Fließproduktionssysteme: Leistungsbewertung, Konfigurations- und Instandhaltungsplanung

242 Pages·1998·7.06 MB·German

by  Prof. Dr. Heinrich Kuhn (auth.)

Physica-Schriften zur Betriebswirtschaft
Herausgegeben von
K. Bohr, Regensburg . W. Bühler, Mannheim . W. Dinkelbach, Saarbrücken
G. Franke, Konstanz· P. Hammann, Bochum . K.-P. Kistner, Bielefeld
H. Laux, Frankfurt· O. Rosenberg, Paderbom . B. Rudolph, München
Physica-Schriften zur Betriebswirtschaft
Herausgegeben von
K. Bohr, Regensburg . W. Bühler, Mannheim . W. Dinkelbach, Saarbrücken
G. Franke, Konstanz· P. Hammann, Bochum . K.-P. Kistner, Bielefeld
H. Laux, Frankfurt· O. Rosenberg, Paderbom . B. Rudolph, München
Informationen über die Bände 1-44 Band 56
sendet Ihnen auf Anfrage gerne der Verlag. Markus Riess
Effizienzkonzepte und nutzentheoreti
Band 45 sche Ansätze zur Lösung stochasti
Christoph Kaserer scher Entscheidungsmodelle
Optionsmärkte und Risikoallokation
Band 57
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Band 46
Controlling als ökonomische Institution
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Qualitäts-und Kommunikationspolitik
angesichts von Produktrisiken
Band 58
Gerd Lockert
Band 47
Risikofaktoren und Preisbildung
Stephan Schumacher
am deutschen Aktienmarkt
PPS-Systeme für Unternehmen der
Klein-und Mittelserienfertigung
Band 59
Hagen Lindstädt
Band 48 Optimierung der Qualität von
Andreas Bölte Gruppenentscheidungen
Modelle und Verfahren zur inner
betrieblichen Standortplanung
Band 60
Thomas Pfeiffer
Band 49 Innerbetriebliche Verrechnungspreis
Andrea Piro bildung bei dezentralen Entscheidungs
Betriebswirtschaftliche strukturen
Umweltkostenrechnung
Band 61
Band 50
Peter Nippel
Hermann Jahnke
Strategische Investitionsplanung und
Produktion bei Unsicherheit
Finanzierung
Band 51
Bernd Schäfer Band 62
Informationsverarbeitung und Preis Kathrin Fischer
bildung am Aktien-und Optionsmarkt Standortplanung unter Berücksichti
gung verschiedener Marktbedingungen
Band 52
Wolfgang Brüggemann Band 63
Ausgewählte Probleme der Hubert Missbauer
Produktionsplanung Bestandsregelung als Basis für eine
Neugestaltung von PPS-Systemen
Band 53
Andreas Kleine Band 64
Entscheidungstheoretische Aspekte der Ariane Reiß
Principal-Agent-Theorie Bewertung von Optionen unter
Transaktionskosten
Band 54
Alexander Kempf Band 65
Zum Preiszusammenhang zwischen Alois Paul Knobloch
Kassa-und Futuresmärkten Zur kurzfristigen Finanzplanung
des internationalen Konzerns
Band 55
Jürgen Eisner Band 66
Chaos und Zufall am deutschen Louis Velthuis
Aktienmarkt Lineare Erfolgsbeteiligung
Heinrich Kuhn
Fließproduktions
systeme
Leistungsbewertung, Konfigurations- und
Instandhaltungsplanung
Mit 124 Abbildungen
und 26 Tabellen
Physica-Verlag
Ein Unternehmen
des Springer-Verlags
Prof. Dr. Heinrich Kuhn
Katholische Universität Eichstätt
Wirtschaftswissenschaftliche Fakultät Ingolstadt
Lehrstuhl für Allgemeine Betriebswirtschaftslehre,
Produktions wirtschaft und Industriebetriebslehre
Auf der Schanz 49
D-85049 Ingolstadt
ISBN 978-3-7908-1128-5
Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme
Kuhn, Heinrich: Fließproduktionssysteme: Leistungsbewertung, Konfigurations-und Instand
haltungsplanung I Heinrich Kuhn. - Heidelberg: Physica-Verl., 1998
(Physica-Schriften zur Betriebswirtschaft; Bd. 67)
ISBN 978-3-7908-1128-5 ISBN 978-3-642-52422-6 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-52422-6
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© Physica-Verlag Heidelberg 1998
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Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten
wären und daher von jedermann benutzt werden dürften.
Umschlaggestaltung: Erich Kirchner, Heidelberg
SPIN 10683698 88/2202-5 4 3 2 I 0 - Gedruckt auf säurefreiem Papier
Für Marion
Je planmäßiger die Menschen vorgehen,
desto wirksamer vermag sie der Zufall zu treffen.
Friedrich Dürrenmatt, Die Physiker
Vorwort
Die vorliegende Arbeit entstand während meiner Tätigkeit als Akademischer Rat
am Seminar für Allgemeine Betriebswirtschaftslehre, Industriebetriebslehre und
Produktionswirtschaft der Universität zu Köln. Sie wurde im Oktober 1997 unter
dem Titel "Produktions- und Instandhaltungsplanung von Fließproduktionssyste
men" von der Wirtschafts- und Sozialwissenschaftlichen Fakultät der Universität
zu Köln als Habilitationsschrift angenommen.
Gegenstand der Arbeit sind analytische Modelle zur Leistungsanalyse automati
sierter Fließproduktionssysteme, die vor allem im Zuge der Konfigurationspla
nung der Systeme Anwendung finden.
Analytische Modellierungsansätze bieten gegenüber der Simulation den Vor
teil, in erheblich kürzerer Rechenzeit verläßliche Informationen über die Lei
stungsfähigkeit einer Konfigurationsalternative zu erhalten. Die bisher in der Li
teratur angebotenen analytischen Ansätze vernachlässigen jedoch fast vollständig
den Einfluß der knappen Kapazität des Bedienungs-und/oder Instandhaltungsper
sonals.
In der Arbeit werden daher zum einen relevante Verfahren zur analytischen
Leistungsbewertung von Fließproduktions- und Instandhaltungssystemen darge
stellt und zum anderen neue Modelle und analytische Lösungsansätze entwickelt,
die das Ausfallverhalten der Anlagenkomponenten eines automatisierten Fließ
produktionssystems sowie die Organisation und die Politik des Instandhaltungs
systems explizit bei dessen Leistungsbewertung berücksichtigen.
Meinem akademischen Lehrer Herrn Prof. Dr. Horst Tempelmeier danke ich für
die vielfaltige Unterstützung während des Entstehungsprozesses der Arbeit. Ohne
seine stets gegebene Diskussionsbereitschaft und seine zahlreichen Anregungen
könnte die Arbeit in dieser Form nicht vorliegen.
Herrn Prof. Dr. Günter Beuermann, der das Zweitgutachten verfaßte, möchte
ich ebenfalls ganz herzlich danken.
Herrn Prof. Dr. Klaus-Peter Kistner danke ich für die Aufnahme in die
Schriftenreihe. Durch seine kritischen Fragen im Zuge der Präsentation von Tei
len der Arbeit bei Fachtagungen habe ich wertvolle Impulse erhalten.
Den ehemaligen Kollegen Dr. Matthias Geselle und Dr. Malte Bürger bin ich
für die stete Hilfsbereitschaft dankbar.
Ganz besonders bedanken möchte ich mich bei meinem Kollegen Dr. Johan
nes Antweiler. Im Zuge der Korrekturphase habe ich von ihm zahlreiche Verbes
serungsvorschläge erhalten, die in die Arbeit eingeflossen sind.
x
Vorwort
Ein besonderer Dank gilt auch meinem ehemaligen Kollegen Dr. Stefan
Gstettner. In gemeinsamen Projekten und vielen Diskussionsrunden habe ich
durch ihn Anregungen erhalten, die mittelbar in der Arbeit wiederzufinden sind.
Meinem Freund Prof. Dr. Ulrich Tetzlaff von der George Mason University
möchte ich ebenfalls ganz herzlich danken. Ein Teilproblem der Arbeit haben
wir während eines gemeinsamen Forschungsprojektes gelöst.
Einen ganz besonderen Verdienst an dieser Arbeit hat meine große Liebe
Marion. Sie hat alle Höhen und Tiefen im Entstehungsprozeß erlebt und auf vie
le gemeinsame Abende und Wochenenden verzichten müssen. Insbesondere in
der Korrekturphase der Arbeit hat sie mich tatkräftig unterstützt. Ihr habe ich die
Arbeit gewidmet.
Köln im März 1998 Heinrich Kuhn
Inhaltsverzeichnis
1. Gegenstand und Gang der Untersuchung .................................. 1
2. Aspekte der isolierten Produktions- und Instandhaltungsplanung .. 5
2.1 Fließproduktion ................................................................... 5
2.1.1 Charakterisierung von Fließproduktionssystemen ......................... 6
2.1.2 Planungsprobleme bei Fließproduktion ..................................... 7
2.1.2.1 Konfigurationsplanung ................................................... 7
2.1.2.2 Operative Produktionsplanung ........................................ 11
2.2 Instandhaltung von Produktionsanlagen .................................. 13
2.2.1 Aktivitäten der Instandhaltung .............................................. 13
2.2.2 Planungsprobleme der Instandhaltung ..................................... 16
2.2.2.1 Instandhaltungsprogrammplanung .................................... 16
2.2.2.2 Instandhaltungsbereitstellungsplanung ............................... 18
2.2.2.3 Instandhaltungsablaufplanung ......................................... 20
3. Leistungsanalyse von Fließproduktionssystemen ....................... 23
3.1 Einflußgrößen der Leistung eines Fließproduktionssystems ........... 24
3.1.1 Beschreibung der Einflußgrößen ........................................... 25
3.1.2 Wirkung der Einflußgrößen ................................................. 27
3.1.2.1 Stochastische Bearbeitungszeiten .................................... 27
3.1.2.2 Stationsstörungen ....................................................... 29
3.2 TYPisierung der Modelle zur Leistungsanalyse ........................... 31
3.3 Modellierung von Anlagenstörungen ....................................... 39
3.3.1 Modellannahmen ............................................................. 40
3.3.2 Operationsstückabhängige Störungen ...................................... 42
3.3.3 Operationszeitabhängige Störungen ........................................ 45
3.3.4 Vergleich zwischen operations stück-und operationszeitabhängigen
Störungen ...................................................................... 48
3.3.5 Fehlerhafte Werkstücke ..................................................... 49
XII Inhaltsverzeichnis
3.4 Ansätze zur Bewertung von Fließproduktionssystemen ................ 53
3.4.1 Dekompositionsansatz ....................................................... 54
3.4.2 GI/G/1-Warteschlangenmodell ............................................. 57
3.4.3 Markov-Modell ............................................................... 60
3.4.4 Grenzwerte der Leistungsfähigkeit ......................................... 63
3.4.5 Vergleich von Markov-Ansatz und Warteschlangenansatz ............. 64
4. Leistungsanalyse von Instandhaltungssystemen ........................ 69
4.1 Ökonomische Relevanz ........................................ , ............... 69
4.2 Typisierung der Modelle zur Leistungsanalyse ........................... 71
4.3 FCFS-Abfertigung .............................................................. 76
4.3.1 Klassisches Maschinen-Instandhaltungsmodell ........................... 77
4.3.2 Maschinenspezifische Lebensdauern ....................................... 79
4.3.2.1 Modellauswertung ...................................................... 80
4.3.2.2 Bestimmung der Ausfallzeitverteilung ............................... 82
4.3.2.2.1 Ein Instandhalter. ................................................... 82
4.3.2.2.2 Mehrere Instandhalter. ............................................. 85
4.3.3 Maschinenspezifische Reparaturzeiten .................................... 87
4.4 Abfertigungsprioritäten ....................................................... 88
4.4.1 M/G/1-Modell mit Prioritäten .............................................. 88
4.4.2 Maschinen-Instandhaltungsmodell mit Prioritäten.. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 92
4.4.3 Vergleich der Verfahrensvarianten ........................................ 95
4.5 Patrouillierender Instandhalter ............................................. 97
4.5.1 Homogene Maschinen-Instandhaltungssysteme .......................... 98
4.5.2 Inhomogene Maschinen-Instandhaltungssysteme ....................... 101
4.5.2.1 Systeme ohne Übergangszeiten ...................................... 102
4.5.2.1.1 Exakte Auswertung ................................................ 102
4.5.2.1.2 Heuristischer Ansatz von Mitrani ............................... 103
4.5.2.1.3 Verbesserung des Ansatzes von Mitrani ........................ 106
4.5.2.1.4 Ergebnisse .......................................................... 107
4.5.2.2 Systeme mit Übergangszeiten ........................................ 112
4.5.2.2.1 Exakte Auswertung ................................................ 113
4.5.2.2.2 Heuristischer Ansatz von Ibe und Cheng ...................... 115
4.5.2.2.3 Erweiterung des verbesserten Ansatzes von Mitrani ......... 116
4.5.2.2.4 Ergebnisse .......................................................... 117