen einzelnen Pro-
zessor oder Multiprocessing oder Multitasking oder Parallelverarbeitung usw. The functions or steps described above may be in the form of at least one instruction set in / on a computer-readable memory. The functions or steps are not tied to a particular instruction set or to a particular form of instruction sets, or to a particular storage medium or to a particular processor or to specific design schemes and can by software, firmware, microcode, hardware, Prozes ¬ sors, integrated circuits, etc. are carried out alone or in any combination. A variety of processing strategies can be used, such as serial processing by a single program. processor or multiprocessing or multitasking or parallel processing etc.
Die Instruktionen können in lokalen Speichern abgelegt sein, es ist aber auch möglich, die Instruktionen auf einem entfernten System abzulegen und darauf via Netzwerk zuzugreifen. The instructions may be stored in local memories, but it is also possible to store the instructions on a remote system and access them via network.
Der Begriff "Prozessor", "zentrale Signalverarbeitung", The term "processor", "central signal processing",
"Steuereinheit" oder "Datenauswertemittel " , wie hier verwen¬ det, umfasst Verarbeitungsmittel im weitesten Sinne, also beispielsweise Server, Universalprozessoren, Grafikprozesso¬ ren, digitale Signalprozessoren, anwendungsspezifische inte¬ grierte Schaltungen (ASICs) , programmierbare Logikschaltungen wie FPGAs, diskrete analoge oder digitale Schaltungen und be¬ liebige Kombinationen davon, einschließlich aller anderen dem Fachmann bekannten oder in Zukunft entwickelten Verarbeitungsmittel. Prozessoren können dabei aus einer oder mehreren Vorrichtungen bzw. Einrichtungen bzw. Einheiten bestehen. Besteht ein Prozessor aus mehreren Vorrichtungen, können diese zur parallelen oder sequentiellen Verarbeitung bzw. Ausführung von Instruktionen ausgelegt bzw. konfiguriert sein.
"Control unit" or "data evaluation means" as here USAGE ¬ det, processing means includes in the broad sense, that is, for example, servers, general purpose processors, Grafikprozesso ¬ ren, digital signal processors, application specific inte ¬ grated circuits (ASICs), programmable logic circuits, such as FPGAs, discrete analog or digital circuits and be ¬ undesirables combinations thereof, and any other processing means known in the art or developed in the future. Processors can consist of one or more devices or devices or units. If a processor consists of several devices, these can be designed or configured for the parallel or sequential processing or execution of instructions.