Opportunistische Koordinierung bei Werkstattfertigung: Ein Ansatz auf der Basis von Multiagentensystemen

327 Pages·2000·5.643 MB·German

by  Ralf Gössinger (auth.)

Information – Organisation – Produktion
Ralf Gössinger
Opportunistische
Koordinierung bei
Werkstattfertigung
Ein Ansatz auf der Basis von
Multiagentensystemen
Gössinger
Opportunistische Koordinierung bei Werkstattfertigung
GABLER EDITION WISSENSCHAFT
Information - Organisation - Produktion
Herausgegeben von Professor Dr. Hans Corsten,
Professor Dr. Michael Reiß, Professor Dr. Clous Steinle
und Professor Dr. Stephan Zelewski
Die Schriftenreihe präsentiert Konzepte, Modelle und Methoden zu
drei zentralen Domänen der Unternehmensführung. Information,
Organisation und Produktion werden als Bausteine eines integriert
angelegten Management-systems verstanden. Der Erforschung dieses
Bereiches dienen sowohl theoretische als auch anwendungsorientierte
Beiträge.
Ralf Gössinger
Opportunistische
Koordinierung bei
Werkstattfertigung
Ein Ansatz auf der Basis
von Multiagentensystemen
Mit einem Geleitwort
von Univ. -Prof. Dr. habil. Hans Corsten
Springer Fachmedien Wiesbaden GmbH
Die Deutsche Bibliothek- CIP-Einheitsaufnahme
Gössinger, Ralf:
Opportunistische Koordinierung bei Werkstattfertigung : ein Ansatz auf der Basis von
Multiagentensystemen I Ralf Gössinger. Mit einem Geleitw. von Hans Corsten. -1. Aufl..
(Gabler Edition Wissenschaft : Information - Organisation - Produktion)
Zugl.: Kaiserslautern, Univ., Diss., 2000
ISBN 978-3-8244-7294-9 ISBN 978-3-322-99216-1 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-322-99216-1
1. Auflage Dezember 2000
Alle Rechte vorbehalten
© Springer Fachmedien Wiesbaden 2000
Ursprünglich erschienen bei Betriebswirtschaftlicher Verlag Dr. Th. Gabler GmbH, Wiesbaden, und
Deutscher Universitäts-Verlag GmbH, Wiesbaden, 2000
Lektorat: Brigitte Siegel I Jutta Hinrichsen
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Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Na
men im Sinne aer Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei ZU betrachten wä
ren und daher von jedermann benutzt werden dürften.
ISBN 978-3-8244-7294-9
V
Geleitwort
Fragen der Werkstattfertigung stellen seit mehreren Jahrzehnten ein zentrales Forschungsge
biet der Produktionswirtschaft dar. EDV -gestützte Produktionsplanungs- und -steuerungssy
steme basieren in der Regel auf dem MRP !I-Konzept, das zwar das Spektrum der PPS
Teilaufgaben abzudecken vermag, dessen Anwendungsbereich jedoch in der Großserien-und
Massenfertigung liegt. Für Einzel- und Kleinserienfertigung erweist sich dieses Konzept ins
besondere im Rahmen der Termin- und Kapazitätsplanung als ungeeignet, eine Erkenntnis,
die dazu führte, daß in der Literatur eine Vielzahl von Ansätzen entwickelt wurde, die das
Ziel einer partiellen Verbesserung dieser Systeme verfolgten. Ein zentrales Problem ist dabei
die Unsicherheit über das Auftreten von Störungen, die mit der Konsequenz einhergehen kön
nen, daß der ursprünglich erstellte Plan ungültig wird und folglich erneut (Um-)Planungs
aktivitäten erforderlich werden. Konzepte der Umplanung verzichten auf die Berücksichti
gung der Flexibilität eines Produktionssystems. Für komplexe Produktionssysteme, die ein
hohes Störungspotential besitzen, erscheint es jedoch zweckmäßig, diese Flexibilität bereits
ex ante zu berücksichtigen. Um dies zu ermöglichen, greift Ralf Gössinger in seiner Arbeit
auf das Konzept der opportunistischen Koordinierung zurück, das von Fox und Kempf vorge
schlagen wurde. Ziel seiner Überlegungen ist es dabei, einerseits das Konzept der opportuni
stischen Koordinierung in formaler Weise zu modellieren und anderseits bedingt durch die
"natürliche Verteiltheit" der Problemkonstituenten einen Lösungsansatz auf der Grundlage ei
nes Multiagentensystems zu entwickeln. Damit bearbeitet der Autor nicht nur ein äußerst an
spruchsvolles, sondern gleichzeitig ein aktuelles Problem.
Um eine problemspezifische Konkretisierung der opportunistischen Koordinierung vorzu
nehmen, greift der Autor auf produktionstheoretisches Gedankengut und Ansätze aus der Fle
xibilitätsforschung zurück. Im Rahmen des Entwurfs eines verteilten Lösungsansatzes bildet
zunächst die Darstellung der Grundstruktur eines Multiagentensystems die Grundlage seiner
Überlegungen. Für die vorliegende Problemstellung greift er auf die Architektur eines erwei
terten Kontraktnetzsystems der Koordinatorvariante zurück und entwickelt entsprechende Lö
sungsverfahren für Auftrags-, Bearbeitungs-, Transport- und Lageragenten sowie die jeweili
gen Koordinationsagenten. Den Abschluß der vorliegenden Arbeit bildet eine Untersuchung
der Leistungsfähigkeit der opportunistischen Koordinierung, mit der die beiden folgenden
Ziele verfolgt werden:
VI
- In einem ersten Schritt soll die generelle Einsatzfähigkeit der opportunistischen Koordinie
rung im Rahmen der Werkstattfertigung geklärt werden, um dann
- in einem zweiten Schritt einen Leistungsvergleich mit ausgewählten Prioritätsregeln vor
zunehmen.
Eine simulationsgestützte vergleichende Analyse des Steuerungsverhaltens von opportunisti
scher Koordinierung und ausgewählten Prioritätsregeln zeigt dabei, daß die opportunistische
Koordinierung hinsichtlich der Mehrzahl der zugrunde gelegten Ziele zu besseren Ergebnis
sen gelangt als die "konventionelle" Werkstattsteuerung.
Ralf Gössinger legt mit dieser Arbeit einen bedeutenden Forschungsbeitrag für die Produkti
onsplanung und -Steuerung bei Werkstattfertigung vor, die sowohl für die Theorie als auch für
die Praxis von hoher Bedeutung ist. Ich wünsche der vorliegenden Arbeit eine weite Verbrei
tung in Wissenschaft und Praxis.
Univ.-Prof. Dr. habil. Hans Corsten
VII
Vorwort
Die Planung und Steuerung von Prozessen im Rahmen der Werkstattfertigung bildet eine
zentrale produktionswirtschaftliche Fragestellung. Unerwartet auftretende Störungen und die
damit einhergehenden negativen Wirkungen auf die Produktion stellen dabei ein für diesen
Organisationstyp bedeutsames reales Problem dar. Die opportunistische Koordinierung knüpft
an diesen Sachverhalt an, indem sie die Flexibilität des Produktionssystems explizit in die
Überlegungen einbezieht und somit für eine Störungsbehandlung zugänglich macht. Zur pro
blemspezifischen Konkretisierung und Evaluierung dieses Metakonzepts werden in der vor
liegenden Arbeit einerseits produktionstheoretische Erkenntnisse und anderseits Multiagen
tensysteme, ein Forschungsansatz auf dem Gebiet der verteilten künstlichen Intelligenz, als
theoretische Grundlagen herangezogen.
Die vorliegende Arbeit entstand während meiner Tätigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter
am Lehrstuhl für Produktionswirtschaft der Universität Kaiserslautem und wurde im Som
mersemester 2000 vom Fachbereich Sozial- und Wirtschaftswissenschaften der Universität
Kaiserslautern als Dissertation angenommen. Meinem verehrten akademischen Lehrer und
Doktorvater, Herrn Univ.-Prof. Dr. Hans Corsten, danke ich für seine Förderung, die mich
sowohl in fachlicher als auch in persönlicher Hinsicht von der ersten Zeile an begleitete.
Ebenfalls sei Herrn Univ.-Prof. Dr. Hans-Dietrich Haasis für die Bereitschaft zur Übernahme
der Zweitberichterstattung herzlich gedankt. Meinen Kollegen Dipl.-Kfm. Martin Klose und
Dipl.-Kfm. Dr. Stephan Stuhlmann danke ich für die kritische Durchsicht und Diskussion des
Manuskriptes. Der Aufwand von Simulationsstudien wird häufig unterschätzt; für die geduld
same Hilfe bei der Erstellung des Simulationsmodells und bei Voruntersuchungen bin ich
Herrn Dipl.-Wirtsch.-Ing. Sven Müller zu Dank verpflichtet.
Einen besonderen Dank möchte ich meinen Eltern zuteil werden lassen, die mir die Option
auf akademische Ausbildung stets offenhielten. Ihnen sei dieses Buch gewidmet. Meiner lie
ben Frau Doreen danke ich für die umfangreiche Hilfe während der ,heißen Phase' der Fertig
stellung dieser Arbeit, vor allem aber für die verständnisvolle Begleitung seit unserer gemein
samen Studienzeit.
Ralf Gössinger
IX
Inhaltsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis ........................ ............................................... ............................. ....... XI
Tabellenverzeichnis ............................................................................................................... XV
Anhangverzeichnis ............................................................................................................. XVII
1 Motivation der Arbeit .......................................................................................................... 1
2 Opportunistische Koordinierung als konzeptioneller Rahmen .. ..................... ....... ............ 15
2.1 Grundkonzeption ....................................................................................................... 15
2.2 Inhaltliche Konkretisierung ..... ............................. ................. ............................. ....... 28
2.2.1 Produktionstheoretisch fundierte Modeliierung
des Handlungsrahmens ....... ............ ........................ .......... ......... .................... 29
2.2.1.1 Ressourcen ....................................................................................... 32
2.2.1.1.1 Bearbeitungseinheiten ................................................... 32
2.2.1.1.2 Zwischenlager ................................................................ 43
2.2.1.1.3 Transportmittel .............................................................. 49
2.2.1.2 Aufträge ........................................................................................... 57
2.2.2 Konkretisierung von Entscheidungskriterien .. .... .................... ...................... 68
3 Multiagentensystem zur Unterstützung der Koordination
von Produktionsprozessen .. .. ......................................................... .................... ................ 85
3.1 Verteiltes Problemlösen auf der Grundlage von Multiagentensystemen .................. 85
3.1.1 Grundstruktur eines Multiagentensystems .................................................... 87
3.1.2 Systemarchitekturen ...................................................................................... 91
3.2 Entwurf eines problemspezifischen Multiagentensystems ..................................... 100
3.2.1 Elemente ...................................................................................................... 101
3.2.2 Funktionsweise ............................................................................................ 108
X
3.2.2.1 Koordination der Bearbeitungsvorgänge ....................................... 108
3.2.2.1.1 Verrnittlungsprozeß ..................................................... 109
3.2.2.1.1.1 Interagentenebene ................................... 109
3.2.2.1.1.2 Intraagentenebene ................................... 110
3.2.2.1.2 Verhandlungsprozeß .................................................... 118
3.2.2.1.2.1 Interagentenebene ................................... 118
3.2.2.1.2.2 Intraagentenebene ................................... 121
3.2.2.2 Koordination der Zwischenlagerungsvorgänge ............................. 133
3.2.2.2.1 Interagentenebene ........................................................ 134
3.2.2.2.2 Intraagentenebene ........................................................ 136
3.2.2.3 Koordination der Transportvorgänge ............................................ 145
3.2.2.3.1 Interagentenebene ........................................................ 146
3.2.2.3.2 Intraagentenebene ........................................................ 151
4 Beurteilung der Leistungsfähigkeit auf der Grundlage von Simulationen ...................... 165
4.1 Simulationsmodell .................................................................................................. 165
4.2 Simulationsexperimente .......................................................................................... 175
5 Abschließende Bemerkungen .......................................................................................... 196
Anhänge ............................................................................................................................... 201
Symbolverzeichnis ............................................................................................................... 249
Literaturverzeichnis .............................................................................................................. 277