Opportunistische Koordinierung bei Werkstattfertigung: Ein Ansatz auf der Basis von Multiagentensystemen PDF
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Information – Organisation – Produktion Ralf Gössinger Opportunistische Koordinierung bei Werkstattfertigung Ein Ansatz auf der Basis von Multiagentensystemen Gössinger Opportunistische Koordinierung bei Werkstattfertigung GABLER EDITION WISSENSCHAFT Information - Organisation - Produktion Herausgegeben von Professor Dr. Hans Corsten, Professor Dr. Michael Reiß, Professor Dr. Clous Steinle und Professor Dr. Stephan Zelewski Die Schriftenreihe präsentiert Konzepte, Modelle und Methoden zu drei zentralen Domänen der Unternehmensführung. Information, Organisation und Produktion werden als Bausteine eines integriert angelegten Management-systems verstanden. Der Erforschung dieses Bereiches dienen sowohl theoretische als auch anwendungsorientierte Beiträge. Ralf Gössinger Opportunistische Koordinierung bei Werkstattfertigung Ein Ansatz auf der Basis von Multiagentensystemen Mit einem Geleitwort von Univ. -Prof. Dr. habil. Hans Corsten Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH Die Deutsche Bibliothek- CIP-Einheitsaufnahme Gössinger, Ralf: Opportunistische Koordinierung bei Werkstattfertigung : ein Ansatz auf der Basis von Multiagentensystemen I Ralf Gössinger. Mit einem Geleitw. von Hans Corsten. -1. Aufl.. (Gabler Edition Wissenschaft : Information - Organisation - Produktion) Zugl.: Kaiserslautern, Univ., Diss., 2000 ISBN 978-3-8244-7294-9 ISBN 978-3-322-99216-1 (eBook) DOI 10.1007/978-3-322-99216-1 1. Auflage Dezember 2000 Alle Rechte vorbehalten © Springer Fachmedien Wiesbaden 2000 Ursprünglich erschienen bei Betriebswirtschaftlicher Verlag Dr. Th. Gabler GmbH, Wiesbaden, und Deutscher Universitäts-Verlag GmbH, Wiesbaden, 2000 Lektorat: Brigitte Siegel I Jutta Hinrichsen Das Werk einschließlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung außerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlage.~ unzulässig und strafbar. Das gilt insbeson dere für Vervielfältigungen, Ubersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. www.gabler.de www.duv.de Höchste inhaltliche und technische Qualität unserer Produkte ist unser Ziel. Bei der Produktion und Verbreitung unserer Bücher wollen wir die Umwelt schonen. Dieses Buch ist deshalb auf säure freiem und chlorfrei gebleichtem Papier gedruckt. Die Einschweißfolie besteht aus Polyäthylen und damit aus organischen Grundstoffen, die weder bei der Herstellung noch bei der Verbren nung Schadstoffe freisetzen. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Na men im Sinne aer Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei ZU betrachten wä ren und daher von jedermann benutzt werden dürften. ISBN 978-3-8244-7294-9 V Geleitwort Fragen der Werkstattfertigung stellen seit mehreren Jahrzehnten ein zentrales Forschungsge biet der Produktionswirtschaft dar. EDV -gestützte Produktionsplanungs- und -steuerungssy steme basieren in der Regel auf dem MRP !I-Konzept, das zwar das Spektrum der PPS Teilaufgaben abzudecken vermag, dessen Anwendungsbereich jedoch in der Großserien-und Massenfertigung liegt. Für Einzel- und Kleinserienfertigung erweist sich dieses Konzept ins besondere im Rahmen der Termin- und Kapazitätsplanung als ungeeignet, eine Erkenntnis, die dazu führte, daß in der Literatur eine Vielzahl von Ansätzen entwickelt wurde, die das Ziel einer partiellen Verbesserung dieser Systeme verfolgten. Ein zentrales Problem ist dabei die Unsicherheit über das Auftreten von Störungen, die mit der Konsequenz einhergehen kön nen, daß der ursprünglich erstellte Plan ungültig wird und folglich erneut (Um-)Planungs aktivitäten erforderlich werden. Konzepte der Umplanung verzichten auf die Berücksichti gung der Flexibilität eines Produktionssystems. Für komplexe Produktionssysteme, die ein hohes Störungspotential besitzen, erscheint es jedoch zweckmäßig, diese Flexibilität bereits ex ante zu berücksichtigen. Um dies zu ermöglichen, greift Ralf Gössinger in seiner Arbeit auf das Konzept der opportunistischen Koordinierung zurück, das von Fox und Kempf vorge schlagen wurde. Ziel seiner Überlegungen ist es dabei, einerseits das Konzept der opportuni stischen Koordinierung in formaler Weise zu modellieren und anderseits bedingt durch die "natürliche Verteiltheit" der Problemkonstituenten einen Lösungsansatz auf der Grundlage ei nes Multiagentensystems zu entwickeln. Damit bearbeitet der Autor nicht nur ein äußerst an spruchsvolles, sondern gleichzeitig ein aktuelles Problem. Um eine problemspezifische Konkretisierung der opportunistischen Koordinierung vorzu nehmen, greift der Autor auf produktionstheoretisches Gedankengut und Ansätze aus der Fle xibilitätsforschung zurück. Im Rahmen des Entwurfs eines verteilten Lösungsansatzes bildet zunächst die Darstellung der Grundstruktur eines Multiagentensystems die Grundlage seiner Überlegungen. Für die vorliegende Problemstellung greift er auf die Architektur eines erwei terten Kontraktnetzsystems der Koordinatorvariante zurück und entwickelt entsprechende Lö sungsverfahren für Auftrags-, Bearbeitungs-, Transport- und Lageragenten sowie die jeweili gen Koordinationsagenten. Den Abschluß der vorliegenden Arbeit bildet eine Untersuchung der Leistungsfähigkeit der opportunistischen Koordinierung, mit der die beiden folgenden Ziele verfolgt werden: VI - In einem ersten Schritt soll die generelle Einsatzfähigkeit der opportunistischen Koordinie rung im Rahmen der Werkstattfertigung geklärt werden, um dann - in einem zweiten Schritt einen Leistungsvergleich mit ausgewählten Prioritätsregeln vor zunehmen. Eine simulationsgestützte vergleichende Analyse des Steuerungsverhaltens von opportunisti scher Koordinierung und ausgewählten Prioritätsregeln zeigt dabei, daß die opportunistische Koordinierung hinsichtlich der Mehrzahl der zugrunde gelegten Ziele zu besseren Ergebnis sen gelangt als die "konventionelle" Werkstattsteuerung. Ralf Gössinger legt mit dieser Arbeit einen bedeutenden Forschungsbeitrag für die Produkti onsplanung und -Steuerung bei Werkstattfertigung vor, die sowohl für die Theorie als auch für die Praxis von hoher Bedeutung ist. Ich wünsche der vorliegenden Arbeit eine weite Verbrei tung in Wissenschaft und Praxis. Univ.-Prof. Dr. habil. Hans Corsten VII Vorwort Die Planung und Steuerung von Prozessen im Rahmen der Werkstattfertigung bildet eine zentrale produktionswirtschaftliche Fragestellung. Unerwartet auftretende Störungen und die damit einhergehenden negativen Wirkungen auf die Produktion stellen dabei ein für diesen Organisationstyp bedeutsames reales Problem dar. Die opportunistische Koordinierung knüpft an diesen Sachverhalt an, indem sie die Flexibilität des Produktionssystems explizit in die Überlegungen einbezieht und somit für eine Störungsbehandlung zugänglich macht. Zur pro blemspezifischen Konkretisierung und Evaluierung dieses Metakonzepts werden in der vor liegenden Arbeit einerseits produktionstheoretische Erkenntnisse und anderseits Multiagen tensysteme, ein Forschungsansatz auf dem Gebiet der verteilten künstlichen Intelligenz, als theoretische Grundlagen herangezogen. Die vorliegende Arbeit entstand während meiner Tätigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Produktionswirtschaft der Universität Kaiserslautem und wurde im Som mersemester 2000 vom Fachbereich Sozial- und Wirtschaftswissenschaften der Universität Kaiserslautern als Dissertation angenommen. Meinem verehrten akademischen Lehrer und Doktorvater, Herrn Univ.-Prof. Dr. Hans Corsten, danke ich für seine Förderung, die mich sowohl in fachlicher als auch in persönlicher Hinsicht von der ersten Zeile an begleitete. Ebenfalls sei Herrn Univ.-Prof. Dr. Hans-Dietrich Haasis für die Bereitschaft zur Übernahme der Zweitberichterstattung herzlich gedankt. Meinen Kollegen Dipl.-Kfm. Martin Klose und Dipl.-Kfm. Dr. Stephan Stuhlmann danke ich für die kritische Durchsicht und Diskussion des Manuskriptes. Der Aufwand von Simulationsstudien wird häufig unterschätzt; für die geduld same Hilfe bei der Erstellung des Simulationsmodells und bei Voruntersuchungen bin ich Herrn Dipl.-Wirtsch.-Ing. Sven Müller zu Dank verpflichtet. Einen besonderen Dank möchte ich meinen Eltern zuteil werden lassen, die mir die Option auf akademische Ausbildung stets offenhielten. Ihnen sei dieses Buch gewidmet. Meiner lie ben Frau Doreen danke ich für die umfangreiche Hilfe während der ,heißen Phase' der Fertig stellung dieser Arbeit, vor allem aber für die verständnisvolle Begleitung seit unserer gemein samen Studienzeit. Ralf Gössinger IX Inhaltsverzeichnis Abbildungsverzeichnis ........................ ............................................... ............................. ....... XI Tabellenverzeichnis ............................................................................................................... XV Anhangverzeichnis ............................................................................................................. XVII 1 Motivation der Arbeit .......................................................................................................... 1 2 Opportunistische Koordinierung als konzeptioneller Rahmen .. ..................... ....... ............ 15 2.1 Grundkonzeption ....................................................................................................... 15 2.2 Inhaltliche Konkretisierung ..... ............................. ................. ............................. ....... 28 2.2.1 Produktionstheoretisch fundierte Modeliierung des Handlungsrahmens ....... ............ ........................ .......... ......... .................... 29 2.2.1.1 Ressourcen ....................................................................................... 32 2.2.1.1.1 Bearbeitungseinheiten ................................................... 32 2.2.1.1.2 Zwischenlager ................................................................ 43 2.2.1.1.3 Transportmittel .............................................................. 49 2.2.1.2 Aufträge ........................................................................................... 57 2.2.2 Konkretisierung von Entscheidungskriterien .. .... .................... ...................... 68 3 Multiagentensystem zur Unterstützung der Koordination von Produktionsprozessen .. .. ......................................................... .................... ................ 85 3.1 Verteiltes Problemlösen auf der Grundlage von Multiagentensystemen .................. 85 3.1.1 Grundstruktur eines Multiagentensystems .................................................... 87 3.1.2 Systemarchitekturen ...................................................................................... 91 3.2 Entwurf eines problemspezifischen Multiagentensystems ..................................... 100 3.2.1 Elemente ...................................................................................................... 101 3.2.2 Funktionsweise ............................................................................................ 108 X 3.2.2.1 Koordination der Bearbeitungsvorgänge ....................................... 108 3.2.2.1.1 Verrnittlungsprozeß ..................................................... 109 3.2.2.1.1.1 Interagentenebene ................................... 109 3.2.2.1.1.2 Intraagentenebene ................................... 110 3.2.2.1.2 Verhandlungsprozeß .................................................... 118 3.2.2.1.2.1 Interagentenebene ................................... 118 3.2.2.1.2.2 Intraagentenebene ................................... 121 3.2.2.2 Koordination der Zwischenlagerungsvorgänge ............................. 133 3.2.2.2.1 Interagentenebene ........................................................ 134 3.2.2.2.2 Intraagentenebene ........................................................ 136 3.2.2.3 Koordination der Transportvorgänge ............................................ 145 3.2.2.3.1 Interagentenebene ........................................................ 146 3.2.2.3.2 Intraagentenebene ........................................................ 151 4 Beurteilung der Leistungsfähigkeit auf der Grundlage von Simulationen ...................... 165 4.1 Simulationsmodell .................................................................................................. 165 4.2 Simulationsexperimente .......................................................................................... 175 5 Abschließende Bemerkungen .......................................................................................... 196 Anhänge ............................................................................................................................... 201 Symbolverzeichnis ............................................................................................................... 249 Literaturverzeichnis .............................................................................................................. 277
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