LAPEX — Ein rechnerunterstütztes Verfahren zur Betriebsmittelzuordnung PDF
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Forschung und Praxis· Band 70 Berichte aus dem Fraunhofer-Institut fur Produktionstechnik und Automatisierung, Stuttgart, und dem Institut fur Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb der Universitat Stuttgart Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. H. J. Warnecke Stephan Mayer LAPEX- Ein rechnerunterstutztes Verfahren zur Betriebsmittelzuordnung Mit 34 Abbildungen und 2 Tabellen Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York 1983 Dipl.-Ing. Stephan Mayer Institut fOr Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb der Universitiit Stuttgart Dr.-Ing. H. J. Warnecke o. Professor an der Universitiit Stuttgart Fraunhofer-Institut far Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart D93 ISBN-13: 978-3-540-12490-0 e-ISBN-13: 978-3-642-82066-3 001: 10.1007/978-3-642-82066-3 Das Werk ist urheberrechtlich geschatzt. Die dadurch begrOndeten Rechte, insbesondere die der Obersetzung, des Nachdrucks, der Entnahme von Abbildungen, der Funksendung, der Wiedergabe auf photomechanischem oder iihnlichem Wege und der Speicherung in Daten verarbeitungsanlagen bleiben, auch nur bei auszugsweiser' Verwendung, vorbehalten. Die VergotungsansprOche des § 54, Abs. 2 UrhG werden durch die "Verwertungsgesellschaft Wort", MOnchen, wahrgenommen. © Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg 1983. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, daB solche Namen im Sinne der Warenzeichen-und Markenschutz-Gesetzgebung als Irei zu betrachten waren und daher von jedermann benutzt werden dOriten. Gesamtherstellung: Copydruck GmbH, Offsetdruckerei, IndustriestraBe 1-3, 7251 Heimsheim, Telelon 07033/3825-26 2362/3020-543210 Geleitwort des Herausgebers Die Entwicklungen in der Produktionstechnik in den letzten Jahrzehnten haben entscheidend zur positiven wirtschaftlichen und sozialen Entwicklung in der Bundesrepublik Deutschland beigetragen. Die Produkti vi tat konnte jedes Jahr urn durchschnittlich etwa 3,5 % gesteigert werden. Mechanisierung und Automatisie- rung wurden und werden stetig weiter vorangetrieben. Wah rend es sich bisher jedoch urn Verbesserungen an ein zelnen Maschinen und Anlagen sowie Verfahren handelte, werden heute aIle Unternehmensbereiche erfaBt, und man ist bemliht, das gesamte System Unternehmen bzw. Produk tionsbetrieb zu optimieren. Das klassische Bemlihen urn Optimierung des Einsatzes und Zusammenwirkens der Pro duktionsfaktoren Mensch, Maschine und Material muB heute erweitert werden, urn die Berlicksichtigung sozialer Belange,gesetzlicher Auflagen, Probleme der Energiever sorgung, schnellen Veranderungen an den Produkten und auf den Markten sowie Sicherung der Qualitat und der Lieferfahigkeit. Von wissenschaftlicher Seite wird und muB dieses Bemlihen unterstlitzt werden durch die Entwicklung von Methoden und Vorgehensweisen zur systematischen Analyse und Ver besserung des Systems Produktionsbetrieb. Hier ist heute insbesondere auch der Fertigungsingenieur gefordert, nicht nur einzelne Maschinen und Verfahren zu beherrschen, sondern das gesamte komplexe System hinsichtlich der Ver knlipfung seiner Elemente durch zweckmaBigen Informations und MaterialfluB. Beispielhaft seien dazu nur hinsicht lich des Informationsflusses die heute gegebenen M6glich keiten der Datenerfassung und -verarbeitung in Ferti gungsplanung und -steuerung, an den einzelnen Produktionsanlagen sowie im Qualitatswesen'genannt. 1m MaterialfluB geht es urn richtige Auswahl und Ein satz von Fordermitteln, Forderhilfsmitteln sowie An ordnung und Ausstattung von Lagern. Der weiteren Auto matisierung in der Handhabung von Werkstucken und Werkzeugen sowie der Montage von Produkten wird in nachster Zukunft allergroBte Aufmerksamkeit geschenkt werden. Leistungsfahige Sensoren werden die Moglich keiten dafur sehr stark vergroBern. Die beiden vom Herausgeber geleiteten Institute, das Institut fur Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb der Universitat Stuttgart sowie das Fraunhofer-Institut fur Produktionstechnik und Automatisierung in Stuttgart, arbeiten in grundlegender und angewandter Forschung intensiv an den aufgezeigten Entwicklungen in der Pro duktionstechnik mit. Zur Umsetzung gewonnener Erkennt nisse wird die Schriftenreihe "IPA Forschung und Praxis" herausgegeben. Der vorliegende Band setzt diese Reihe fort, eine Ubersicht uber bisher erschienene Titel wird am SchluB dieses Bandes gegeben. Dem Verfasser sei fur die geleistete Arbeit gedankt, dem Springer-Verlag fur die Aufnahme dieser Schriften reihe in seine Angebotspalette und der Druckerei fur saubere und zugige Ausfuhrung. Moge das Buch von der Fachwelt gut aufgenommen werden. Hans-Jurgen Warnecke Vorwort Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatig keit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer Institut fUr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart. Herrn Professor Dr.-Ing. H.-J. Warnecke, dem Leiter des Instituts fUr industrielle Fertigung und Fabrik betrieb der Universitat Stuttgart, sowie Direktordes IPA danke ich herzlich fUr seine groBzUgige Unter stUtzung und die wertvollen Anregungen bei derDurch fUhrung dieser Arbeit. Herrn Professor Dr. techno F. Beisteiner danke ich fUr sein Interesse, fUr seine intensive Durchsicht dieser Arbeit und die wertvollen Hinweise, die sich daraus ergeben haben. DarUber hinaus gilt mein Dank allen Mitarbeitern des Instituts, die mich durch Diskussionsbereitschaftund Kritik beim Erstellen dieser Arbeit unterstUtzt haben. Insbesondere mochte ich den Herren Dr. -Ing. W. Dangelmaier, Dr.-Ing. B. Minten und Dipl.-Ing. E. Quaiser meinen herzlichen Dank aussprechen. Stuttgart 1982 Stephan Mayer INHALTSVERZEICHNIS Seite VERZEICHNIS DER ABKVRZUNGEN, FORMELZEICHEN UND EINHEITEN 12 1 AUFGABENSTELLUNG UND BEDEUTUNG DER LAYOUT OPTIMIERUNG IN DER FABRIKPLANUNG 18 2 WIRTSCHAFTLICHE MOGLICHKEITEN UND GRENZ EN DER LAYOUTOPTIMIERUNG 21 2.1 BEDEUTUNG DER TRANSPORTKOSTEN 21 2.2 ZIELFUNKTION DER LAYOUTOPTIMIERUNG 22 2.3 WIRTSCHAFTLICHKEIT 24 3 LOSUNGSANSATZE UND MATHEMATISCHE FORMU LIERUNG DES PROBLEMS DER LAYOUTOPTIMIERUNG 26 3.1 LOSUNGSANSATZE AUF DER BASIS DES KLAS SISCHEN STANDORTPROBLEMS 26 3.2 PRAXISGERECHTE MATHEMATISCHE FORMULIERUNG 27 3.2.1 FORMULIERUNG DER ZIELFUNKTION 28 3.2.2 FORMULIERUNG DER RESTRIKTIONEN 31 3.3 AUSWAHL EINES PRAXISGERECHTEN LOSUNGS PRINZ IPS 32 3.3.1 GRAPHISCHE VERFAHREN 33 3.3.2 ANALYTISCHE VERFAHREN 34 3.3.3 HEURISTISCHE VERFAHREN 35 3.3.3.1 KONSTRUKTIVE VERFAHREN 36 3.3.3.2 VERTAUSCHUNGSVERFAHREN 38 4 VERGLEICHENDE BEURTEILUNG RECHNERUNTER STVTZTER HEURISTISCHER VERTAUSCHUNGSVER FAHREN ZUR LAYOUTOPTIMIERUNG 40 4.1 FESTLEGUNG EINES KRITERIENKATALOGES 40 4.2 BEURTEILUNG BESTEHENDER VERTAUSCHUNGS VERFAHREN 49 - 10 - Seite 4.2.1 CRAFT-PROGRAMM .49 4.2.2 PREP-VERFAHREN 56 4.2.3 VERFAHREN NACH HILLIER 61 4.3 ZUSAMMENFASSUNG UND KONSEQUENZEN FUR WEITERE ENTWICKLUNGEN 64 5 ENTWICKLUNG DES VERFAHRENS LAP EX 67 5.1 GRUNDLEGENDE KONZEPTION 67 5.2 MATHEMATISCHE FORMULIERUNG DER VERTAU SCHUNGSBEDINGUNGEN 70 5.2.1 BEDINGUNGEN FUR AUS FLAcHENELEMENTEN GEBILDETE BLOCKE 70 5.2.2 BEDINGUNGEN FUR FLAcHENELEMENTE ZUR EINFACH-KOMBINIERTEN VERTAUSCHUNG 72 5.2.3 BEDINGUNGEN FUR VERSCHIEBBARE FLAcHEN ELEMENTE 73 5.2.4 BEDINGUNGEN FUR DECKUNGSGLEICHE FLAcHEN ELEMENTE 75 5.2.5 MENGENGLIEDERUNG DER VERTAUSCHBAREN FLAcHENELEMENTE 76 5.3 AUFBAU UND STRUKTUR 77 5.3.1 STEUER BLOCK LAPEX 78 5.3.2 SUCH- UND ERKENNUNGSFUNKTIONEN 87 5.3.2.1 FUNKTIONSBLOCK ZUR ERKENNUNG MEHRFACH KOMBINIERTER VERTAUSCHUNGSMOGLICHKEITEN (BLOCKVERTAUSCHUNGSMOGLICHKEITEN) 87 5.3.2.2 FUNKTIONSBLOCK ZUR ERKENNUNG VON EINFACH KOMBINIERTEN VERTAUSCHUNGSMOGLICHKEITEN 89 5.3.2.3 FUNKTIONSBLOCK ZUR ERKENNUNG VON VER SCHIEBEMOGLICHKEITEN 89 5.3.2.4 FUNKTIONSBLOCK ZUR ERKENNUNG DECKUNGS GLEICHER VERTAUSCHUNGSMOGLICHKEITEN 90 5.3.3 ENTSCHEIDUNGS- UND REALISIERUNGSFUNK TIONEN 91 5.3.3.1 FUNKTIONSBLOCK ZUR MEHRFACH-KOMBINIERTEN VERTAUSCHUNG (BLOCKVERTAUSCHUNG) 91 5.3.3.2 FUNKTIONSBLOCK ZUR EINFACH-KOMBINIERTEN VERTAUSCHUNG 95 - 11 - Seite 5.3.3.3 FUNKTIONSBLOCK ZUR VERSCHIEBUNG VON BM FLACHEN 97 5.3.3.4 FUNKTIONSBLOCK ZUR VERTAUSCHUNG DECKUNGS GLEICHER BM 99 5.3.4 HILFSFUNKTIONEN 99 5.3.4.1 FUNKTIONSBLOCK ZUR ELIMINIERUNG MEHRFACH GEFUNDENER, GLEICHBEDEUTENDER VERTAU SCHUNGSMOGLICHKEITEN 100 5.3.4.2 FUNKTIONSBLOCK FUR SORTIEROPERATIONEN 101 6 PRAXISANWENDUNG DES VERFAHRENS LAPEX 102 7 BEURTEILUNG DES VERFAHRENS LAPEX 104 7.1 KRITERIUM K 1 (MINIMIERUNG DER GESAMT TRANSPORTLEISTUNG BZW. SENKUNG DER ER FORDERLICHEN GESAMTTRANSPORTLEISTUNG) 104 7.2 KRITERIUM K 2 (REALITATSTREUE DER AB BILDUNG) 107 7.3 KRITERIUM K 3 (RECHENZEIT- UND SPEICHER PLATZBEDARF) 109 7.4 KRITERIUM K 4 (UMFANG DER NOTWENDIGEN EINGABEDATEN UND QUALITAT DER AUSGABE DATEN) 111 7.5 KRITERIUM K 5 (KAPAZITAT DES VERFAHRENS) 113 7.6 ANWENDUNGSKOSTEN FUR DAS VERFAHREN LAPEX 114 8 ZUSAMMENFASSUNG 116 9 SCHRIFTTUMSVERZEICHNIS 119 10 ANHANG 127 - 12 - VERZEICHNIS DER ABKURZUNGEN, FORMELZEICHEN UND EINHEITEN ABKURZUNGEN Zeichen Bedeutung ALDEP Verfahren zur Layoutoptimierung (automated ~ayout Design Erogram) AWF AusschuB flir wirtschaftliche Fertigung bit kleinste logische Informations einheit BLOTAU Hilfsfunktion zum Funktionsblock DOBLOC BM Betriebsmittel Byte Informationseinheit (= 8 bit) CELLCON Verfahren zur Layoutoptimierung CORELAP Verfahren zur Layoutoptimierung (Computer Related Layout Elanning) CRAFT Verfahren zur Layoutoptimierung (Qomputerized Relative allocation of Eacilities Technique) DO BLOC Funktionsblock zur Durchflihrung mehrfach-kombinierter Vertauschungen DOGLEI Funktionsblock zur Durchflihrung deckungsgleicher Vertauschungen DOKOMB Funktionsblock zur Durchflihrung einfach-kombinierter Vertauschungen DOSCHI Funktionsblock zur Durchflihrung von Verschiebungen DRUCK Hilfsfunktion zum Ausdruck des Layouts
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