Zusammenfassung
In den folgenden Kapiteln wird ein Verfahren entwickelt, das die zuvor definierten Kriterien und Zielstellungen sowohl im Bereich der Modellierung als auch im Bereich des Optimierungsverfahrens besser als die bestehenden Verfahren erfüllt. Obwohl genetische Algorithmen wie auch die Simulationstechnik im Grundsatz bekannt sind, müssen eine Reihe von Lösungen entwickelt werden, die einerseits durch die neue Integration der beiden Verfahren zu einem Gesamtsystem und andererseits aus der flexiblen Anwendung auf unterschiedliche Aufgaben in der Werkstattsteuerung erforderlich geworden sind. Diese Lösungen, die besonders auch die in Kapitel 5 zusammengefaßten Fragestellungen beantworten müssen, werden in den folgenden Abschnitten entwickelt:
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Kap. 6.1:
welche Basisaufgabentypen eignen sich für die Definition von Optimierungsaufgaben im Werkstattsteuerungsbereich,
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Kap. 6.2:
welche verrichtungsorientierten Sprachelemente und -syntax sind zur Abbildung steuerungsrelevanter Strukturen und zur Bewertung von Optimierungsvorschlägen geeignet,
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Kap. 6.3:
wie kann das verrichtungsorientierte Modell mit einem gegenstandsorientierten Modell integriert werden,
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Kap. 6.4:
welche Kommunikation findet zwischen dem Optimierungsprozeß und dem Bewertungsprozeß statt ?
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Literatur
Bei dem gegenstandsorientierten Simulationssystem handelt es sich um das von Becker [BECK91] konzipierte Simulationssystem SIMPLE.
Diese Aufteilung findet sich entsprechend in der Simulationstechnik, die zwischen der allgemeinen Modellierung der Strukturen eines Produktionsprozesses und der Durchführung eines Simulationslaufs mit einer konkreten Vorbelegung unterscheidet.
Eine allgemeinere Formulierung des gleichen Sachverhalts findet sich bei Warnecke: “Das allgemeine Organisationsproblem eines Unternehmens ist ein Zuordnungsproblem. Die drei Organisationsfaktoren Mensch, Arbeit und Aufgabe sind einander so zuzuordnen, daß diejenigen erstrebten Leistungen entstehen, die sich aus der Gesamtaufgabe des Unternehmens ergeben.” (aus [WAR84], Seite 13)
“Rechtseindeutige Relationen (Abbildungen) haben nun in der Mathematik und in den Anwendungen besondere Bedeutung, weil sie die allgemeinste Fassung des Begriffs einer Funktion oder Zuordnung darstellen.” (aus [DÖR77], Seite 69)
“Die Kombinatorik behandelt die Gesetzmäßigkeiten der verschiedenen Anordnungen (Reihenfolgen) der Elemente einer endlichen Menge.” (aus [BRAU81], Seite 40)
Der Begriff Genotyp stammt aus der Biologie. Dort wird darunter “...die Gesamtheit der auf den Chromosomen des Kerns lokalisierten Gene verstanden. (..) Der Genotypus setzt die Reaktionsnorm fest, innerhalb derer sich der Phänotypus des betreffenden Individuums im Wechselspiel von inneren und äußeren Einflüssen während der Individualentwicklung manifestiert.” (aus [HAR77], Seite 26)
Vgl. auch Hillier: “Einfacher jedoch als die Änderung der Rechenregeln für das SIMPLEX-Verfahren ist die Umwandlung eines Minimierungsproblems in ein äquivalentes Maximierungsproblem:
Im biologischen Vorbild wird die Speicherung der Erbinformation durch die DNS geleistet, die ein Lebewesen bei der Entstehung entsprechend der Erbanlage formt. Das weitere Leben vollzieht sich dann zwar unter dem Einfluß der Erbanlagen, wird aber meist von kurzfristigeren Reaktionsmechanismen ergänzt, da eine direkte Reaktion des Erbgutes auf Umwelteinflüsse nicht möglich ist. Die Größe des Einflusses der Erbanlage relativ zur Prägung eines Individuums durch die Umwelt ist noch ein Thema der Forschung, (vgl. [HAR77])
Bezüglich Erfahrungen mit lokalen Regeln und Verbesserungspotential durch simultane Optimierung mehrerer Einflußgrößen, siehe auch Kapitel 7.2.3
Kleine Regelkreise helfen, die Reaktionsgeschwindigkeiten und Verfügbarkeiten eines Unternehmens zu verbessern [WAR89].
“Im Zusammenhang mit Informations- und Datenbanksystemen besteht die Modellbildung darin, daß wir gewisse Dinge der realen Welt als Objekte, sogenannte Entities (Hervorhebung im Original) ansehen, zwischen denen gewisse Beziehungen bestehen.” (nach [SCL83], S. 13)
Im folgenden werden die Begriffe Verrichtungsmodell und Funktionsmodell synonym verwendet.
Eine abstrakte Modellierungssprache in diesem Sinn sind beispielsweise Petri-Netze [REIS86].
Eine anwendungsorientierte Modellierungssprache in diesem Sinn ist beispielsweise das Simulationssystem Dosimis [ITW87].
Als Transportlosmenge wird hier die Mindestmenge an Material, Bauteilen oder Produkten bezeichnet, die von einer Operation an die nachfolgende Operation weitergegeben wird.
Als Bearbeitungslos wird hier die Menge eines Produkts oder Bauteils verstanden, die ohne Änderung des Rüstzustandes oder des Produkttyps auf einer Ressource bearbeitet wird.
Ein Kugelschreiber kann beispielsweise erst dann zum Zweck “schreiben” genutzt werden, wenn die Mine sich im Zustand “herausgerückt” befindet.
Einer allgemeinen Konvention folgend soll in den folgenden Bildern der einen statischen Zustand beschreibende Baustein durch ein Dreieck (À), der einen Zustandsübergang beschreibende Baustein durch ein Rechteck (□) symbolisiert werden.
Bei besonderen zeitgebundenen Produkten wie z.B. Lebensmitteln, deren Zustand sich nicht zuletzt über die Zeit, also das jeweilige Alter definiert, kann eine Lagerung auch als Zustandsübergang abgebildet werden.
Der Begriff Existenzänderung soll hier das Erzeugen und Löschen von Objekten umfassen.
Vgl. auch die von Becker [BECK91] beschriebenen Modellierungssprache, die geometrische Objektlängen zur Berechnung von z.B. Stauverhalten benutzt.
Eine Klasse von Objekten wird aufgrund von Ähnlichkeitskriterien der Objekte gebildet, um die Komplexität der realen Systeme im Modell zu reduzieren, (vgl. auch [SCL83])
Objekte, die einer Klasse angehören, werden in Anlehnung an die objekt-orientierte Terminologie als Instanzen dieser Klasse bezeichnet (vgl. auch [WINB90])
Es ist unerheblich, ob die Objekte, gegenständlich betrachtet, tatsächlich beweglich oder ortsfest sind.
Der “gleiche Zustand” zweier Marken wird definiert als Übereinstimmung der für die Bestimmung eines Zustands relevanten Attributwerte. Welche Attributwerte relevant sind, kann nur im Einzelfall bei der Abbildung des jeweiligen Fertigungsprozesses entschieden werden.
“It is not unusual for the actual processing (including set-up time) to represent less than five percent of the total throughput time in conventional batch production systems. The throughput time or lead time is made up of four major components, the set-up time, the process time including inspection time, the transport time and the queuing time (...). In real life this latter component is frequently the largest, often representing in excess of 80% of total throughput time.” ([BAU91], Seite 3)
Eine vorhandene Belegung könnte beispielsweise ein Werkstückträger sein, auf den am Anfang einer Bearbeitungsfolge ein Werkstück montiert wird. Werkstück und Träger werden erst nach einer Reihe von Operationen wieder voneinander getrennt.
Panwalker et al. [PAN77] beispielsweise vergleichen 112 Prioritätsregeln in ihrer Übersicht.
Das gilt allgemein nur bei Zustandsänderungen, die nur die beteiligten Objekte betreffen. Bei Relativoperationen kann die Dauer, wie oben beschrieben, nicht in jedem Fall vorhergesagt werden.
Im Gegensatz zu Dangelmaier et al. [DAN93B] ist es damit nicht möglich, daß ein Werkzeug erst während der Durchführungsphase einer Operation zugeordnet wird.
Die eigentliche Veränderung der Attribute ist in ihrem zeitlichen Verlauf für die Fertigungssteuerung nicht von Interesse und kann daher in einem Schritt während der Durchführungsphase modelliert werden.
Steuerungsseitig können solche Bauteile sowohl anonym zur Auffüllung eines bestimmten Bestandes gefertigt werden als auch auftragsorientiert für die Montage in eine bestimmte Baugruppe.
Gozinto: Modellierungsmethode für Stücklistendaten, bei der jedes Teil und jede Strukturbeziehung genau einmal erfaßt wird (vgl. [SCE90], [MCL85])
“Baukastenstrukturstückliste: Unvollständige Strukturstückliste, in der die Gruppen nicht weiter untergliedert sind, für die eine Baukastenstückliste vorhanden ist.” (nach VDI [VDI78], Blatt 3)
Eine Verbrauchssteuerung entspricht einer Bedarfssteuerung ohne Planungshorizont [MCL85].
Ein Rüstvorgang kann auch schon angestoßen werden, bevor die Marke den eigentlichen Zustandsübergang erreicht hat. Damit können die Wartezeiten für die aufrufenden Marken deutlich reduziert werden.
Die Startphase, die eine Reihe von sequentiell abzuarbeitenden Ereignissen umfaßt, kann trotzdem zu einem Modellzeitpunkt und damit ohne Zeitverbrauch durchgeführt werden, da das Modell ereignisorientiert abgearbeitet wird.
Die Gegenstandssicht bedient sich bei der Durchführung der Zustandsänderung auch des Ereignisverwalters, um Wartezeiten etc. abzubilden.
Der Begriff “Vergangenheit” bezieht sich hier auf die Modellzeit.
Es ist daher bei der Modellierung notwendig, darauf zu achten, daß die Klassenbildung bei Gegenstandssicht und Funktionssicht nach den gleichen Kriterien durchgeführt wird.
“Den dynamischen Ablauf einer Programmbearbeitung auf einer Datenverarbeitungsanlage bezeichnet man als Prozeß. Ein Prozeß besteht aus einer endlichen Folge von Verarbeitungsschritten, die unter der Kontrolle des Betriebssystems ablaufen.” (aus [HAS83], Seite 257)
Damit ist es beispielsweise möglich, das Simulationssystem als Planungsinstrument auch ohne Optimierungskomponente zu nutzen.
nps steht für “Network File Systems”, das den direkten Zugriff auf Datenbestände anderer Rechner erlaubt, ohne die Daten vorher kopieren zu müssen.
Dieser Prozeß nutzt die von den UNIX-Betriebssystemen zur Verfügung gestellten “sockets” der Kommunikationsprotokollfamilie TCP / IP. TCP / IP steht für “Transmission Control Protocol / Internet Protocol.” [KÜH91]
Einzelheiten zu den bewerteten Kommunikationsmechanismen finden sich in z.B. in [KÜH91]
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© 1995 Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg
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Schulte, J. (1995). Anwendungsorientierte Modellierung und flexible Optimierung. In: Werkstattsteuerung mit genetischen Algorithmen und simulativer Bewertung. IPA-IAO Forschung und Praxis, vol 220. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-47964-9_6
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