Planning of dynamic layouts for the field assembly of XXL-products under competing floor space demands
Final Report Abstract
Die Gestaltung der Montage großer Produkte nach dem Baustellenprinzip ist ein bislang nur wenig beachtetes Forschungsfeld. Während bestehende Forschungsarbeiten eher eine Transformation der Baustellenmontage in eine Fließmontage anstreben, fokussierte dieses Projekt die Verbesserung des Baustellenprinzips durch eine intelligente Nutzung der Flächendynamiken. Da aufgrund der großen Flächenbedarfe die vorhandene Fläche oft eine Engpassressource darstellt und fehlerhafte Anordnungen aufgrund der eingeschränkten Möglichkeit nachträglicher Veränderungen zu vermeiden sind, widmete sich das hier beschriebene Projekt der Verbesserung der Anordnung dynamischer Montageflächen. Zunächst wurden in dem Projekt die Anforderungen eine Methode zur Flächenanordnung definiert und die Freiheitsgrade der Projektergebnisse festgelegt. Auf Basis dieser Anforderungen und bestehender wissenschaftlicher Ansätze wurde anschließend eine geeignete Modellierungsmethode entwickelt und Restriktionen formuliert. Hierbei galt es auch festzulegen, nach welchen Kriterien die Optimierung der Flächenanordnung erfolgen soll, wobei der Fokus auf eine maximale Flächenauslastung bzw. Termineinhaltung gelegt wurde. Auf Basis dieser Ergebnisse wurde anschließend ein mathematisches Modell formuliert, dessen Lösung auf Basis vorgegebener Parameter die optimale Anordnung der Montageflächen im Layout unter Berücksichtigung der Flächendynamik generiert. Zur Lösung des Modells wurden unterschiedliche Verfahren untersucht. Die Überführung des Modells in die Modellierungssoftware GAMS ermöglicht die exakte optimale Lösung kleiner und mittlerer Probleminstanzen. Zur Dateneingabe und Ergebnisinterpretation wurde eine auf Excel-VBA basierte Benutzeroberfläche erstellt und über die GAMS interne GDX Schnittstelle mit dem Modell verknüpft. Dieses bildete die Grundlage für einen Großteil der Testreihen. Da der Zeitaufwand für komplexere Problemstellungen ansteigt, wurde die Möglichkeit einer heuristischen Lösung untersucht. Im Ergebnis wurde eine Heuristik entwickelt und in der Software VBA umgesetzt. In der Validierung zeigte sich, dass die Anwendung der Heuristik bei komplexen Problemstellungen (insbesondere für hohe Rasterauflösungen) schneller zu guten Ergebnissen gelangte, allerdings auf Kosten der Lösungsqualität. Bei einer hohen Flächenauslastung stagnieren Heuristiken aufgrund der Epistatie (Ausmaß der Wechselwirkung der Variablen) der Problemstellung schnell in lokalen Optima, sodass die optimale Lösung nicht gefunden wird. Insofern sollte auch im Praxiseinsatz auf exakte Verfahren wie GAMS zurückgegriffen werden. Der Nutzen der Projektergebnisse wurde in zahlreichen Testläufen untersucht. Zunächst wurde ermittelt, welche Parameter sich in welchem Ausmaß auf die Komplexität und damit Lösungsdauer des Modells auswirken. Aus der Auswertung zahlreicher Versuche konnte festgestellt werden, dass selbst bei geringen Dynamiken die Anwendung der Methode das Potential einer Erhöhung der Flächenauslastung birgt. Zentrale Erkenntnisse bezüglich der Gestaltung von Montagelayouts sind, dass die verwendeten Flächen möglichst homogen und die Flächen zur Anordnung möglichst zusammenhängend (keine Separation durch fixierte Transportwege) sein sollten.
Publications
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Planung zeitdynamischer Layouts für XXL-Produkte. In: ZWF – Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb, Carl Hanser Verlag, 110. Jg. (2015) H. 10, S. 608-611
Zenker, M.; Prinzhorn, H.; Wesebaum, S.: Ullmann, G.
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Optimale Anordnung großer Montageobjekte. In: VDMA Nachrichten, VDMA Verlag GmbH, (2016) H. 9, S. 78
Zenker, M.
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XXL-Produkte platzsparend montieren dank dynamischer Layouts. In: phi – Produktionstechnik Hannover informiert, Newsletter Nr. 13 / Dezember 2016, ISSN: 2198-1922
Zenker, M.
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An Optimization Model for the Arrangement of Assembly Areas Considering Time Dynamic Area Requirements'. International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial, Mechatronic and Manufacturing Engineering, 11(2), 175 - 182
Zenker, M., Prinzhorn, H., Böning, C., Strating, T.
