Software Engineering im Produktionsbereich

460 Pages·1983·7.152 MB·German

by  Prof. Dr. Karl Kurbel (auth.)

Kurbel
Software Engineering im Produktionsbereich
neue betriebswirtschaftliche
forschung
Unter diesem Leitwort gibt GABLER jungen Wissenschaftlern die
Moglichkeit. wichtige Arbeiten auf dem Gebiet der Betriebswirtschafts
lehre in Buchform zu verOffentlichen. Oem interessierten Leser werden
damit Monographien vorgestellt. die dem neuesten Stand der wissen
schaftlichen Forschung entsprechen.
Band 1 Dr. Andre Bebie Band 16 Dr. Kurt Gollert
Kiiuferverhalten und Marketing-Entscheidung Sozialbilanzen -
Grundlagen im geltenden Recht
Band 2 Dr. Peter M. Rudhart
Stillegungsplanung Band 17 Dr. Ulrich Krystek
Krisenbewiiltigungs-Management
Band 3 Dr. Bernd Schauenberg und Unternehmungsplanung
Zur Logik kollektiver Entscheidungen
Band 18 Prof. Dr. Reinhard H. Schmidt
Band 4 Doz. Dr. Dr. Christian Kirchner Ukonomische Analyse des Insolvenzrechts
Weltbilanzen
Band 19 Prof. Dr. Horst Glaser
Band 5 Prof. Dr. Jorg Biethahn Liquiditiitsreserven und Zielfunktionen
Optimierung und Simulation in der kurzfristigen Finanzplanung
Band 6 Dr. Werner Eckert Band 20 Prof. Dr. Wolfgang von Zwehll
Konsument und Einkaufszentren Dr. Wolfgang Schmidt-Ewig
Wirtschaftlichkeitsrechnung bei
Band 7 Prof. Dr. Wolfgang Ballwieser offentlichen Investitionen
Kassendisposition und Wertpapieranlage
Band 21 Dr. Marion Kraus-Grunewald
Band 8 Dr. Christoph Lange Ertragsermittlung bei Unternehmensbewertung
Umweltschutz und Unternehmensplanung
Band 22 Dr. Heinz Kremeyer
Band 9 Dr. Harald Schmidt Eigenfertigung und Fremdbezug unter
Bilanzierung und Bewertung finanzwirtschaftlichen Aspekten
Band 10 Prof. Dr. Matthias Lehmann Band 23 Prof. Dr. Karl Kurbel
Eigenfinanzierung und Aktienbewertung Software Engineering im Produktionsbereich
Band 11 Prof. Dr. Helmut Schmalen Band 24 Dr. Hjalmar Heinen
Marketing-Mix fiir neuartige Gebrauchsgiiter Ziele multinationaler Unternehmen
Band 12 Dr. Christoph Oltmanns Band 25 Prof. Dr. Wulff Plinke
Personalleasing Erlosplanung im industriellen Anlagengeschiift
Band 13 Prof. Dr. Laurenz Lachnit
Systemorientierte Ja hresabschluBanalyse
Band 14 Dr. Gert Rehwinkel
Erfolgsorientierte Reihenfolgeplanung
Band 15 Dr. Rainer-Michael Maas
Absatzwege - Konzeptionen und Modelle
Prof. Dr. Karl Kurbel
Software Engineering
im Produktionsbereich
CI P-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek
Kurbel, Karl:
Software Engineering im Produktionsbereich / Karl
Kurbel. - Wiesbaden: Betriebswirtschaftlicher Verlag
Gabler, 1983.
(Neue betriebswirtschaftliche Forschung; 23)
ISBN-13: 978-3-409-34065-6 e-ISBN-13: 978-3-322-87956-1
001: 10.1007/978-3-322-87956-1
NE: GT
© Betriebswirtschaftlicher Verlag Dr. Th. Gabler GmbH, Wiesbaden 1983
Umschlaggestaltung: Horst Kobl itz, Wiesbaden
Aile Rechte vorbehalten. Auch die fotomechanische Vervielfiiltigung des Werkes (Fotokopie,
Mikrokopie) oder von Teilen daraus bedarf der vorherigen Zustimmung des Verlages.
ISBN-13: 978-3-409-34065-6
Vorwort
Die Entstehung des Software Engineering war eine Reaktion auf den weltweiten, rapi
den Anstieg der Softwarekosten. Die Ursachen dieses als "Softwarekrise" bezeichneten
Phanomens lagen gro~enteils darin, da~ die Softwareentwicklung eher von Intuition,
Gewohnheiten und spontanen Einfallen als von einer systematischen Vorgehensweise
bestimmt war.
Mit der Kostenexplosion wuchs die Einsicht, da~ auch im Software bereich systema
tische, "ingenieurma~ige" Methoden erforderlich sind. Intensive Forschungsaktivitaten
sowie zahlreiche Publikationen und Fachtagungen fuhrten dazu, da~ das Software
Engineering heute als Teilgebiet der Informatik fest verankert ist. Die Forschungs
ergebnisse finden vor allem dort Berucksichtigung, wo Informatiker mit der Software
entwicklung befa~t sind, z. B. im Bereich der Systemsoftware.
Dagegen ist im Bereich der Anwendungssoftware eine wesentlich geringere Verbreitung
neuerer Erkenntnisse des Software Engineering zu beobachten. Insbesondere in die
betriebliche Datenverarbeitung haben sie bislang kaum Eingang gefunden. Dort werden
heute noch Ma~stabe angelegt, welche u. a. die Softwarekrise mitverursachten.
Ein Anliegen dieser Arbeit ist es deshalb, auch Wirtschaftsinformatikern und betrieb
lichen Anwendern die Ziele und Prinzipien des Software Engineering nahe zu bringen.
Dazu wird das Gebiet der computergestutzten Produktionsplanung herangezogen, wel
ches in der Praxis zu den klassischen Einsatzgebieten der EDV zahlt. Ais Planungs
ansatze kommen sowohl sukzessive als auch simultane Methoden zur Anwendung.
In den ersten Kapiteln werden zunachst die wichtigsten Grundlagen der Produktions
planung und des Software Engineering behandelt. Einen Schwerpunkt bilden die qual i
tativen Anforderungen, die an ein Softwaresystem zu richten sind, und ihre Beziehun
gen zu den Softwarekosten. Auf der Grundlage dieser Erorterung werden dann detail
lierte Prinzipien fur die Gestaltung von Softwaresystemen formuliert. Der wesentliche
Ansatzpunkt ist die systematische Zerlegung gro~er Systeme, so da~ Modularisierungs
prinzipien eine zentrale Rolle spielen.
Anschlie~end wird die. Anwendung der Prinzipien beim Entwurf konkreter Produk
tionsplanungssysteme dargelegt. Kapitel 5 beschreibt ein Softwaresystem, welches an
dem in der Praxis ublichen Sukzessivplanungskonzept orientiert ist. Kapitel 6 zeigt auf,
wie Qualitatsanforderungen und Softwareentwurfsprinzipien auch bei einem simul
tanen Operations-Research-Verfahren zur Produktionsplanung berucksichtigt werden
konnen. Kapitel 7 greift den in praktisch eingesetzten Systemen meist vernachlassigten
Bereich der Produktionsprogrammplanung auf und erortert die Konzeption eines Soft
waresystems auf der Grundlage der linearen Optimierung.
Die Systembeschreibungen berucksichtigen stets die Rahmenbedingungen, die der be
trieblichen Datenverarbeitung gesetzt sind. Insbesondere werden Losungsmoglichkei-
ten erliiutert, welche nicht die Verwendung neuer, in der Praxis noch weitgehend
unbekannter Programmiersprachen voraussetzen, sondern mit den gangigen Sprachen
(Cobol, P1/1, Fortran u. ii.) realisiert werden konnen.
Das Anliegen dieser Arbeit 5011 nochmals hervorgehoben werden: Anwendung von
Erkenntnissen des Software Engineering auf Planungssysteme im Produktionsbereich
mit dem Ziel, Softwarekosten zu senken. Ich hoffe, dem Wirtschaftsinformatiker und
dem betrieblichen EDV-Anwender hierzu eine gewisse Hilfestellung gegeben zu haben.
KARL KURBEL
Inhaltsverzeichnis
1 Problemstellung 11
1.1 Begriffsbestimmungen und Einordnung des Untersuchungsgegenstandes 12
1.1.1 Zur Einteilung der Produktionsplanung . . . . . . . . . . . . 12
1.1.1.1 Die "klassische" GI iederung der Produktionsplanung nach
Gutenberg ...................... 12
1.1.1.2 Gliederung der Produktionsplanung nach Zeitbezug und
Funktionen .............. ...... 15
1. 1.1.3 Weitere Einteilungen . . . . . . . . .. ...... 16
1.1.1.4 Die fur die computergestutzte Planung benutzte Gliederung 19
1.1.2 Computerunterstutzu ng . . . . . . . . . . . 22
1.1.2.1 Software u nd Softwaresysteme 22
1.1.2.2 Computergestutzte Produktionsplanung 23
1.1.2.3 Planungsmodelle u nd ·methoden 24
1.2 Zur gegenwartigen Situation von Forschung und Praxis 28
1.2.1 Stand der Forschung ......... 28
1.2.1.1 Zum Bereich Produktionsplanung . . . . 28
1.2.1.2 Zum Bereich Softwareentwicklung 30
1.2.1.3 Zum Bereich computergestutzte Produktionsplanung 32
1.2.2 Praxis der computergestutzten Produktionsplanung 35
1.2.2.1 Die Notwendigkeit der Computerunterstutzung 35
1.2.2.2 Gegenwartiger Stand der Computerunterstutzung 37
1.2.2.3 Aufbau von Produktionsplanungssystemen 41
1.3 Ziel und Aufbau der Arbeit 43
1.3.1 Zielsetzung . . 43
1.3.2 Vorgehensweise 46
2 Teilbereiche der Produktionsplanung 51
2.1 Produktionsprogrammplanung 51
2.2 Bedarfsplanung ...... 56
2.2.1 Nettobedarfsermittlung 60
2.2.2 Losgrorsenplanung 62
2.2.2.1 Beeinflursbare Kosten bei der Losgrorsenplanung 62
2.2.2.2 Methoden der Losgrorsenrechnung 65
2.2.3 Sekundarbedarfsermittlung und Vorlaufverschiebung 71
2.3 Terminplanung .................. 74
2.3.1 Durchlaufterminierung ............ 75
2.3.1.1 Retrograde und progressive Terminierung 75
2.3.1.2 Durchlaufzeitverkurzung 76
2.3.2 Kapazitatsplanung ......... 79
2.3.2.1 Kapazitatsbelastungsubersichten 80
2.3.2.2 Kapazitatsausgleichsverfahren 82
2.4 Maschinenbelegungsplanung 83
Exkurs: Auftragsverwaltung ........ 85
3 Ziele fUr die Softwaregestaltung 88
3.1 Softwarekosten ..... 90
3.1.1 Bestandteile eines EDV·Budgets 90
3.1.2 Kostenverursachung im Software Life Cycle 94
3.1.2.1 Entwicklungskosten 94
3.1.2.2 Folgekosten ........ . 95
Exkurs: Foigen versteckter Softwaremangel 97
3.1.3 Schwerpunkte der Kostenverursachung 98
3.2 Softwaretechnische Ziele 100
3.2.1 Verstandlichkeit 102
3.2.2 Zuverlassigkeit 104
3.2.3 Wartungsfreundlichkeit 111
3.2.4 Benutzerfreu ndl ichkei t 115
3.2.5 Robustheit . 118
3.2.6 Universalitat 120
3.2.7 Effizienz .. 120
3.3 Untersuchung der Zielbeziehungen 124
3.3.1 Vorgehensweise ..... 124
3.3.2 Beziehungen zwischen softwaretechnischen Zielen 128
3.3.2.1 Auswirkungen des Strebens nach Verstandlichkeit und Zu·
verlassigkeit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 130
3.3.2.2 Beziehungen zwischen Effizienz und den anderen Zielen 131
3.3.2.3 Weitere Beziehungen . . . . . . . . . .... 134
3.3.3 Beziehungen zwischen den Softwarekosten und softwaretech-
nischen Zielen ......... . 136
3.3.3.1 Darstellung der Beziehungen 137
3.3.3.2 Zielprioritaten ..... . 142
4 Prinzipien zur Gestaltung von Softwaresystemen 145
4.1 Modultypen .......... . 146
4.1.1 Zum Modulbegriff .... . 146
4.1.2 Innere Festigkeit eines Moduls ·147
4.1.3 Externe Modulmerkmale 150
4.2 Modulbeziehungen ....... . 152
4.2.1 Modulkommunikation 152
4.2.2 Hierarchische Systemstruktur 154
4.2.3 Abstraktionsebenen ..... 156
4.3 Modularisierungsprinzipien 161
4.3.1 Schnittstellenminimalitat und Information Hiding 161
4.3.2 Das Datenabstraktionsprinzip ........ . 164
4.3.2.1 Abstrakte Datenstrukturen . . . . . . . 164
4.3.2.2 Implementierung einer abstrakten Datenstruktur 167
4.3.2.3 Abstrakte Datentypen 171
4.3.3 Erganzende Prinzipien .............. . 172
5 Gestaltung eines Softwaresystems fUr die sukzessive Bedarfs- und Termin-
planung ........ . 176
5.1 Gliederung des Systems 177
5.2 Generierung der Fertigungsdatenbasis 180
5.2.1 Vorbemerkung: Beziehungen zwischen den Basisdatenstrukturen 180
5.2.2 Generierung der Basisdatenstrukturen 184
5.2.2.1 Stammketten ..... 185
5.2.2.2 Strukturketten 189
5.2.2.3 Die Teilefertigungsketten 192
5.2.3 Generierung der Dispositionsstufeninformationen 199
5.2.3.1 Binarbaum ....... . 201
5.2.3.2 Stack ................ . 205
5.2.3.3 Traversierung des Binarbaums .... . 207
5.2.3.4 Dispositionsstufen und Dispositionsstufenketten-Generie-
rung ........................ . 210
5.3 Bedarfsplanung ......................... . 215
5.3.1 Prozedurale Abstraktionen fur die Teilaufgaben der Bedarfsplanung 218
5.3.1.1 Primarbedarf 218
5.3.1.2 Nettobedarf .. 219
5.3.1.3 Losgr6Ben 220
5.3.1.4 Sekundarbedarf 222
5.3.1.5 Vorlaufverschiebung 224
5.3.2 Beziehungen zwischen Bedarfen und Losen 226
5.3.2.1 Bedarfsstruktur 228
5.3.2.2 Losstruktur 237
5.4 Terminplanung ..... 239
5.4.1 Fertigungsauftragsnetz 239
5.4.2 Durchlaufterminierung 243
5.4.3 Kapazitatsplanung 247
5.4.3.1 Kapazitatsgebirge 248
5.4.3.2 Kapazitatsausgleich 252
6 Gestaltung eines Softwaresystems fur die simultane Bedarfs-, Termin- und
Maschinenbelegungsplanung 261
6.1 Oberblick uber das System 261
6.1.1 Zur Struktur des Systems 261
6.1.2 Verfahrensubersicht . . . 264
6.2 Abstraktionsebenen des Softwaresystems 270
6.2.1 Verwaltung der Basisdatentypen 270
6.2.1.1 Teile 271
6.2.1.2 Bedarfe . . . . . 274
6.2.1.3 Auftrage 276
6.2.2 Abstrakte Datenstrukturen 278
6.2.2.1 Bedarfsleiste 279
6.2.;2.2 Belegungsplan .. 283
6.2.2.3 Auftragsnetz 288
6.2.3 Prozedurale Abstraktionen 295
6.2.3.1 Mengen . . ... 295
6.2.3.2 Maschinenbelegung 298
6.2.3.3 Verbesserungen 305
6.2.3.4 Zielfunktion 307
6.3 Implementationsgesichtspunkte 311
6.3.1 Die indizierte Notation 311
6.3.2 Zur Gestaltung der Datenbasis 312
7 Gestaltung eines Softwaresystems fur die lineare Optimierung des Produk·
tionsprogramms 314
7.1 Lineare Optimierung in der Unternehmensplanung 316
7.2 Produktionsprogrammplanung mit linearer Optimierung 319
7.2.1 Der Modellansatz zur Optimierung des Produktionsprogramms 319
7.2.2 Probleme beim Einsatz eines LP·Modells fur die Programmplanung . 323
7.2.2.1 Reduktion des Modellumfangs ......... 323
7.2.2.2 Pramissen'und Erweiterungen des Standardmodells . . .. 325
7.2.2.3 Das Problem der Datenbeschaffung ........... 327
7.2.2.4 Probleme der Realisierung von Qualitatsanforderungen und
Entwurfsprinzipien bei einem LP·System 331
7.3 Abstrakte Datenstrukturen bei der linearen Optimierung 337
7.3.1 Dunn besetzte Datenstrukturen ........ 337
7.3.1.1 Speicherformate fur dunn besetzte Matrizen 337
7.3.1.2 Module des Datenabstraktionstyps 346
7.3.2 Ausgangstableau ............ 348
7.3.3 Basisinverse .............. 356
7.3.4 Die Inversen der Dreiecksmatrizen Lund U 363
7.3.5 Zeilen· und Spaltentransformationen 364
7.4 Algorithmen eines LP·Systems ........ 369
7.4.1 Generierung des LP·Modells ....... 369
7.4.2 Die zwei Phasen des revidierten Simplexalgorithmus 373
7.4.2.1 Algorithmische Aspekte 373
7.4.2.2 Prozedurale Abstraktionen 379
7.4.3 Aktualisierung der Basisinversen 387
7.4.3.1 Aktualisierung der Faktoren 387
7.4.3.2 Reinversion der Basis 395
7.4.4 Variablen·Charakteristik 400
7.5 Bemerkungen zur Implementierung 402
8 Ausblick 406
Anhang I: Darstellung von Modulbeschreibungen 409
Anhang II: Modulbeschreibungen zu Kapitel 5 413
Anhang III: Modulbeschreibungen zu Kapitel 6 430
Anhang IV: Modulbeschreibungen zu Kapitel 7 436
Literatur 442
Sachregister 457