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Hierarchisch integrierte Planungsansätze in der Prozeßfertigung
GABLER EDITION WISSENSCHAFT
Produktion und Logistik
Herausgegeben von
Professor Dr. Wolfgang Domschke,
Technische Universität Darmstadt,
Professor Dr. Andreas Drexl,
Universität Kiel,
Professor Dr. Bernhard Fleischmann,
Universität Augsburg,
Professor Dr. Hans-Otto Günther,
Technische Universität Berlin (schriftführend),
Professor Dr. Karl Inderfurth,
Universität Magdeburg,
Professor Dr. Klaus Neumann,
Universität Karlsruhe,
Professor Dr. Christoph Schneeweiß,
Universität Mannheim,
Professor Dr. Hartrnut Stadtier,
Technische Universität Darmstadt,
Professor Dr. Horst Tempelmeier,
Universität zu Köln,
Professor Dr. Gerhard Wäscher,
Universität Halle-Wittenberg
Diese Reihe dient der Veröffentlichung neuer Forschungsergebnisse
auf den Gebieten der Produktion und Logistik. Aufgenommen wer
den vor allem herausragende quantitativ orientierte Dissertationen
und Habilitationsschriften. Die Publikationen vermitteln innovative
Beiträge zur Lösung praktischer Anwendungsprobleme der
Produktion und Logistik unter Einsatz quantitativer Methoden und
moderner Informationstechnologie.
Michael Hauth
Hierarchisch integrierte
Planungsansätze
in der Prozeßfertigung
Mit einem Geleitwort
von Prof. Dr. Christoph Schneeweiß
DeutscherUniversitäts Verlag
Die Deutsche Bibliothek -CIP-Einheitsaufnahme
Hauth, Michael:
Hierarchisch integrierte Planungsansätze in der Prozeßfertigung
/Michael Hauth. Mit einem Geleitw. von Christoph Schneeweiß.
-Wiesbaden: Dt. Univ.-Verl. ; Wiesbaden: Gabler, 1998
(Gabler Edition Wissenschaft: Produktion und Logistik)
Zugl.: Mannheim, Univ., Diss., 1997
ISBN 978-3-8244-6807-2 ISBN 978-3-322-93366-9 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-322-93366-9
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im Sinne der Warenzeichen-und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären
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Lektorat: Ute Wrasmann
Geleitwort
Prozeßfertigung stellt eine der wichtigsten Fertigungsformen der industriellen
Produktion dar. Sie zeichnet sich idealtypisch dadurch aus, daß mittelfristig
auf einem einzigen Aggregat nur eine geringe Anzahl unterschiedlicher Sorten
gefertigt wird, die sodann kurzfristig zu verkaufsfähigen Produktarten wei
terverarbeitet werden. Beispiele finden sich insbesondere in der chemischen
oder in der Nahrungsmittelindustrie. Konkret denke man etwa an die Pro
duktion von Flachglas oder an die Fertigung von Tiefkühlkost.
Prozeßfertigung ist i.d.R. hochautomatisiert und verlangt daher einen hohen
Grad an Planung. Umgekehrt erlaubt gerade der hohe Automatisierungsgrad
den Einsatz fortgeschrittener Planungsverfahren. Es ist daher nicht verwun
derlich, daß hochkomplexe Optimierungsalgorithmen und Modellierungsver
fahren des Operations Research für die Prozeßfertigung entwickelt wurden.
Hierbei geht es i.w. um zwei große Planungsbereiche. Zum einen ist die häufig
mittelfristig wichtige Frage zu beantworten, welche Sorte wann aufzulegen ist,
und zum anderen ist zu klären, wie man die kurzfristige Fertigung in der mit
telfristigen Planung berücksichtigen kann. Die erste Frage ist in der Planungs
literatur als "Losgrößen-Reihenfolge-Problem" Gegenstand vieler Untersu
chungen. Die zweite Problemstellung, nämlich die Abstimmung von mittel
und kurzfristiger Planung, ist Gegenstand hierarchischer Planungsansätze.
Auch hier gibt es, insbesondere mit dem klassischen Hax/Meal-Ansatz der
hierarchischen Produktionsplanung, eine umfangreiche Literatur.
Trotz all dieser beachtlichen Anstrengungen bleibt ein erhebliches Planungs
defizit erkennbar, das generell aus der ungenügenden Berücksichtigung des
betrieblichen Zusammenhangs zu erklären ist. So wird das Losgrößen-Reihen
folge-Problem losgelöst von seinen mittelfristigen Einsatzbedingungen ana-
VI Geleitwort
lysiert, und komplementär hierzu gelingt es der klassischen hierarchischen
Produktionsplanung nicht, die Planungsebenen adäquat zu beschreiben und
praxisrelevant zu integrieren.
Hier nun setzt die vorliegende Arbeit ein. Sie hat sich zum Ziel gesetzt, mittel
fristige und kurzfristige Fragestellungen der Prozeßfertigung über einen hier
archischen Planungsansatz zu erfassen. Hierzu sind zwei wichtige Beiträge zu
leisten gewesen. In einem ersten Schritt war es erforderlich, die Losgrößen
Reihenfolge-Planung den Bedingungen der Mittelfrist-Planung anzupassen.
Dazu gehört insbesondere, daß man den wichtigen Gesichtspunkt der Stabi
lität, d.h. fester Auflagezyklen beachtet. Der Verf. erreicht dies i.w. dadurch,
daß er die Losgrößen-Reihenfolge-Planung um die Möglichkeit mittelfristi
ger Kapazitätsanpassungen erweitert und die Bestimmung von Anfangs-und
Endbeständen endogenisiert.
In seinem zweiten wichtigen Beitrag verläßt der Verfasser den einfachen
Top-down-Ansatz der klassischen hierarchischen Produktionsplanung, der die
kurzfristige Ebene nur ungenügend antizipiert. Statt dessen verwendet er die
aus der allgemeinen Theorie der hierarchischen Planung bekannte explizi
te Antizipation, nach der die Reaktion der Kurzfristebene auf die Vorgabe
der Mittelfristebene explizit in Form einer Antizipationsfunktion in der Los
größen-Reihenfolge-Optimierung berücksichtigt wird.
Gerade hinsichtlich des letzten Aspektes stellt die Arbeit nicht nur einen
wichtigen Beitrag zur Planung mittel- und kurzfristiger Fragestellungen der
Prozeßfertigung dar, sondern führt darüber hinaus zu einer wesentlichen Er
weiterung der klassischen am MIT entwickelten hierarchischen Produktions
planung. Die sich hierbei ergebenden grundsätzlichen betriebswirtschaftli
chen Einsichten, insbesondere hinsichtlich des Einsatzes geeigneter Aggrega
tionsverfahren, sind nicht nur für den engeren Kreis der Produktionsplaner
von Bedeutung, sondern wenden sich allgemein an den an betriebswirtschaft
licher Theorie interessierten Leser.
Christoph Schneeweiß
Vorwort
An dieser Stelle ist es angebracht all denen meinen Dank auszusprechen ohne
deren Hilfe dieses Buch nicht hätte entstehen können.
Danken möchte ich meiner Frau Waltraud, die mich in jeder Weise unterstütz
te und meinen Töchtern Franziska, Antonia und Theresa.
Wichtige Hilfe und Rat fand ich bei meinem akademischen Lehrer Prof. Dr.
Christoph Schneeweiß, sowie bei Dr. Carsten Homburg und Dr. Hans-Jürgen
Vaterrodt.
Für die kritische Durchsicht meines Manuskripts und für viele weitere Hilfen
danke ich Frau Gabi Eberhardt und Frau Ruth Einig.
Michael Hauth
Inhaltsverzeichnis
Einleitung 1
1 Aufgaben der Produktionsplanung bei Prozeßfertigung 7
1.1 Ein Beispiel aus der Praxis . . . . . . . . . . . . 8
1.2 Charakteristika der Prozeßfertigung . . . . . . . 10
1.2.1 Kennzeichen der mittelfristigen Planung 13
1.2.2 Kennzeichen der kurzfristigen Planung . 20
1.3 Hierarchische Produktionsplanung bei Prozeßfertigung 23
1.3.1 Das Konzept der hierarchischen Planung . . . . 24
1.3.2 Verwendbarkeit der klassischen hierarchischen Produk
tionsplanung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 28
1.4 Ein neues Konzept zur Produktionsplanung bei Prozeßfertigung 33
1.4.1 Problematik des Planungshorizonts 34
1.4.2 Problematik der Lagerbestände . . . . . . . . . . . .. 36
1.4.3 Die Informationssituation ................ 39
1.4.4 Vorläufige Charakterisierung des neuen Planungskon-
zepts der Integrierten Prozeßplanung . . . . . . . . . . 41
2 Deterministische Modelle zur Mittelfristplanung 47
2.1 Generelle Überlegungen zur Mittelfristplanung . . . . . . . .. 49
2.2 Das Modell des Continuous Setup Lotsizing Problem ..... 53
2.3 Das Modell des Proportional Lotsizing and Scheduling Pro-
blem (PLSP) ........................... 58
2.4 Das Modell des Economic Lotsizing and Scheduling Problem
(ELSP) .................... 62
2.4.1 Eine Heuristik zur Lösung des ELSP 66
2.4.2 Relaxiertes Modell des ELSP 68
2.4.3 Weitere heuristische Lösungsansätze . 73
2.5 Die Bedeutung der Kapazität in der Mittelfristplanung 76
2.5.1 Erfassung der Kapazitätsanpassung im CSLP und PLSP 77
2.6 Kapazitätsanpassung im Modell des ELSP . . . . . . . . . .. 79
X Inhaltsverzeichnis
2.7 Beurteilung der vorgestellten Verfahren . . . . . . . . . . . .. 84
3 Modelle zur kurzfristigen Planung 89
3.1 Besonderheit der kurzfristigen Planung bei Prozeßfertigung 90
3.2 Planungsmodelle für die kurzfristige Planung. . . . . . . . 95
3.2.1 Ermittlung von Produktnachfrage und Sicherheitsbe-
ständen .. . . . . . . . . . . . . . . . . 98
3.2.2 Deterministische Planungsmodelle . . . . 102
3.3 Auswirkungen der kurzfristigen Entscheidungen 109
4 Integrierte operative Planung 113
4.1 Ein Realmodell bei Prozeßfertigung . . . . . . 115
4.2 Entscheidungsgeneratoren bei Prozeßfertigung 128
4.2.1 Deterministische Simultanplanung . . . 129
4.2.2 Hierarchische Produktionsplanung im Sinne von
Hax/Meal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
4.2.3 Hierarchisch Integrierte Prozeßplanung . . . . . . 149
4.2.4 Charakteristika der hierarchischen Planungsansätze 163
4.3 Beurteilung der Entscheidungsgeneratoren . . . . . . . . 165
5 Fallbeispiel: Produktionsplanung in der Glasindustrie 169
5.1 Das Beispielunternehmen . . . . . . . . . . . . 170
5.2 Anwendung der Entscheidungsgeneratoren . . 173
5.2.1 Die Deterministische Simultanplanung 176
5.2.2 Die Integrierte Prozeßplanung 185
5.3 Beurteilung der Planungsverfahren 199
Schlußbetrachtung 203
Literaturverzeichnis 205
Abbild ungsverzeichnis
1.1 Herstellung von Gußglas ..... . 9
1.2 Charakteristika der Prozeßfertigung 11
1.3 Mittel- und kurzfristige Planung .. 13
1.4 Bedarfssynchrone und -asynchrone Produktionsweise 14
1.5 Mittelfristiges Planungsumfeld ..... 19
1.6 Lagerpolitik der kurzfristigen Planung ....... . 21
1.7 Konzept der Hierarchischen Planung . . . . . . . . . 26
1.8 Hierarchische Produktionsplanung nach HAX/MEAL 29
1.9 Planungshorizont und Produktionsreihenfolge 35
1.10 Konzept der Integrierten Prozeßplanung (IPP) 41
2.1 Produktionsplan mit Rüstzeiten . . . . . . . . 47
2.2 Realmodell und Entscheidungsgeneratoren bei Prozeßfertigung 50
2.3 Modellbedingter Kapazitätsverlust (CSLP) . . . . . . . . . 58
2.4 Beispiel eines Produktionsplan . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.5 Lagerbestandsverlauf für eine Produktart an der Position j 66
2.6 Heuristik zum ELSP . . . . . . . . . . . . . . . . 67
2.7 Zusammenhang Nettoauslastung und Zykluslänge . 74
3.1 Kurzfristiges Planungsproblem bei Prozeßfertigung 91
3.2 Planungsabschnitte der kurzfristigen Planung ... 96
3.3 Ablauf der kurzfristigen Planung .......... 99
3.4 Zeitlicher Zusammenhang von mittel- und kurzfristiger Planung101
4.1 Entscheidungsgeneratoren und Realmodell bei Prozeßfertigung 125
4.2 Planerische versus exakte Aggregation ...... 127
4.3 Validierung des Modells SML-PLSP . . . . . . . . . . 134
4.4 Planungsmodell der Top-Ebene nach HAx/MEAL . . . 136
4.5 Algorithmischer Ablauf der Planung nach HAx/MEAL 146
4.6 Planungsmodell der Top-Ebene bei Integrierter Prozeßplanung
(IPP) ................................ 155
4.7 Algorithmischer Ablauf der Integrierten Prozeßplanung (IPP) 159
