Ein Verfahren zur Modellierung von Produktionsbetrieben zum Zwecke der Anordnungsplanung

Abstract

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein neues Verfahren zur Modellierung von Produktionsbetrieben zum Zwecke der Anordnungsplanung entwickelt. Um den Anforderungen einer kontinuierlichen, interdisziplinären, partizipativen und iterativen Planungsdurchführung Rechnung zu tragen, wurde besonderes Augenmerk auf die Skalierbarkeit der Modellierung bzw. des zugehörigen Verfahrens gelegt.

Hierzu wurde die aus der Standardformulierung des Anordnungsproblems im Bereich Operations Research bekannte grundsätzliche Trennung von anzuordnenden Flächenelementen einerseits und den Elementen des Standortträgers andererseits überwunden. Diese Weiterentwicklung ermöglicht die Integration unterschiedlicher Teilaufgaben der Anordnungs- bzw. Layoutplanung innerhalb ein und desselben Modells. Diese Teilaufgaben, (z. B. Generalstruktur- oder Betriebsmittelaufstellungsplanung), weisen eine hierarchische Struktur auf. Mit der Skalierbarkeit des Verfahrens ist jederzeit eine Veränderung des Planungspunktes, also ein Wechsel zwischen den verschiedenen Teilaufgaben möglich. Der Wechsel kann dabei wahlfrei in Top-down- oder Bottom-up-Richtung erfolgen.

Mit der Neuentwicklung wurden die Richtigkeit, die Abbildungsgenauigkeit, der Abbildungsumfang sowie der systematische Aufbau des Modellierungsverfahrens und die Möglichkeiten für einen bewertenden Vergleich der untersuchten Planungsvarianten erheblich verbessert. Die Verbesserungen beziehen sich insbesondere auf die Repräsentation der flächenbehafteten Elemente, die Beziehungen zwischen diesen flächenbehafteten Elementen (Austausch-, Anforderungs-, Zuordnungsbeziehungen), die verfügbare Logik zur Bewertung der Anordnungen bzw. Anordnungsvarianten sowie die aufgabenspezifische Steuerbarkeit des Anordnungsverhaltens. Die durch diese Weiterentwicklungen erreichbare erheblich verbesserte Entscheidungsunterstützung im Rahmen der Anordnungsplanung konnte anhand verschiedener Anwendungen des Verfahrens in industriellen Planungsbeispielen nachgewiesen werden.

In this research, a new approach is developed for modeling manufacturing plants for the purpose of layout planning. To meet the requirements of a continuous, interdisciplinary, participative, and iterative execution of planning, particular emphasis was placed on the scalability of the model and the associated modeling approach.

To enable scalability, the fundamental separation into »area elements to be arranged« and »elements of the location« was overcome. This separation is known from the standard formulation in Operations Research for modeling layout problems called »Quadratic Assignment Problem«. The new approach allows integrating different planning subtasks into one model. Such planning subtasks are, for example, the planning of the general structure and the equipment layout. The tasks are arranged in a hierarchical manner. By making the new approach scalable, the planning viewpoint can be changed by the planner any time. This means that changes between the planning subtasks are possible and can be freely modified in both top-down or bottom-up direction.

The advancement of the approach greatly improved the correctness of the representation, the representation accuracy, as well as the scope and the systematic design of the modeling method. It also brought with it options to compare and evaluate the different planning variants. With a view to modeling, improvements particularly refer to the representation of the area-related elements (facilities), the relationships between these elements (exchange, requirement and assignment relationships), the evaluation logic for the layout schemes and variants, and the adaptability of the arrangement behavior to the requirements of the specific planning subtasks. This advanced approach for layout planning greatly improves decision support, which was proved in an industrial case study in different applications.