Theorie der Produktionsplanung und -steuerung: Im Sommer keine Kirschpralinen?

1516 Pages·2009·10.111 MB·German

by  Wilhelm Dangelmaier (auth.)

Theorie der Produktionsplanung und -steuerung
Wilhelm Dangelmaier
Theorie der Produktionsplanung
und -steuerung
Im Sommer keine Kirschpralinen?
1 C
Prof. Dr.-Ing. Wilhelm Dangelmaier
Universität Paderborn
Heinz Nixdorf Institut
Abt. Wirtschaftsinformatik/CIM
Fürstenallee 11
33102 Paderborn
Deutschland
[email protected]
ISBN 978-3-642-00632-6 e-ISBN 978-3-642-00633-3
DOI 10.1007/978-3-642-00633-3
Springer Dordrecht Heidelberg London New York
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Vorwort
Zu diesem Buch haben viele einen Beitrag geleistet, manche mehr, manche weniger,
die einen länger, die anderen kürzer. Jedem einzelnen bin ich zu großem Dank ver-
pflichtet. Ihnen allen sind die folgenden Zeilen gewidmet.
Wenn ich geh’ in die Kantine
erhellt sich strahlend meine Miene,
denn ich genieße doch so sehr
zwei Kirschpralinen zum Dessert.
Doch wenn die Tage werden heiß,
dass aus den Poren rinnt der Schweiß,
da nehm’ ich lieber rote Grütze
zu lindern ab des Sommers’ Hitze.
Derweil die Schokolade ganz verlieret
die Festigkeit, die sie sonst zieret.
Der Alkohol, der innen drinnen,
macht heimlich sich von hinnen.
Der Kirsche fehlt der Cognac sehr,
ganz elend fühlt sie sich und leer,
stammt sie doch oben hoch vom Baum
und fürchtet jetzt des Schimmels’ Flaum.
Beseelt vom Wunsche zu agieren,
will sich die Küche informieren.
Ein Seminar von gut zwei Tagen
soll schließen die vorhandenen Fragen.
Streng kulinarisch wird da referiert.
Das Publikum vor allem aber interessiert,
wie man den Kunden kann bedienen,
und sei es nur mit zwei Pralinen.
Was nötig tut ist die Prognose
von Sauerkraut und dunkler Soße
anhand der neu’sten Wetterlage
für mindestens fünf weit’re Tage .
vi Vorwort
An dieser Stell wird hart gerungen.
Man sieht zum Kompromisse sich gezwungen
und einigt sich auf „Kohlenfeuer“,
verteilt, global und gar nicht teuer.
Online wird die Küche jetzt gesteuert,
von schwarzen Petri Netzen mild befeuert,
der Druck der Luft determiniert das Mahl,
püriert mit E-Modul und Reynolds-Zahl.
So sind nun alle wieder schiedlich,
der Betriebsrat ist sogar ganz friedlich,
doch seit zwei Nächten träum’ ich fade
von Kakao und heißer Schokolade.
Paderborn, 15. August 2008
Wilhelm Dangelmaier
Inhaltsverzeichnis
Inhaltsverzeichnis........................................................vii
1 Produktionsplanung und -steuerung..........................1
1.1 Die Produktion als Input-Output-System mit Begrenzungen ..........1
1.2 Planung und Steuerung ....................................................................5
1.3 Die Produktionsplanung und -steuerung als operative Planung ......9
2 Ein formales Modell und eine Klassifikation für die
Produktionsplanung und -steuerung........................15
2.1 Die Strukturierung des Problems ...................................................15
2.2 Ein Formales Modell für PPS-Aufgaben .......................................25
2.2.1 Anforderungen an das formale Modell.............................25
2.2.2 Ableitung der Modellkonzepte..........................................32
2.2.3 Formale Definition des Modells für PPS-Aufgaben.........63
2.2.4 Modell für PPS-Aufgaben - Anwendungsbeispiele..........77
2.2.4.1 Flexible Fertigungszelle....................................................77
2.2.4.2 Chemische Anlage.............................................................86
2.3 Die Klassifikation von PPS-Aufgaben ...........................................95
2.3.1 Anforderungen an eine Klassifikation...............................95
2.3.2 Klassifikationsmerkmale für PPS-Aufgaben.....................96
2.3.3 Mikrostrukturen.................................................................97
2.3.4 Makrostrukturen..............................................................108
2.3.5 Klassifikationsschema für PPS-Aufgaben.......................112
2.4 Ein Formales Modell für PPS-Verfahren .....................................115
2.4.1 Anforderungen an das formale Modell...........................115
2.4.2 Ableitung der Modellkonzepte........................................118
2.4.3 Aktionen - Lösungsverfahren für PPS-Teilaufgaben......132
2.4.3.1 Elementare Aktionen für den sachlichen Bezug.............134
2.4.3.2 Elementare Aktionen für den zeitlichen Bezug...............140
2.4.3.3 Elementare Aktionen für Ereignisse................................146
2.4.4 Modell für PPS-Verfahren - Anwendungsbeispiele........147
2.4.4.1 Verfahren zur Mengenplanungsaufgabe.........................147
2.4.4.2 Verfahren zur Terminplanungsaufgabe (Simulation)......154
2.5 Die Klassifikation von PPS-Verfahren ........................................159
viii Inhaltsverzeichnis
2.5.1 Anforderungen an eine Klassifikation.............................159
2.5.2 Klassifikationsmerkmale für PPS-Verfahren..................160
2.5.3 Klassifikationsschema für PPS-Verfahren......................166
3 Die Modelldefinition..................................................167
3.1 Zeit und Raum ..............................................................................167
3.1.1 Kalender..........................................................................167
3.1.2 Faktoren, Vorgänge und Ereignisse in Zeitmodellen......178
3.1.3 Koordination mit der Umwelt des Produktionssystems..185
3.1.4 Raum...............................................................................190
3.2 Der sachliche Bezug .....................................................................195
3.2.1 Produktionsfaktoren........................................................203
3.2.1.1 Differenzierung und Aggregation von Klassen...............203
3.2.1.2 Verbrauchsfaktoren.........................................................213
3.2.1.3 Gebrauchsfaktoren...........................................................246
3.2.2 Transformationsprozesse.................................................286
3.2.2.1 Differenzierung und Aggregation von Klassen...............286
3.2.2.2 Beschreibung von Vorgangsknoten.................................313
3.2.2.3 Verknüpfung von Input und Output eines
Vorgangsknotens.............................................................328
3.2.2.4 Reihenfolge von Prozessen.............................................352
4 Das Herstellen der Konsistenz im Knoten..............355
4.1 Verbrauchsfaktorknoten ...............................................................365
4.1.1 Mengenplanung...............................................................365
4.1.1.1 Plankonstruktion..............................................................368
4.1.1.1.1Berechnungen am Punkt Abgang.....................369
4.1.1.1.2Berechnungen am Punkt Mitte.........................404
4.1.1.1.3Berechnungen am Punkt Zugang......................409
4.1.1.1.4Gruppieren von Nettobedarf unter Beachtung
von Kostenparametern......................................458
4.1.1.1.5Toleranz............................................................479
4.1.1.1.6Planung des Sicherheitsbestands......................486
4.1.1.2 Veranlassung der Plandurchführung...............................499
4.1.1.3 Planüberwachung............................................................517
4.1.1.4 Planänderung...................................................................540
4.1.2 Terminplanung................................................................576
4.1.2.1 Plankonstruktion..............................................................577
4.1.2.1.1Ermittlung des Bruttobedarfs / Nettoangebots.577
4.1.2.1.2Führen des Zustands / Bestands........................580
4.1.2.1.3Ermittlung des Nettobedarfs / Bruttoangebots.584
4.1.2.1.4Toleranz............................................................594
4.1.2.1.5Sicherheit..........................................................594
4.1.2.2 Veranlassung der Plandurchführung...............................594
4.1.2.3 Planüberwachung............................................................596
4.2 Gebrauchsfaktorknoten ................................................................601
Inhaltsverzeichnis ix
4.2.1 Mengenplanung................................................................603
4.2.1.1 Plankonstruktion...............................................................604
4.2.1.1.1Ermittlung des Bruttobedarfs / Nettoangebots
am Punkt Abgang..............................................604
4.2.1.1.2Führen des Bestands..........................................668
4.2.1.1.3Ermittlung des Nettobedarfs..............................670
4.2.1.1.4Toleranz.............................................................670
4.2.1.1.5Sicherheit...........................................................670
4.2.1.2 Veranlassung der Plandurchführung................................671
4.2.1.3 Planüberprüfung...............................................................673
4.2.1.4 Planänderung....................................................................677
4.2.2 Terminplanung.................................................................693
4.2.2.1 Plankonstruktion...............................................................695
4.2.2.1.1Ermittlung des Bruttobedarfs / Nettoangebots..695
4.2.2.1.2Führen des Zustands / Bestands........................719
4.2.2.1.3Ermittlung des Nettobedarfs /Bruttoangebots...720
4.2.2.1.4Toleranz.............................................................720
4.2.2.1.5Sicherheit...........................................................721
4.2.2.2 Veranlassung der Plandurchführung................................722
4.2.2.3 Planüberprüfung...............................................................723
4.2.2.4 Planänderung....................................................................724
4.3 Vorgangsknoten ............................................................................725
4.3.1 Mengenplanung................................................................735
4.3.1.1 Plankonstruktion...............................................................735
4.3.1.1.1Ermitteln des resultierenden Nettobedarfs am
Punkt Abgang....................................................736
4.3.1.1.2Vorgangsgesteuerte Belegung der
Gebrauchsfaktoren.............................................743
4.3.1.1.3Berechnen von Abgang und Zugang.................750
4.3.1.1.4Führen des Bestands..........................................759
4.3.1.1.5Ermitteln des Bruttobedarfs...............................763
4.3.1.1.6Toleranz.............................................................769
4.3.1.1.7Sicherheit...........................................................770
4.3.1.2 Veranlassen der Plandurchführung..................................770
4.3.1.3 Planüberprüfung...............................................................770
4.3.1.4 Planänderung....................................................................772
4.3.2 Terminplanung.................................................................774
4.3.2.1 Plankonstruktion...............................................................775
4.3.2.1.1Ermitteln des resultierenden Nettoangebots
am Punkt Zugang...............................................775
4.3.2.1.2Vorgangsgesteuerte Belegung der
Gebrauchsfaktoren.............................................779
4.3.2.1.3Berechnen von Zugang und Abgang.................789
4.3.2.1.4Führen des Zustandes........................................802
4.3.2.1.5Ermitteln des Bruttoangebots............................803
4.3.2.1.6Toleranz.............................................................804
4.3.2.1.7Sicherheit...........................................................804
4.3.2.2 Veranlassen der Plandurchführung..................................804
4.3.2.3 Planüberprüfung...............................................................805
4.3.2.4 Planänderung....................................................................806
x Inhaltsverzeichnis
5 Das Herstellen der Konsistenz in Mikro- und Makro-
strukturen..................................................................811
5.1 Mengenplanung ............................................................................822
5.1.1 Konstruktion eines Plans.................................................836
5.1.1.1 Orientierung am sachlichen Bezug..................................837
5.1.1.1.1Mengenplanung ohne Berücksichtigung
begrenzter Gebrauchsfaktoren..........................840
5.1.1.1.2Flow Shop.........................................................873
5.1.1.2 Orientierung am zeitlichen Bezug...................................894
5.1.1.2.1Flow Shop mit einem permanenten Engpass....894
5.1.1.2.2Beliebige Strukturen.........................................899
5.1.1.3 Ereignisorientierte Vorgehensweise................................900
5.1.2 Änderung eines Plans -
Planersetzende Änderungsrechnung................................901
5.1.2.1 Knotenorientierte Vorgehensweise.................................905
5.1.2.2 Zeitorientierte Vorgehensweise.......................................911
5.1.2.3 Ereignisorientierte Vorgehensweise................................911
5.1.2.3.1Ablaufkonzepte.................................................911
5.1.2.3.2Systematisierung der ereignisorientierten
Koordination in einem Agentenansatz.............936
5.1.2.3.3Exemplarische Planungsstrategien...................950
5.1.2.3.4Anwendung.......................................................963
5.1.3 Änderung eines Plans -
Planerhaltende Änderungsrechnung................................972
5.2 Terminplanung .............................................................................998
5.2.1 Konstruktion eines Planes.............................................1007
5.2.1.1 Knotenorientierte Vorgehensweise...............................1007
5.2.1.1.1Terminplanung ohne Berücksichtigung
begrenzter Gebrauchsfaktoren........................1008
5.2.1.1.2Open Shop......................................................1053
5.2.1.1.3Flow Shop.......................................................1059
5.2.1.1.4Job Shop.........................................................1099
5.2.1.1.5Beliebige Ablaufstruktur................................1114
5.2.1.1.6Rüst- und Transportreihenfolgen....................1121
5.2.1.2 Zeitorientierte Vorgehensweise.....................................1151
5.2.1.2.1Listenplan.......................................................1152
5.2.1.2.2Job Shop.........................................................1154
5.2.1.2.3Beliebige Strukturen.......................................1171
5.2.1.3 Ereignisorientierte Vorgehensweise..............................1178
5.2.1.3.1Petri-Netze......................................................1178
5.2.1.3.2Job Shop.........................................................1182
5.2.1.3.3Beliebige Strukturen.......................................1185
5.2.2 Änderung eines Plans....................................................1231
5.2.2.1 Knotenorientierte Vorgehensweise...............................1234
5.2.2.2 Zeitorientierte Vorgehensweise.....................................1240
5.2.2.3 Ereignisorientierte Vorgehensweise..............................1241
Inhaltsverzeichnis xi
6 Das Herstellen einer im Kontext der Umwelt konsi-
stenten Produktion.................................................1243
6.1 Das Planen des Produktionsprogramms .....................................1253
6.1.1 Produktionsprogrammplanung bei mehrstufiger
Alternativproduktion......................................................1255
6.1.2 Produktionsprogrammplanung bei einfacher linearer
Kuppelproduktion mit starren Mengenrelationen..........1266
6.1.3 Produktionsprogrammplanung bei Rabatt......................1271
6.1.4 Mehrperiodige Produktionsprogrammplanung bei
mehrstufiger Mehrproduktproduktion............................1272
6.1.5 Planung des Produktionsprogramms bei
Kundenauftragsproduktion.............................................1274
6.1.6 Deckungsbeiträge als Entscheidungskriterien für
kurzfristige Produktionsentscheidungen bei höchstens
einem Produktionsengpass.............................................1276
6.2 Das Zusammenspiel von Primär- und Sekundärbedarfsebene ....1278
6.2.1 Zeitliche Detaillierung....................................................1281
6.2.2 Sachliche Detaillierung..................................................1283
6.2.2.1 Produktionsform: Produktion ohne Kundenauftrag.......1286
6.2.2.2 Produktionsform: Produktion ohne /
nach Kundenauftrag.......................................................1292
6.2.2.3 Produktionsform: Produktion nach Kundenauftrag.......1303
6.3 Der bedarfsorientierte Anstoß der Produktion ............................1305
6.3.1 Bedarfsorientierte hierarchische Vorgehensweise -
Manufacturing Resource Planning (MRP II).................1306
6.3.2 Bedarfsorientierte simultane Vorgehensweise...............1326
6.4 Der verbrauchsorientierte Anstoß der Produktion ......................1340
6.5 Die Steuerung der Produktion .....................................................1353
6.5.1 Numerische Steuerungen................................................1354
6.5.2 Lagersteuerung...............................................................1358
6.5.3 Steuerung des Förderhilfsmittel-Einsatzes.....................1362
6.5.4 Steuerung des Werkzeug-Einsatzes...............................1364
6.5.5 Steuerung des Fördermittel-Einsatzes............................1367
6.5.6 Fertigungssteuerung.......................................................1376
6.6 Die Integration der Arbeitssysteme - die Teilefertigung GmbH
(Fallstudie) ..................................................................................1379
6.6.1 Aufgaben des Personal-Zeiterfassungs-Systems
(PZS)..............................................................................1382
6.6.2 Aufgaben des Fertigungsleitsystems..............................1386
6.6.3 Aufgaben des Betriebsdatenerfassungs-Systems
(BDE).............................................................................1389
6.6.4 Lagerorganisation/Ladeeinheit/Transporteinheit...........1392
6.6.5 Aufgaben der Materialflusssteuerung............................1394
6.6.6 Menüs der Materialflusssteuerung.................................1394
6.6.7 Ablauf der Buchungs-/Geschäftsvorgänge.....................1404
6.7 Die Ertüchtigung der PPS - die Stoppage GmbH (Fallstudie) ....1411
6.7.1 Dezentrale Planung und Steuerung nach KANBAN
Prinzipien.......................................................................1412
6.7.2 Bedarfsorientierte Disposition........................................1424
6.7.3 Kapazitätsorientierte Bedarfsrechnung..........................1440