Entwicklung einer reaktiven Fertigungssteuerung auf der Basis der Ant-Colony-Optimierung

1. Auflage 2012
ISBN: 978-3-8440-1027-5
Verlag: Shaker

Buch, Deutsch, Band 2012,41, 346 Seiten, PB, Format (B × H): 148 mm x 210 mm, Gewicht: 516 g

Reihe: ifab-Forschungsberichte

Die Fertigungssteuerung stellt eines der zentralen Probleme der Betriebsorganisation dar. Trotz aller Fortschritte im Bereich des Operations Research und der Rechentechnik gelingt es lediglich, kleinere Probleminstanzen optimal zu lösen, wobei dann aber auch immer nur eine Zielfunktion betrachtet werden kann. Sobald die Steuerungsprobleme praxisnahe Dimensionen erreichen, ist man daher gezwungen, auf heuristische Lösungsverfahren zurückzugreifen, die zwar in der Regel eine gute Lösung versprechen, aber keineswegs Optimalität gewährleisten können.

Zur Lösung derartiger Steuerungsprobleme werden in der Praxis vorrangig Methoden verwendet, die auf Prioritätsregeln basieren und die entweder für einzelne Arbeitsvorgänge auf der Grundlage lokaler Informationen gelten oder aber global für den gesamten Fertigungsauftrag. Derartige Prioritätsregeln gewährleisten aber nicht verlässlich genug das Erreichen der gesetzten Ziele und führen darüber hinaus für einzelne Aufträge auch zu negativen Effekten. Daher hat es nicht an Versuchen gefehlt, diese traditionellen Methoden der Fertigungssteuerung durch neuere Ansätze zu ersetzen.

In diese Kategorie ist die vorliegende Forschungsarbeit einzuordnen. Die Autorin stellt sich darin die Frage, ob auf der Basis einer naturanalogen Methode eine Fertigungssteuerung entwickelt werden kann, die bessere Ergebnisse bezüglich der Zielerreichung ermöglicht, als dies mit traditionellen Methoden auf der Basis von Prioritätsregeln möglich ist. Hierbei kann allerdings bereits vermutet werden, dass eine bestimmte naturanaloge Lösungsmethode auch nur für bestimmte Arten von Fertigungssystemen und darin zu fertigende Auftragsprogramme gute Steuerungslösungen liefert. Weiterhin ist zu erwarten, dass für eine solche naturanaloge Methode auch noch geeignete Einstellparameter gefunden werden müssen, da diese die Qualität des Steuerungsergebnisses maßgeblich beeinflussen werden.

Für ihre Untersuchungen wählt die Autorin die Ant-Colony-Optimierung aus, eine in der Literatur vielfach diskutierte Methode der Schwarm-Intelligenz. Diese Methode wird jedoch bislang nur für deterministische Planungsprobleme eingesetzt, bei denen sich die Systemelemente nicht verändern. Dies ist in der Praxis aber vielfach nicht gegeben, da z.B. die Fertigungsressourcen Störungen unterliegen können. Steuerungsmethoden, die auf dem Prinzip der Selbstorganisation beruhen und mit denen auf stochastische Veränderungen im Fertigungssystem reagiert werden kann, versprechen diesbezüglich bessere Ergebnisse. Eine solche Selbstorganisation liegt in der Natur bei der Futtersuche bestimmter Ameisenarten vor. Ihr Verhalten bildet die Grundlage für heuristische Optimierungsmethoden, die seit etwa zwanzig Jahren erforscht werden, bislang jedoch nicht für die reaktive Fertigungssteuerung.

Auf diesem Ansatz basierend wird in dieser Forschungsarbeit ein geeignetes heuristisches Steuerungsverfahren entwickelt. Anwendungsbereich hierfür sind Teilefertigungen nach dem Verrichtungsprinzip mit alternativen Fertigungsressourcen und Bearbeitungsfolgen. Entsprechend den mehrkriteriellen Zielsetzungen in der Praxis wird dabei die Erreichung sowohl produktionslogistischer als auch kostenbezogener Ziele als Bewertungskriterium herangezogen. Die entsprechende Zielerreichung wird mithilfe eines Simulationsverfahrens ermittelt.

Dass sich der Ansatz der Ant-Colony-Optimierung als wenig erfolgreich, aber als sehr risikoreich erweist und die wichtigsten Arbeitshypothesen nicht bestätigt werden können, ist eine fundierte wissenschaftliche Erkenntnis dieser Forschungsarbeit. Unvermutete negative Ergebnisse sind keineswegs als Mangel zu werten. Für die Qualität der vorliegenden Forschungsarbeit zeugt vielmehr die Gründlichkeit der Formalisierung, der wohl durchdachte Versuchsplan und die kritische Auseinandersetzung mit den Ergebnissen der Untersuchung.

Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Gert Zülch

Autoren/Hrsg.

Stock, Patricia Isabel