Ein objektorientiertes Verfahren zur Optimierung von Geschäftsprozessen unter Verwendung eines genetischen Algorithmus

172 Pages·1999·6.129 MB·German

by  Dr.-Ing. Joachim Bauske (auth.)

B~[IJ=6[I]ITJ
Forschung und Praxis
Band 289
Berichte aus dem
Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik
und Automatisierung (IPA), Stuttgart,
Fraunhofer-Institut fOr Arbeitswirtschaft
und Organisation (lAO), Stuttgart,
Institut fOr Industrielle Fertigung und
Fabrikbetrieb der Universitat Stuttgart und
Institut fOr Arbeitswissenschaft und
Technologiemanagement, Universitat Stuttgart
Herausgeber: H. J. Warnecke, E. Westkamper
und H.-J. Bullinger
Springer
Berlin
Heidelberg
New York
Barcelona
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Hongkong
London
Mailand
Paris
Singapur
Tokio
Joachim 8auske
Ein objektorientiertes
Verfahren zur Optimierung
von Geschaftsprozessen
unter Verwendung eines
genetischen Algorithmus
Mit 100 Abbildungen
Springer
Dr.-Ing. Joachim Bauske
Fraunhofer-Institut lOr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart
Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. mult. H. J. Warnecke
o. Professor an der Universitat Stuttgart
Prasident der Fraunhofer-Gesellschaft, Munchen
Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. E. Westkamper
o. Professor an der Universitat Stuttgart
Fraunhofer-Institut lOr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart
Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. e. h. Dr. h. c. H.-J. Bullinger
o. Professor an der Universitat Stuttgart
Fraunhofer-Institut fOr Arbeitswirtschaft und Organisation (lAO), Stuttgart
093
ISBN-13: 978-3-540-65682-1 e-ISBN-13: 978-3-642-47977-9
DOl: 10.1007/978-3-642-47977-9
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SPIN 10718150 6213020-543210
Geleitwort der Herausgeber
Ober den Erfolg und das Bestehen von Unternehmen in einer marktwirtschaftlichen
Ordnung entscheidet letztendlich der Absatzmarkt. Das bedeutet, moglichst frOhzeitig
absatzmarktorientierte Anforderungen sowie deren Veranderungen zu erkennen und
darauf zu reagieren.
Neue Technologien und Werkstoffe ermoglichen neue Produkte und eroffnen neue
Markte. Die neuen Produktions- und Informationstechnologien verwandeln signifikant
und nachhaltig unsere industrielle Arbeitswelt. Politische und gesellschaftliche Verande
rungen signalisieren und begleiten dabei einen Wertewandel, der auch in unseren Indu
striebetrieben deutlichen Niederschlag findet.
Die Aufgaben des Produktionsmanagements sind vielfaltiger und anspruchsvoller ge
worden. Die Integration des europaischen Marktes, die Globalisierung vieler Industrien,
die zunehmende Innovationsgeschwindigkeit, die Entwicklung zur Freizeitgesellschaft
und die Obergreifenden okologischen und sozialen Probleme, zu deren Losung die Wirt
schaft ihren Beitrag leisten muB, erfordern von den FOhrungskraften erweiterte Perspek
tiven und Antworten, die Ober den Fokus traditionellen Produktionsmanagements deut
lich hinausgehen.
Neue Formen der Arbeitsorganisation im indirekten und direkten Bereich sind heute
schon feste Bestandteile innovativer Unternehmen. Die Entkopplung der Arbeitszeit von
der Betriebszeit, integrierte Planungsansatze sowie der Aufbau dezentraler Strukturen
sind nur einige der Konzepte, welche die aktuellen Entwicklungsrichtungen kennzeich
nen. Erfreulich ist der Trend, immer mehr den Menschen in den Mittelpunkt der
Arbeitsgestaltung zu stell en - die traditionell eher technokratisch akzentuierten Ansatze
weichen einer starkeren Human- und Organisationsorientierung. Qualifizierungspro
gramme, Training und andere Formen der Mitarbeiterentwicklung gewinnen als Diffe
renzierungsmerkmal und als Zukunftsinvestition in Human Resources an strategischer
Bedeutung.
Von wissenschaftlicher Seite muB dieses BemOhen durch die Entwicklung von Methoden
und Vorgehensweisen zur systematischen Analyse und Verbesserung des Systems
Produktionsbetrieb einschlieBlich der erforderlichen Dienstleistungsfunktionen unter
stUtzt werden. Die Ingenieure sind hier gefordert, in enger Zusammenarbeit mit anderen
Disziplinen, z. B. der Informatik, der Wirtschaftswissenschaften und der Arbeitswissen
schaft, Losungen zu erarbeiten, die den veranderten Randbedingungen Rechnung
tragen.
Die von den Herausgebern langjahrig geleiteten Institute, das
- Institut fOr Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb der Universitat Stuttgart (IFF),
- Institut fOr Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement (lAT),
- Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA),
- Fraunhofer-Institut fOr Arbeitswirtschaft und Organisation (lAO)
arbeiten in grundlegender und angewandter Forschung intensiv an den oben aufgezeig
ten Entwicklungen mit. Die Ausstattung der Labors und die Qualifikation der Mitarbeiter
haben bereits in der Vergangenheit zu Forschungsergebnissen gefOhrt, die fOr die Praxis
von groBem Wert waren. Zur Umsetzung gewonnener Erkenntnisse wird die Schriften
reihe .,IPA-IAO - Forschung und Praxis" herausgegeben. Der vorliegende Band setzt
diese Reihe fort. Eine Obersicht Ober bisher erschienene Titel wird am SchluB dieses
Buches gegeben.
Dem Verfasser sei fOr die geleistete Arbeit gedankt, dem Springer-Verlag fOr die Auf
nahme dieser Schriftenreihe in seine Angebotspalette und der Druckerei fOr saubere und
zOgige AusfOhrung. Mage das Buch von der Fachwelt gut aufgenommen werden.
H. J. Warnecke E. Westkamper H.-J. Bullinger
Vorwort des Verfassers
Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatigkeit am Fraunhofer-Institut fOr
Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart.
Herrn Professor Dr.-Ing. Dr. h.c. E. Westkamper bin ich fOr die wohlwollende Forderung der
Arbeit und die damit verbundenen konstruktiven Diskussionen zu besonderem Dank
verpflichtet. Ein herzlicher Dank geht auch an Herrn Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Dipl.-Wirt. Ing.
W. Eversheim fOr die sorgfaltige Durchsicht der Arbeit und die Obernahme des Mitberichts.
Ein herzlicher Dank gilt auch Herrn Dr.-Ing. W. Sihn und Herrn Dr.-Ing. S. Stender, die mich
durch ihre stets offene Diskussionsbereitschaft und konstruktive Kritik unterstLitzten.
Allen Mitarbeitern des Instituts, die mir durch Ihre Einsatz-und Hilfsbereitschaft die Erstellung
der Arbeit erleichtert haben, danke ich vielmals. Dies gilt insbesondere fOr Frank Goltl, Tim
Fischer und Michael Schneider.
Vielen Dank auch fOr das Verstandnis, das mir in dieser Zeit Eltern und Freunde entgegen
gebracht haben, dabei mochte ich vor allem Edith Gruber und Jorg Faisst nennen.
Ohne den ROckhalt meiner Frau Susanne sowie der Geduld meiner beiden Sohne Simon und
Joshua hatte ich das mit erheblichen familiaren Belastungen verbundene Promotionsverfahren
nicht erfolgreich durchfOhren konnen. FOr ihre UnterstOtzung bedanke ich mich daher
besonders.
Stuttgart, 1999 Joachim Bauske
Inhaltsverzeichnis
Abkurzungsverzeichnis 11
Bildverzeichnis 14
Einfuhrung 16
2 Abgrenzung und Begriffsdefinition 18
2.1 Unternehmensorganisation und Geschaftsprozesse 18
2.2 ProzeBorientierte Organisationsform 22
2.3 AuftragsabwicklungsprozeB 24
2.4 GeschaftsprozeBoptimierung 25
3 Anforderungen an ein Verfahren zur Optimierung von
Geschaftsprozessen 29
3.1 Modellierung 30
3.1.1 Unternehmensmodell 30
3.1.2 Aufgabenbedarfsermittlung 31
3.1.3 Beziehungsermittlung 32
3.2 ProzeBbewertung 33
3.3 ProzeBoptimierung 34
4 Stand der Technik 35
4.1 Modellierung 35
4.1.1 Unternehmensmodell 35
4.1.1.1 Methoden aus dem Bereich des Software Engineering 35
4.1.1.2 Methoden aus dem Bereich der Wirtschaftsinformatik 40
4.1.2 Aufgabenbedarfsermittlung 44
4.1.2.1 Situative Identifikation 44
4.1.2.2 Identifikation idealtypischer Prozesse 44
4.1.3 Beziehungsermittlung 49
4.1.3.1 Graphentheorie 49
4.1.3.2 Netzplantechnik 52
4.2 ProzeBbewertung 56
4.3 ProzeBoptimierung 60
5 Genetischer Algorithmus als L6sungsansatz zur Optimierung von
Geschaftsprozessen 68
6 Grundlagen des Optimierungsverfahren 74
6.1 Modellierung 74
6.1.1 Unternehmensmodell 74
6.1.1.1 Objektmodell 74
6.1.1.2 Referenzmodell 80
6.1.2 Aufgabenbedarfsermittlung 81
6.1.3 Beziehungsermittlung 82
6.1.3.1 Netzplantechnik und die Darstellung von
Geschaftsprozessen 82
-10-
6.1.3.2 Strukturplanung 83
6.1.3.3 Abbildung der Aufgabenablaufstruktur 84
6.2 Modell der ProzeBbewertung 88
6.2.1 L6sungsansatz 88
6.2.2 Zielfunktion 89
6.2.2.1 Bewertungskriterien 89
6.2.2.2 Bewertungsmatrix 96
6.3 ProzeBoptimierung 97
6.3.1 Ablaufoptimierung unter Verwendung eines genetischen Algorithmus 97
6.3.2 Festlegen der Vorganger-Nachfolger-Beziehungen 98
6.3.3 Ermitteln aller m6glichen Verbindungen 99
6.3.4 Die Bewertung der einzelnen Verbindungen 101
6.3.5 Pseudocode genetischer Algorithmus 102
6.3.5.1 Initialisierung 102
6.3.5.2 Bewertung 103
6.3.5.3 Ersetzungsschema 104
6.3.5.4 Abbruchkriterium 105
6.3.5.5 Heiratsschema 106
6.3.5.6 Rekombination 106
6.3.5.7 Mutation 110
7 Verfahrensablauf zur GeschattsprozeBoptimierung 112
7.1 Standorterfassung 114
7.2 Ressourcenerfassung 115
7.3 ProzeBmodellierung 117
7.4 Optimierung genetischer Algorithmus 118
7.4.1 Einstellungen 118
7.4.2 Bewertungsmatrix 120
7.5 Validierung des optimierten Ablaufs 122
7.6 Visualisierung der optimierten Geschaftsprozesse 123
8 Fallbeispiel 124
9 Zusammenfassung und Ausblick 134
10 Literatur 136
11 Anhang 151
11.1 Verfahren zur Gewahrleistung gOltiger L6sungen 151
11.1.1 Anforderungen 151
11.1.2 Auswertung der Anforderungen 151
11.1.3 Wahl der Reprasentation und der Operatoren 152
11.1.4 Systematische L6sung der Problemstellung 152
11.1.4.1 Algorithmus zur Pravention von Kreisen 153
11.1.4.2 Algorithmus zur Pravention von Netzplanverletzungen 153
11.1.4.3 Algorithmus zur Eliminierung von Redundanz 154
11.1.4.4 Algorithmus zur Initialisierung 155
11.2 Implementierung 156
11.2.1 Das Objektmodell zur Darstellung eines Geschaftsprozesses 156
11.2.2 Das Objektmodell zur Darstellung des genetischen Algorithmus 158
-11 -
AbkOrzungsverzeichnis
Zeichen Einheit Bedeutung
A Bogenmenge A
a Bogen, gewichtete Kanten a
AA Anfang-Anfang
Kennzahl ProzeB (Einzeltatigkeit)
AAbteilung(Prozel3)
Kennzahl nachfolgender ProzeB (Einzeltatigkeit)
AAbteilung(Nachfolger-Prozel3l
aA bteilungswechsel Ausgleichsfaktor Qualitat Abteilungswechsel
AE Anfang-Ende
Ausgleichsfaktor Kosten
aKosten
AM Absatzmenge
Adjazenzmatrix
AMatrix
ARIS Architektur integrierter Informationssysteme
am Ausgleichsfaktor Qualitat Risikoprioritatszahl
Ausgleichsfaktor Obergangszeit
aObergangszeil
Av Vorganger
Ausgleichsfaktor Vorgangsdauer
aVorgangsdauer
AW Auftretenswahrscheinlichkeit
b Bewertung der Verbindung zwischen dem Vorgang i und
dem Vorgang j eines Prozesses
B Zahlenraum
BF Bedeutung von Fehlerfolgen
Bewertungsmatrix
BMatrix
BPR Business Process Reengineering
Bv Vorgang
bzw. beziehungsweise
C Crossover
Laufende direkte prozeBbezogene Kosten
CLDP
CIM-OSA Open System Architecture for CIM
COP Combinatorical Optimization Problem
CPM Critical Path Method
csp Constraint satisfaction problem
D Digraph
Deckungsbeitrag
DDS
e Kante e
EA Ende-Anfang
EE Ende-Ende
E(G), E Kantenmenge des Graphen
EPK Ereignisgesteuerte ProzeBketten
ES Evolutionsstrategien
etc. et cetera
EW Entdeckungswahrscheinlichkeit
f Kante f
F Funktion
F(. .. ) FitneB
FAZ FrOhestmogliche Anfangszeit
Bewertungsfunktion eines Individuums
Fsewertung
FEZ FrOhestmogliche Endzeit
Bewertungsfunktion Kosten
FKosten
FMEA Fehler-M6glichkeits-und EinfluB-Analyse
FP Freie Pufferzeit
J. Bauske, Ein objektorientiertes Verfahren zur Optimierung von Geschäftsprozessen unter
Verwendung eines genetischen Algorithmus © Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg 1999