Forschung und Praxis Band 70 Berichte aus dem Fraunhofer-Institut fur Produktionstechnik und Automatisierung, Stuttgart, und dem Institut fur

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Forschung und Praxis· Band 70 Berichte aus dem Fraunhofer-Institut

fur Produktionstechnik und Automatisierung, Stuttgart, und dem Institut

fur Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb der Universitat Stuttgart

Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. H. J. Warnecke

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Stephan Mayer

LAPEX-

Ein rechnerunterstutztes Verfahren zur

Betriebsmittelzuordnung

Mit 34 Abbildungen und 2 Tabellen

Springer-Verlag

Berlin Heidelberg New York 1983

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Dipl.-Ing. Stephan Mayer

Institut fOr Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb der Universitiit Stuttgart

Dr.-Ing. H. J. Warnecke

o. Professor an der Universitiit Stuttgart

Fraunhofer-Institut far Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart

D93

ISBN-13: 978-3-540-12490-0 001: 10.1007/978-3-642-82066-3

e-ISBN-13: 978-3-642-82066-3

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Gesamtherstellung: Copydruck GmbH, Offsetdruckerei, IndustriestraBe 1-3, 7251 Heimsheim, Telelon 07033/3825-26

2362/3020-543210

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Geleitwort des Herausgebers

Die Entwicklungen in der Produktionstechnik in den letzten Jahrzehnten haben entscheidend zur positiven wirtschaftlichen und sozialen Entwicklung in der Bundesrepublik Deutschland beigetragen. Die Produkti- vi tat konnte jedes Jahr urn durchschnittlich etwa 3,5 % gesteigert werden. Mechanisierung und Automatisie- rung wurden und werden stetig weiter vorangetrieben.

Wah rend es sich bisher jedoch urn Verbesserungen an einzelnen Maschinen und Anlagen sowie Verfahren handelte, werden heute aIle Unternehmensbereiche erfaBt, und man ist bemliht, das gesamte System Unternehmen bzw. Produk- tionsbetrieb zu optimieren. Das klassische Bemlihen urn Optimierung des Einsatzes und Zusammenwirkens der Pro- duktionsfaktoren Mensch, Maschine und Material muB heute erweitert werden, urn die Berlicksichtigung sozialer Belange,gesetzlicher Auflagen, Probleme der Energiever- sorgung, schnellen Veranderungen an den Produkten und auf den Markten sowie Sicherung der Qualitat und der Lieferfahigkeit.

Von wissenschaftlicher Seite wird und muB dieses Bemlihen unterstlitzt werden durch die Entwicklung von Methoden und Vorgehensweisen zur systematischen Analyse und Ver- besserung des Systems Produktionsbetrieb. Hier ist heute insbesondere auch der Fertigungsingenieur gefordert, nicht nur einzelne Maschinen und Verfahren zu beherrschen, sondern das gesamte komplexe System hinsichtlich der Ver- knlipfung seiner Elemente durch zweckmaBigen Informations- und MaterialfluB. Beispielhaft seien dazu nur hinsichtlich des Informationsflusses die heute gegebenen M6glich- keiten der Datenerfassung und -verarbeitung in Ferti- gungsplanung und -steuerung, an den einzelnen

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Produktionsanlagen sowie im Qualitatswesen'genannt.

1m MaterialfluB geht es urn richtige Auswahl und Ein- satz von Fordermitteln, Forderhilfsmitteln sowie An- ordnung und Ausstattung von Lagern. Der weiteren Auto- matisierung in der Handhabung von Werkstucken und Werkzeugen sowie der Montage von Produkten wird in nachster Zukunft allergroBte Aufmerksamkeit geschenkt werden. Leistungsfahige Sensoren werden die Moglich- keiten dafur sehr stark vergroBern.

Die beiden vom Herausgeber geleiteten Institute, das Institut fur Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb der Universitat Stuttgart sowie das Fraunhofer-Institut fur Produktionstechnik und Automatisierung in Stuttgart, arbeiten in grundlegender und angewandter Forschung intensiv an den aufgezeigten Entwicklungen in der Pro- duktionstechnik mit. Zur Umsetzung gewonnener Erkennt- nisse wird die Schriftenreihe "IPA Forschung und Praxis"

herausgegeben. Der vorliegende Band setzt diese Reihe fort, eine Ubersicht uber bisher erschienene Titel wird am SchluB dieses Bandes gegeben.

Dem Verfasser sei fur die geleistete Arbeit gedankt, dem Springer-Verlag fur die Aufnahme dieser Schriften- reihe in seine Angebotspalette und der Druckerei fur saubere und zugige Ausfuhrung. Moge das Buch von der Fachwelt gut aufgenommen werden.

Hans-Jurgen Warnecke

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Vorwort

Die vorliegende Arbeit entstand wahrend meiner Tatig- keit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer- Institut fUr Produktionstechnik und Automatisierung

(IPA) in Stuttgart.

Herrn Professor Dr.-Ing. H.-J. Warnecke, dem Leiter des Instituts fUr industrielle Fertigung und Fabrik- betrieb der Universitat Stuttgart, sowie Direktordes IPA danke ich herzlich fUr seine groBzUgige Unter- stUtzung und die wertvollen Anregungen bei derDurch- fUhrung dieser Arbeit.

Herrn Professor Dr. techno F. Beisteiner danke ich fUr sein Interesse, fUr seine intensive Durchsicht dieser Arbeit und die wertvollen Hinweise, die sich daraus ergeben haben.

DarUber hinaus gilt mein Dank allen Mitarbeitern des Instituts, die mich durch Diskussionsbereitschaftund Kritik beim Erstellen dieser Arbeit unterstUtzt haben.

Insbesondere mochte ich den Herren Dr. -Ing. W. Dangelmaier, Dr.-Ing. B. Minten und Dipl.-Ing. E. Quaiser meinen herzlichen Dank aussprechen.

Stuttgart 1982 Stephan Mayer

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INHALTSVERZEICHNIS

Seite

VERZEICHNIS DER ABKVRZUNGEN, FORMELZEICHEN

UND EINHEITEN 12

1

2

2.1 2.2 2.3

3

AUFGABENSTELLUNG UND BEDEUTUNG DER LAYOUT- OPTIMIERUNG IN DER FABRIKPLANUNG

WIRTSCHAFTLICHE MOGLICHKEITEN UND GRENZ EN DER LAYOUTOPTIMIERUNG

BEDEUTUNG DER TRANSPORTKOSTEN ZIELFUNKTION DER LAYOUTOPTIMIERUNG WIRTSCHAFTLICHKEIT

LOSUNGSANSATZE UND MATHEMATISCHE FORMU- LIERUNG DES PROBLEMS DER LAYOUTOPTIMIERUNG 3.1 LOSUNGSANSATZE AUF DER BASIS DES KLAS-

SISCHEN STANDORTPROBLEMS 3.2

3.2.1 3.2.2 3.3

3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.3.1 3.3.3.2

4

4.1 4.2

PRAXISGERECHTE MATHEMATISCHE FORMULIERUNG FORMULIERUNG DER ZIELFUNKTION

FORMULIERUNG DER RESTRIKTIONEN

AUSWAHL EINES PRAXISGERECHTEN LOSUNGS- PRINZ IPS

GRAPHISCHE VERFAHREN ANALYTISCHE VERFAHREN HEURISTISCHE VERFAHREN KONSTRUKTIVE VERFAHREN VERTAUSCHUNGSVERFAHREN

VERGLEICHENDE BEURTEILUNG RECHNERUNTER- STVTZTER HEURISTISCHER VERTAUSCHUNGSVER- FAHREN ZUR LAYOUTOPTIMIERUNG

FESTLEGUNG EINES KRITERIENKATALOGES BEURTEILUNG BESTEHENDER VERTAUSCHUNGS- VERFAHREN

18

21 21 22 24

26

26 27 28 31

32 33 34 35 36 38

40 40

49

(8)

4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.3

5 5.1 5.2 5.2.1 5.2.2 5.2.3 5.2.4 5.2.5 5.3 5.3.1 5.3.2 5.3.2.1

5.3.2.2 5.3.2.3 5.3.2.4

5.3.3 5.3.3.1 5.3.3.2

- 10 -

CRAFT-PROGRAMM PREP-VERFAHREN

VERFAHREN NACH HILLIER

ZUSAMMENFASSUNG UND KONSEQUENZEN FUR WEITERE ENTWICKLUNGEN

ENTWICKLUNG DES VERFAHRENS LAP EX GRUNDLEGENDE KONZEPTION

MATHEMATISCHE FORMULIERUNG DER VERTAU- SCHUNGSBEDINGUNGEN

BEDINGUNGEN FUR AUS FLAcHENELEMENTEN GEBILDETE BLOCKE

BEDINGUNGEN FUR FLAcHENELEMENTE ZUR EINFACH-KOMBINIERTEN VERTAUSCHUNG BEDINGUNGEN FUR VERSCHIEBBARE FLAcHEN- ELEMENTE

BEDINGUNGEN FUR DECKUNGSGLEICHE FLAcHEN- ELEMENTE

MENGENGLIEDERUNG DER VERTAUSCHBAREN FLAcHENELEMENTE

AUFBAU UND STRUKTUR STEUER BLOCK LAPEX

SUCH- UND ERKENNUNGSFUNKTIONEN

FUNKTIONSBLOCK ZUR ERKENNUNG MEHRFACH- KOMBINIERTER VERTAUSCHUNGSMOGLICHKEITEN

(BLOCKVERTAUSCHUNGSMOGLICHKEITEN)

FUNKTIONSBLOCK ZUR ERKENNUNG VON EINFACH- KOMBINIERTEN VERTAUSCHUNGSMOGLICHKEITEN FUNKTIONSBLOCK ZUR ERKENNUNG VON VER- SCHIEBEMOGLICHKEITEN

FUNKTIONSBLOCK ZUR ERKENNUNG DECKUNGS- GLEICHER VERTAUSCHUNGSMOGLICHKEITEN ENTSCHEIDUNGS- UND REALISIERUNGSFUNK- TIONEN

FUNKTIONSBLOCK ZUR MEHRFACH-KOMBINIERTEN VERTAUSCHUNG (BLOCKVERTAUSCHUNG)

FUNKTIONSBLOCK ZUR EINFACH-KOMBINIERTEN VERTAUSCHUNG

Seite

.49 56 61

64

67 67

70 70 72

73 75

76 77 78 87

87

89

89 90

91

91 95

(9)

5.3.3.3 5.3.3.4 5.3.4 5.3.4.1 5.3.4.2

6

7 7.1

7.2 7.3

7.4

7.5 7.6

8

9

10

- 11 -

FUNKTIONSBLOCK ZUR VERSCHIEBUNG VON BM- FLACHEN

FUNKTIONSBLOCK ZUR VERTAUSCHUNG DECKUNGS- GLEICHER BM

HILFSFUNKTIONEN

FUNKTIONSBLOCK ZUR ELIMINIERUNG MEHRFACH GEFUNDENER, GLEICHBEDEUTENDER VERTAU- SCHUNGSMOGLICHKEITEN

FUNKTIONSBLOCK FUR SORTIEROPERATIONEN

PRAXISANWENDUNG DES VERFAHRENS LAPEX

BEURTEILUNG DES VERFAHRENS LAPEX

KRITERIUM K 1 (MINIMIERUNG DER GESAMT- TRANSPORTLEISTUNG BZW. SENKUNG DER ER- FORDERLICHEN GESAMTTRANSPORTLEISTUNG) KRITERIUM K 2 (REALITATSTREUE DER AB- BILDUNG)

KRITERIUM K 3 (RECHENZEIT- UND SPEICHER- PLATZBEDARF)

KRITERIUM K 4 (UMFANG DER NOTWENDIGEN EINGABEDATEN UND QUALITAT DER AUSGABE- DATEN)

KRITERIUM K 5 (KAPAZITAT DES VERFAHRENS) ANWENDUNGSKOSTEN FUR DAS VERFAHREN

LAPEX

ZUSAMMENFASSUNG

SCHRIFTTUMSVERZEICHNIS

ANHANG

Seite

97 99 99

100 101

102

104

107 109

111 113 114

116

119

127

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- 12 -

VERZEICHNIS DER ABKURZUNGEN, FORMELZEICHEN UND EINHEITEN

ABKURZUNGEN Zeichen ALDEP

AWF

bit

BLOTAU

BM

Byte CELLCON CORELAP

CRAFT

DO BLOC

DOGLEI

DOKOMB

DOSCHI

DRUCK

Bedeutung

Verfahren zur Layoutoptimierung (automated ~ayout Design Erogram) AusschuB flir wirtschaftliche Fertigung

kleinste logische Informations- einheit

Hilfsfunktion zum Funktionsblock DOBLOC

Betriebsmittel

Informationseinheit (= 8 bit) Verfahren zur Layoutoptimierung Verfahren zur Layoutoptimierung

(Computer Related Layout Elanning) Verfahren zur Layoutoptimierung

(Qomputerized Relative allocation of Eacilities Technique)

Funktionsblock zur Durchflihrung mehrfach-kombinierter Vertauschungen Funktionsblock zur Durchflihrung deckungsgleicher Vertauschungen Funktionsblock zur Durchflihrung einfach-kombinierter Vertauschungen Funktionsblock zur Durchflihrung von Verschiebungen

Hilfsfunktion zum Ausdruck des Layouts

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EDV EXT

GTLZ HEROS

K KONWER

LAPEX

LAY MABLOC

min MODULAP

MUSTLAP

PLADIS

PREP

R

REFA

- 13 -

Elektronische Datenverarbeitung

Hilfsfunktion zum Berechnen von Extremwerten

Gesamttransportleistungsziffer

Verfahren zur Layoutoptimierung (Heuristisches Verfahren zur

£aumlichen Anordnung von Qrgani- sationseinheiten durch Qegment- bildung)

1024 Byte

Verfahren zur Layoutoptimierung (Konstruktiv gnd Vertauschung)

Verfahren zur Layoutoptimierung (Layout Elanning by Exchange) Verfahren zur Layoutoptimierung

Matrix der Blockvertauschungs- moglichkeiten

Minuten

Verfahren zur Layoutoptimierung (Modularprogramm zur 1§youtglanung)

Verfahren zur Layoutoptimierung (Multi-Storey 1§yout Elanning)

Verfahren zur Layoutoptimierung (Erogramm zur 1§youtplanung tiber Display)

Verfahren zur Layoutoptimierung (Elant Relayout and ~valuation

Eackage) Rentabilitat

Verband ftir Arbeitsstudien

(12)

REINIG

SAT

sec SORT Std SUBLOC

SUGLEI

SUKOMB

SUSCHI

TE WE ZE ZIEL

- 14 -

Funktionsblock zur Bereinigung redundanter Vertauschungsmoglich- keiten

Verfahren zur Layoutoptimierung (Satelliten-Verfahren)

Sekunden

Hilfsfunktion zum Sortieren Stunden

Funktionsblock zur Erkennung mehrfach-kombinierter Vertau- schungen

Funktionsblock zur Erkennung von deckungsgleichen Vertauschungs- moglichkeiten

Funktionsblock zur Erkennung von einfach-kombinierten Vertauschungs- moglichkeiten

Funktionsblock zur Erkennung von Verschiebungsmoglichkeiten Transporteinheit

Wegeinheit Zeiteinheit

Hilfsfunktion zum Berechnen der GTLZ

(13)

FORMELZEICHEN Zeichen A

AF

A 9 A. 1

()[

01. F

Dl V b

B B1 Bd

Bek

BT

B V

dGTLZ

Einheit

TEXWE/ZE

- 15 -

Bedeutung BM-Ausgang

Menge der von fest eingesetzen BM belegten Rasterfelder

Menge der gesperrten Rasterfelder Menge der von BMi belegten Raster- felder

Koordinatenvektor eines BM Koordinatenvektor eines fest eingesetzten BM

Vorgegebener Koordinatenvektor Teilmenge aus der Menge Baller Flachenelemente

Menge aller BM bzw. Flachenelemente Menge aller Elemente des Blocks 1 Menge aller an deckungsgleichen vertauschungen beteiligter BM Menge der an einer einfach-kombinierten Vertauschung beteiligten BM Menge aller an einfach-kombinierten Vertauschungen beteiligter BM

Menge aller an Verschiebungen beteiligter BM

Veranderung der Gesamttransport- leistungsziffer

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DM E

g

GTLZ TExWE/ZE

h

i,j

k

DM DM DM DM 1,1'

m TE

m'

- 16 -

Transportkostenveranderung BM-Eingang

Laufvariable bzw. Index fur Teilmengen von Bv

linke Blockgrenze rechte Blockgrenze obere Blockgrenze untere Blockgrenze

Gesamttransportleistungsziffer

Laufvariable bzw. Index fur Teilmengen von Bv

Laufvariable bzw. Indices fur BM

Anzahl der fest eingesetzten EM bzw. Flachenelemente

Planungskosten

Produktionsausfallkosten Transportkosten

Umstellungskosten

Laufvariable bzw. Indices fur BM zu transportierende Menge

Anzahl der kombinierten Tausch- partner

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n

o

q

r,r

R % p.a.

s WE

S

t

u

v,w

v

x

y

z

- 17 -

Anzahl der BM

Anzahl der BM-Blocke

Steuerparameter fUr die Anzahl durchgefUhrter Vertauschungen

Laufvariable bzw. Indices fUr BM-Blocke

Rentabilitat

Transportentfernung

Schwerpunkt einer BM-Flache

Anzahl der einfach-kombinierten Vertauschungen

Anzahl der Verschiebungsmoglich- keiten

Laufvariable bzw. Indices fUr Teilmengen von Bd

Laufvariable bzw. Index des Referenz-BM

linke Grenze einer BM-Flache rechte Grenze einer BM-Flache

Abszisse des Schwerpunktes einer BM-Flache

obere Grenze einer BM-Flache untere Grenze einer BM-Flache

Ordinate des Schwerpunktes einer BM-Flache

Anzahl der im Eingangslayout vor- handenen BM-Flachenformate