Table Of ContentForschung und Praxis . Band 77
Berichte aus dem Fraunhofer-Institut
fur Produktionstechnik und Automatisierung,
Stuttgart, und dem Institut
fur Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb
der Universitiit Stuttgart
Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. H. J. Warnecke
Rudolf E. Scheiber
Algorithmen zur flexiblen
Gestaltung der kurzfristigen
Fertigungssteuerung
Mit 73 Abbildungen und 1 Tabelle
Springer-Verlag
Berlin Heidelberg New York Tokyo 1984
Dipl.-Wirtsch.-Ing. Rudolf E. Scheiber
Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart
Dr.-Ing. H. J. Warnecke
o. Professor an der UniversitiU Stuttgart
Fraunhofer-Institut fur Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart
D93
ISBN-13:978-3-S40-13S00-S e-ISBN-13:978-3-642-82298-8
DOl: 10.1007/978-3-642-82298-8
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Geleitwort des Herausgebers
Die Entwicklungen in der Produktionstechnik in den letzten Jahr
zehnten haben entscheidend zur positiven wirtschaftlichen und
sozialen Entwicklung in der Bundesrepublik Deutschland beigetra
gen. Die Produktivitat konnte jedes Jahr urn durchschnittlich
etwa 3,5 % gesteigert werden. Mechanisierung und Automatisierung
wurden und werden stetig weiter vorangetrieben. Wahrend es sich
bisher jedoch urn Verbesserungen an einzelnen Maschinen und Anla
gen sowie Verfahren handelte, werden heute alle Unternehmens
bereiche erfaBt, und man ist bemtiht, das gesamte System Unter
nehmen bzw. Produktionsbetrieb zu optimieren. Das klassische
Bemtihen urn Optimierung des Einsatzes und Zusammenwirkens der Pro
duktionsfaktoren Mensch, Maschine und Material muB heute erwei
tert werden um die Berticksichtigung sozialer Belange, gesetz
licher Auflagen, Probleme der Energieversorgung , schnellen Ver
anderungen an den Produkten und auf den Markten sowie Sicherung
der Qualitat und der Lieferfahigkeit.
Von wissenschaftlicher Seite wird und muB dieses Bemtihen unter
sttitzt werden du~ch die Entwicklung von Methoden und Vorgehens
weisen zur systematischen Analyse und Verbesserung des Systems
Produktionsbetrieb. Hier ist heute insbesondere auch der Fer
tigungsingenieur gefordert, nicht nur einzelne Maschinen und
Verfahren zu beherrschen, sondern das gesamte komplexe System
hinsichtlich der Verkntipfung seiner Elemente durch zweckmaBigen
lnformations- und MaterialfluB. Beispielhaft seien dazu nur hin
sichtlich des lnformationsflusses die heute gegebenen Moglich
keiten der Datenerfassung und -verarbeitung in Fertigungsplanung
und -steuerung an den einzelnen Produktionsanlagen sowie im
Qualitatswesen genannt. lm MaterialfluB geht es urn richtige
Auswahl und Einsatz von Fordermitteln, Forderhilfsmitteln sowie
Anordnung und Ausstattung von Lagern. Der weiteren Automatisie
rung in der Handhabung von Werkstticken und Werkzeugen sowie der
Montage von Produkten wird in nachster Zukunft allergroBte Auf
merksamkeit geschenkt werden. Leistungsfahige Sensoren werden
die Moglichkeiten daftir sehr stark vergroBern.
Die beiden vom Herausgeber geleiteten Institute, das Institut
fUr Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb der Universitat
Stuttgart sowie das Fraunhofer-Institut fUr Produktionstechnik
und Automatisierung in Stuttgart, arbeiten in grundlegender und
angewandter Forschung intensiv an den aufgezeigten Entwick
lungen in der Produktionstechnik mit. Zur Umsetzung gewonnener
Erkenntnisse wird die Schriftenreihe "IPA Forschung und Praxis"
herausgegeben. Der vorliegende Band setzt diese Reihe fort,
eine libersicht Uber bisher erschienene Titel wird am SchluB
dieses Bandes gegeben.
Dem Verfasser sei fUr die geleistete Arbeit gedankt, dem Sprin
ger-Verlag fUr die Aufnahme dieser Schriftenreihe in seine An
gebotspalette und der Druckerei fUr saubere und zUgige Aus
fUhrung.Moge das Buch von der Fachwelt gut aufgenommen werden.
Hans-JUrgen Warnecke
Vorwort des Verfassers
Die vorliegende Dissertation entstand wahrend meiner
Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraun
hofer-Institut fur Produktionstechnik und Automatisie
rung (IPA) , Stuttgart.
Herrn Prof. Dr.-Ing. H.J. Warnecke, dem Leiter des In
stitutes, bin ich fUr die wohlwollende Forderung und
groBzugige UnterstUtzung der Arbeit zu besonderem Dank
verpflichtet.
Ebenfalls danken mochte ich Herrn Prof. DTech. h.c.
Dipl.-Ing. K. Tuffentsammer fUr die eingehende Durchsicht
der Arbeit und die sich daraus ergebenden Hinweise.
Bei allen Mitarbeitern des Institutes, die mir durch
Kritik und stete Hilfsbereitschaft das Abfassen dieser
Arbeit erleichtert haben, bedanke ich mich ebenfalls
herzlich. Ganz besonders danken mochte ich Herrn Dr.-Ing.
J.a. Kolle und Dr. phil.,Dipl. phys. K. Kornwachs flir
Ihre groBe Diskussionsbereitschaft und wertvollen An
regungen.
!-1ein besonderer Dank gilt auch meiner Familie, die die
Last meines Dissertationsvorhabens mit groBer Zuversicht
mitgetragen hat.
Mlinchen, Dezember 1983 R.E. Scheiber
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INHALTSVERZEICHNIS
Seite
o ABKURZUNGEN 12
1 EINLEITUNG 15
2 ABGRENZUNG DER PROBLEMSTELLUNG 17
2.1 Begriffliche Abgrenzung 17
2.2 Problematik der flexiblen Gestaltung der kurz 20
fristigen Fertigungssteuerung
2.3 Vorhandene Arbeiten zum Problem 21
2.4 Aufgabenstellung und Vorgehensweise 24
3 UNTERSUCHUNG DER ORGANISATION DER KURZFRISTIGEN 26
FERTIGUNGSSTEUERUNG
3.1 Prinzipieller Aufbau einer Fertigungssteuerung 26
3.2 Aufgabengliederung der kurzfristigen Fertigungs- 28
steuerung
3.3 Beschreibung ausgewahlter Praxisfalle 32
3.3.1 Ablauf der Untersuchungen 32
3.3.2 Untersuchungsergebnisse 34
4 ABLEITUNG EINER MODELLVORSTELLUNG ZUR KURZFRISTIGEN 40
FERTIGUNGSSTEUERUNG
4.1 Theoretische Grundlagen 40
4.2 Diskussion der BestimmungsgroBen einer flexiblen 41
kurzfristigen Fertigungssteuerung
4.2.1 Analyse des Fertigungsprozesses 41
4.2.2 Analyse des technisch-organisatorischen Ablaufs 44
4.3 InformationsfluBsystem der kurzfristigen Fertigungs- 45
steuerung
4.4 Zerlegung der kurzfristigen Fertigungssteuerung 47
in'Einzelaufgaben
4.4.1 InLormationsfluBsystem der Einzelaufgaben der 47
Arbeitsverteilung
4.4.2 InformationsfluBsystem der Einzelaufgaben der 50
Fertigungsablaufsicherung
4.4.3 InformationsfluBsystem der Einzelaufgaben der 52
Qualitatssicherung
- 10 -
Seite
4.4.4 InformationsfluBsystem der Einzelaufgaben der 53
Arbeitsmittelprlifung
4.4.5 Entwicklung einer Verknlipfungsmatrix der Einzel- 53
aufgaben
4.5 Zielsystem der kurzfristigen Fertigungssteuerung 54
5 BESCHREIBUNG DER KURZFRISTIGEN FERTIGUNGSSTEUERUNG 58
MIT ALGORITHMEN
5.1 Vorbemerkung zum AufgabenlosungsprozeB "kurzfristige 58
Fertigungssteuerung"
5.2 Ermittlung der Beschreibungselemente zurn Aufbau 59
der Algorithmen
5.2.1 ProzeBablaufe in der kurzfristigen Fertigungs 59
steuerung
5.2.2 Entscheidungsprozesse als Prograrnrnablaufstrukturen 61
5.2.3 Funktionsbeschreibung der Rlickkopplungseinheit 62
5.2.4 Funktionsbeschreibung der Kornrnunikationseinheit 66
5.3 Einordnung der kurzfristigen Fertigungssteuerung 67
als Dialogsystem
5.4 Beschreibung der Einzelaufgaben mit Algorithmen 70
5.4.1 Algorithrnen zu Einzelaufgaben der Arbeitsverteilung 70
5.4.2 Algorithmen zu Einzelaufgaben der Fertigungsablauf- 73
sicherung
5.4.3 Algorithrnus zur Einzelaufgabe "Qualitatsprlifung" 76
5.4.4 Alg'Orithrnus zur Einzelaufgabe "Arbeitsmittel- 79
instandhaltung"
5.5 AbschlieBende Betrachtung der Algorithrnen 79
5.5.1 Zuordnung der Informationen zu den Einzelaufgaben 79
5.5.2 Bildung von Funktionsketten 82
5.6 Anwendungsaspekte der Algorithmen zur kurzfristigen 87
Fertigungssteuerung
6 EIN ANWENDUNGSBEISPIEL FUR DAS ENTWICKELTE 89
FERTIGUNGSSTEUERUNGSMODELL
6.1 Randbedingungen und Zielsetzungen des Anwendungs 89
falles
- 11 -
Seite
6.2 Algorithmen zur kurzfristigen Fertigungssteuerung 93
ftir den betrachteten Fertigungsbereich
6.2.1 Auswahl der Einzelaufgaben 93
6.2.2 Organisatorische Voraussetzungen zur Einftihrung 95
6.2.3 Ablauf der kurzfristigen Fertigungssteuerung 98
6.3 Beurteilung der durchgeftihrten MaBnahmen anhand 101
von Umlaufbestand und Durchlaufzeit
7 SAMMLUNG ERGANZENDER ARBE1TSERGEBN1SSE 105
7.1 Definitionen der Einzelaufgaben der kurzfristigen 105
Fertigungssteuerung
7.2 Betriebs- und Arbeitssystemprofile der 1st-Analyse 109
7.3 Klassifizierung der Einzelaufgaben III
7.4 Algorithmen der Einzelaufgaben 112
7.5 Ermittlung eines betriebsorganisatorischen 136
Arbeitssystemwertes
8 ZUSAMMENFASSUNG 142
9 L1TERATURVERZE1CHN1S 144
o ABKtiRZUNGEN
A Ausgabeinformationen
a1 Arbeitssystembezogene Personalkapazitat
a2 Arbeitssystembezogener Materialbestand
a3 Arbeitssystembezogene Arbeitsmittelkapazitat
a4 Steuerungsrelevante Auftragsinformation
a5 Auftragsbezogene Materialinformation
a6 Auftragsbezogene Transportinformation
a7 Steuerungsrelevante Transportinformation
AP Arbeitsmittelprlifung
AP1 Arbeitsmittel auf Qualitat prlifen
AP2 Arbeitsmittel auf Arbeitssicherheit prlifen
AP3 Arbeitsmittelinstandhaltung veranlassen
AP4 Arbeitsmittel freigeben
AT Arbeitstag
AV Arbeitsverteilung
AV1 Personalverfligbarkeit kontrollieren
AV2 Materialverfligbarkeit kontrollieren
AV3 Arbeitsmittelverfligbarkeit kontrollieren
AV4 Auftragsreihenfolge festlegen
AV5 Auftragsbearbeitung veranlassen
AV6 Material bereitstellen
AV7 ~aterialtransport verantworten
b1 Arbeitssystembezogene Rlickmeldeinformation
b2 Auftragsbezogene Fertigungszustandsinformation
b3 -Auftragsbezogene Soll-/Istvergleichsinformation
b4 Auftragsbezogene Rlickstandsinformation
b5 Personalbezogene Storungsinformation
b6 Materialbezogene Storungsinformation
b7 Arbeitmittelbezogene ~torungsinformation
BE .Betriebsebene
c1 Auftragsbezogene Qualitatsprlifungsinformation
c2 Materialbezogene AusschuBinformation
c3 Periodenbezogene Qualitatsprlifungsinformation
