Mehrstufige Produktionsplanung in Abstraktionshierarchien auf der Basis relationaler Informationsstrukturen

374 Pages·1991·10.243 MB·German

by  Dr. Robert Winter (auth.)

8etriebs- und Wirtschaftsinformatik
Herausgegeben von
H. R. Hansen H. Krallmann P. Mertens A.-W. Scheer
D. Seibt P. Stahlknecht H. Strunz R. Thome
Robert Winter
Mehrstufige Produktions
planung in Abstraktions
hierarchien auf der Basis
relationaler Informations
strukturen
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York London Paris
Tokyo Hong Kong Barcelona Budapest
Dr. Robert Winter
Institut fur Wirtschaftsinformatik
Johann Wolfgang Goethe-Universitlit
Postfach 111932
6000 Frankfurt a. M. 11, FRG
ISBN-13: 978-3-540-53546-1 e-ISBN-13:978-3-642-84391-4
001: 10.1007/978-3-642-84391-4
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© Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1991
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2142-3140-54321 0 -Gedruckt auf saurefreiem Papier
VORWORT
Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit als Wissenschaftlicher Mitarbeiter
am Institut fUr Wirtschaftsinformatik der Johann Wolfgang Goethe - Universitat Frankfurt.
Sie stellt in allen wesentlichen Punkten eine gekurzte Fassung meiner Dissertation
"Mehrstufige Produktionsplanung in Abstraktionshierarchien - Modellansatze auf der Basis
relationaler Informationsstrukturen" dar. Die Dissertation wurde von Prof.Dr. G. Muller
(Frankfurt) und Prof. Dr. J. Niedereichholz (Mannheim) begutachtet und lag als schriftliche
Prufungsleistung meiner Promotion zum Dr.rer.pol. am Fachbereich Wirtschaftswissen
schaften der Johann Wolfgang Goethe -Universitat Frankfurt am 15.11.1989 zugrunde.
Der Umfang der Dissertation legte es nahe, einige detaillierte Analysen mit primar aufar
beitendem Charakter "auszulagern" und in Form von Arbeitsberichten des Instituts fUr Wirt
schaftsinformatik der Johann Wolfgang Goethe - Universitat zu veroffentlichen. Die vier Ar
beitsberichte sind unter dem Titel
1) "Der Ansatz des Massachusetts Institute of Technology zur mehrstufigen Produktions
planung" (Arbeitsbericht 89-01, Oktober 1989),
2) "Der Ansatz des Linkoping Institute of Technology zur mehrstufigen Produktionspla
nung" (Arbeitsbericht 89-02, November 1989),
3) "Management Science- / Operations Research-Ansafze zur mehrstufigen Produktions
planung auBerhalb des MIT bzw. des LIT" (Arbeitsbericht 90-01, Januar 1990) und
4) "Ansatze der Kunstlichen Intelligenz zur mehrstufigen Planung" (Arbeitsbericht 90-02,
Februar 1990)
erschienen und konnen uber den Autor bezogen werden. Da nur die wichtigsten Ergeb
nisse dieser Arbeitsberichte in der vorliegenden Untersuchung enthalten sind, wird in be
zug auf eine vollstandigere Literaturanalyse sowie eine detalliertere bzw. umfassendere
Darstellung auf die Arbeitsberichte verwiesen.
Selbstverstandlich umfaBt die vorliegende Untersuchung aile Untersuchungen, die sich
unmittelbar auf mehrstufige Produktionsplanung in Abstraktionshierarchien auf der Basis
relationaler Informationsstrukturen beziehen, in vollstandiger Form (die Auslagerung bezog
sich nur auf Kapitel, die eher aufarbeitenden Charakter haben). Eine Betrachtung der Ar
beitsberichte erscheint deshalb zwar als Erganzung der vorliegenden Arbeit empfehlens
wert, ist aber zu ihrem Verstandnis keinesfalls notwendig.
Rodgau, im Juni 1990 Robert Winter
INHALTSVERZEICHNIS
Inhaltsverzeichnis VII
Verzeichnis der Bezeichnungen fOr Relationen und Attribute XIII
Abkurzungsverzeichnis XVII
Abbildungsverzeichnis XIX
1 Einleitung
11 Aktuelle Tendenzen in der Produktionsplanung 2
12 Mehrstufige Ansatze zur Planung der Produktion 3
121 Vorteile mehrstufiger Planungsansatze 3
122 Nachteile mehrstufiger Planungsansatze 5
123 Beurteilung mehrstufiger Planungsansatze 7
131nhaltliche Beschrankungen der Untersuchung 8
14 Ziele und Vorgehensweise der Untersuchung 9
141 Einordnung, Anspruch und Ziele der Untersuchung 9
142 Vorgehensweise und Inhaltsubersicht 11
2 Grundlegende Konzepte hierarchischer Planung 13
21 Konzepte zur Problemabstraktion 16
211 Abstraktionsdimensionen 19
2111 Aggregation 20
2112 Generalisierung 21
2113 Assoziation 22
2114 Klassifikation 26
2115 Selektion 26
2116 "Abstraktion" als integratives Konzept 28
212 Detaillierung als Umkehrung der Abstraktion 32
2121 Formen und Voraussetzungen der Detaillierung 32
21221nkonsistenz und Unzulassigkeit der Detaillierung 34
2123 MaBnahmen zur Vermeidung Abstraktions-induzierter Inkonsistenz 38
213 Abstraktionsmoglichkeiten in Planungsproblemen 40
2131 Abstraktion von Entscheidungsvariablen 42
21311 Abstraktion der Bearbeitungsvorgange 45
21312 Abstraktion der bearbeiteten Teile bzw. Produkte 47
21313 Abstraktion der Zeitbezuge der Bearbeitungen 49
2132 Abstraktion von Restriktionen 50
21321 Abstraktion der restriktiven Ressourcen 55
21322 Abstraktion der durch Restriktionen betroffenen Aktivitaten 58
21323 Abstraktion des Zeitbezugs der Restriktionen 59
2133 Abstraktion von Zielen 59
VIII
2134 Abstraktion von Problemen 60
2135 Zielwirkungen der Abstraktion 62
214 Implementierung der Abstraktion 64
2141 Abstraktionsprozeduren 64
21411 Identifikation von Mengen ahnlicher Objekte 65
21412 Generierung von Stellvertreter -Objekten 66
21413 RedundanzprOfung zur Selektion von Restriktionen
und Entscheidungsvariablen in linearen Problem en 68
21414 ProzeBbOndelung zur indirekten Selektion von Restrik-
tionen in linearen Problemen 68
21415 Andere Abstraktionsprozeduren 69
2142 AbstraktionsausmaB und AbstraktionsgOte 71
2143 Anforderungen an ein Abstraktionskonzept 73
2144 Validierung von Abstraktionskonzepten 75
22 Konzepte zur Problemzerlegung 78
221 Analyse hierarchischer Strukturen 78
2211 "Strata" als Abstraktionsebenen 79
2212 "Layers" als Problemlosungsebenen 80
2213 "Echelons" als Organisatorische Einheiten 82
2214 "Ebenen" als integratives Strukturierungskonzept 84
2215 Vorteile der hierarchischen Interpretation von Problemen der
Produktionsplanung 85
222 Dekomposition von Planungsproblemen 87
2221 Horizontale Dekomposition 88
2222 Vertikale Dekomposition 91
2223 Dekomponierbarkeit 94
23 Konzepte zur Problemlosungskoordination 97
231 Grundkonzepte hierarchischer Koordination 98
2311 Koordination durch Vorgabe 99
23111 Einseitige primale Koordination 100
23112 Einseitige duale Koordination 101
23113 Gemischte Primal-duale Koordination 101
23114 Bewertung 102
2312 Koordination durch ROckkopplung 103
2313 Koordination durch wechselseitige Abstimmung 106
232 Sonderformen der Koordination 108
2321 "Nachtragliche" Koordination 108
2322 Direkte Verfeinerung 109
IX
233 Koordinierbarkeit und Konsistenz 110
2331 Erscheinungsformen der Inkonsistenz 113
2332 Moglichkeiten zur Konsistenzsicherung 115
24 8egriffliche Systematisierung hierarchischer Planung als Grundlage von
Konstruktionsstrategien fUr mehrstufige Planungssysteme 117
3 Analyse von MSjOR-, KI- und PPS-Konzepten zur mehrstufigen Planung im
Produktionsbereich 121
31 Mehrstufige Planungskonzepte des Management Science j Operations
Research 122
311 Ansatz des Massachusetts Institute of Technology 123
312 Ansatz des Linkoping Institute of Technology 127
313 Kombination abstrakter Entscheidungsregeln mit Detaillie-
rungsverfahren 131
314 Verwendung von Entscheidungsregeln auf unterschiedlichen
Abstraktionsniveaus 134
315 Andere mehrstufige MSjOR-Planungskonzepte 136
32 Mehrstufige Planungskonzepte der Kunstlichen Intelligenz 142
321 Planung als Form der Problemlosung 142
322 Ausgewahlte mehrstufige KI-Planungskonzepte 144
3221 STRIPS 144
3222 A8STRIPS 146
3223 NOAH 149
3224 MOLGEN 151
3225 ISIS 154
3226 SIPE 157
323 Entwicklungslinien wissensbasierter Planung 161
324 Gegenuberstellung konventioneller und wissensbasierter Konzepte
mehrstufiger Planung 163
33 Mehrstufige Konzepte in computergestUtzten Produktionsplanungs-und
-steuerungssystemen 168
331 Generelle Strukturierung der computergestutzten Produktions-
planung und -steuerung 168
332 Hierarchisierungsalternativen im PPS-8ereich 171
3321 Identifikation natUrlicher" Problemlosungshierarchien 171
I
3322 Analyse starker und schwacher Kopplungen als Grundlage
der Problemdekomposition 172
3323 Ableitung einer hierarchischen Problemlosungsstruktur 174
3324 Entwurf von Abstraktionsverfahren 175
3325 Konsistenzsicherung der Teilplane 176
x
333 "Grobplanung" als Erweiterung detaillierter PPS-Konzepte 176
334 Manufacturing Resources Planning als hierarchische VerknOpfung
von Regelkreisen 180
3341 Material Requirements Planning (M F~P) 180
3342 Manufacturing Resources Planning (MRP II) 183
34 Grundlegende Aspekte eines Integrationskonzepts 185
341 Generelles Konzept 186
342 Erweiterung um den Aspekt integrativer Datenverwaltung 189
343 Erweiterung um den Aspekt der Benutzereinbeziehung 192
35 Beschrankung auf ein reprasentatives Beispielproblem 195
351 Charakterisierung des Beispielproblems 197
352 Bestehende Teil-und Insellosungen 202
3521 IntegrationswOrdigkeit von Teil-uncllnsellosungen 202
3522 Integrationsfahigkeit ausgewahlter Teil-und Insellosungen 203
4 Modellierung des Integrationskonzepts 207
41 EntscheidungsunterstOtzungsaspekt 208
42 Reprasentationsaspekt 212
421 Reprasentation von Daten 214
4211 Semantische Konstruktionsoperatoren fOr Datenstrukturen 215
4212 Implementierung der modellierten Datenstrukturen 221
422 Reprasentation von Modellen 226
423 Reprasentation von Constraints 228
424 Wiederverwendbarkeit und Reprasentation 231
43 Problemlosungsaspekt 231
44 Hierarchieaspekt 235
441 Integration von Material-und Kapazitatsplanung 236
442 Planung in Kritikalitats-basierten Abstraktionshierarchien 238
443 Ermittlung und Oberarbeitung von Kritikalitaten 240
444 Weitere Formen der Abstraktion in der PI81nung 241
45 Modellierung von Datenstrukturen als Planungsumgebung 242
451 Reprasentation grundlegender Strukturen 244
4511 Konzeptuelles Schema 245
4512 Logisches Schema 248
45121 Modellierung physischer Relationen 249
45122 Modellierung virtueller Relationen 251
45123 Modellierung von Integritatsregeln 253
452 Reprasentation von Planungsabstraktionen 255
4521 Aggregation 260
4522 Generalisierung 264
XI
4523 Assoziation 266
4524 Selektion 271
4525 Verknupfung von Abstraktions-Sichten zu Abstraktions
Hierarchien 276
453 Reprasentation von Planungsprozeduren 277
4531 Brutto /Netto-Rechnung 281
4532 Losbildung und Vorlaufverschiebung 283
4533 Bedarfsauflosung 287
4534 Verknupfung von Primarbedarfsperioden und von
Fertigungsstufen 289
454 Reprasentation von Meta-Daten 292
46 Modellierung von Planungswerkzeugen 295
461 Relationale Informationsstrukturen als Benutzer- und
Anwendungsschnittstelle 296
4611 Schema-Zuordnung von Abstraktions-und Planungssichten 296
4612 Anderungen in virtuellen Schnittstellenrelationen 299
462 Generierung und Verfeinerung von Plan-Prototypen 302
4621 Generierung von Planauftragen 303
4622 Glattung von Kundenauftragen 306
4623 Modifikation und Verfeinerung von Planen 309
463 Zulassigkeitsprufung 310
4631 Zulassigkeit in bezug auf Werkzeugbedarfe 311
4632 Zulassigkeit in bezug auf Verfahrensbedarfe 312
4633 Zulassigkeit in bezug auf Personalbedarfe 314
4634 Zulassigkeit in bezug auf Kaufteil-und Rohstoffbedarfe 315
4635 Zulassigkeit in bezug auf samtliche Material-und Kapazi-
tatsbedarfe 317
464 Bedarfsverfolgung 318
465 Planung bei komplexen Fertigungsstrukturen bzw. bei varianten-
reichem Produktprogramm 323
4651 Konventionelle Ansatze zur Losung des Variantenproblems 324
4652 Generische Fertigungsplane und ihre Integration in die
Material-und Kapazitatsplanung 326
5 Zusammenfassung und Ausblick 329
51 Zusammenfassung der Ergebnisse 329
52 Bewertung der Ergebnisse und Ausblick . 335
Literaturverzeichnis 339
VERZEICHNIS DER BEZEICHNUNGEN FOR RELATIONEN UND ATTRIBUTE
AbsAnteil Absatzanteil (Attribut in AbsHist)
AbsHist Absatzmengenverteilung (physische Relation)
AbsHistlnt Integritatsbedingung fUr AbsHist
Auftrag Auftrag (physische Relation)
Auftraglnt Integritatsbedingung fUr Auftrag
Ausb Ausbildung (Attribut von Mitarb)
Baugr Baugruppe (virtuelle Relation)
Baugrlnt Integritatsbedingung fOr Baugr
BausFertPlan Bausatzfertigungsplan (virtuelle Relation)
BausNr Bausatznummer (Attribut von BausPlan)
BausPlan Bausatzplan (physische Relation)
BelSpitze Belastungsspitze (virtuelle Relation)
BelTal Belastungstal (virtuelle Relation)
FertPlan Fertigungsplan (virtuelle Relation)
FertPlanlnt Integritatsbedingung fUr FertPlan
FertPlanStv Fertigungsplan einschl. Produktgruppenstellv. (virtuelle Relation)
FertZ Fertigungszeit (Attribut in Prod und Baugr)
GeglAuftrag Geglatteter Auftrag (virtuelle Relation)
HerstKst Herstellkosten (Attribut in Prod und Baugr)
KapBed Kapazitatsbedarf (virtuelle Relation)
KapGrBed Kapazitatsgruppen-Bedarfsprofil (virtuelle Relation)
KapGrNr Kapazitatsgruppennummer (Attribut in verschiedenen Relationen)
KapGrPlan Kapazitatsgruppenplan (physische Relation)
KapGrPlanlnt Integritatsbedingung fUr KapGrPlan
Kauft Kaufteil (virtuelle Relation)
Kauftlnt Integritatsbedingung fUr Kauft
KauftRohstBed Kaufteil- bzw. Rohstoffbedarf (virtuelle Relation)
KauftRohstBedKum Kumulierter Kaufteil- bzw. Rohstoffbedarf (virtue lie Relation)
KauftRohstUnzul Kaufteil- bzw. Rohstoffunzulassigkeit (virtuelle Relation)
KaufPr Kaufpreis (Attribut in Kauft und Rohst)
KdName Kundenname (Attribut in Kunde)
KdNr Kundennummer (Attribut in Kunde und Auftrag)
KumAbsAnteil Kumulierter Absatzanteil (Attribut in PrGrKumAbs)
Kunde Kunde (physische Relation)
Lag Best Lagerbestand (virtuelle Relation)
LagBestint Integritatsbedingung fUr Lag Best
LagBestKum Kumulierter Lagerbestand (virtuelle Relation)