Reihenfolgeplanung in der Werkstattfertigung durch systematische Lösungsraumnavigation

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Norbert Gronau
• Fachliche Zuordnung: Produktionssystematik, Betriebswissenschaften, Qualitätsmanagement und Fabrikplanung
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 274091201

Zur Reihenfolgeproblematik existieren viele unterschiedliche Lösungsansätze, während die Lösungsraumnavigation selbst noch nicht untersucht worden ist. Vorhandene Ansätze und ihre Weiterentwicklung zielen entweder auf die Optimierung der Verfahren selbst ab oder auf die Darstellung bzw. Visualisierung des Lösungsraumes. Es fehlt die Verfeinerung einer Optimierungsstrategie auf Basis der systematischen Nutzung des dynamisch gewonnenen Wissens über den Lösungsraum. Ein erhebliches Forschungsdefizit besteht im Bereich der Suche nach guten Lösungen auf Basis von gezielten und dynamisch veränderbaren Navigationsstrategien durch den Lösungsraum. Ebenso fehlen Untersuchungen, welche Bedeutung das systematische Aufspannen, Neuordnen und Indexieren des Lösungsraumes für die systematische Navigation durch den Lösungsraum hat. Der Ansatz, den Lösungsraum systematisch zu indexieren und dann mit verschiedenen Navigationsstrategien gezielt zu durchsuchen, ist bisher noch nicht verfolgt worden. Ziel des beantragten Forschungsprojektes ist es, die klassischen Operatoren Genetischer Algorithmen (Selektion, Mutation, Rekombination) um die gezielte Navigation im Lösungsraum als neuen und zusätzlichen Operator der Genmanipulation zu erweitern. Von besonderem Interesse ist die Möglichkeit des Durchstöberns des Lösungsraumes, ohne auf wiederkehrende Muster zu stoßen. Dabei betrifft dies sowohl Muster, die innerhalb maschinengruppenspezifischer Sequenzen oder aber innerhalb der Gesamtsequenz erkannt werden können. Neben Primzahlen und Fibonacci-Zahlen werden weitere Zahlenreihen als mögliche Navigationsstrategien untersucht. Um dieses Ziel zu erreichen, adressiert das beantragte Projekt folgende Forschungsfragen: 1. Wie kann der Lösungsraum eines mehrdimensionalen Reihenfolgeproblems strukturiert werden, damit er nach bestimmten Kriterien adressiert und durchwandert werden kann? 2. Welchen Leistungsvorteil erhält ein konventionelles Verfahren, wenn zur Verfahrenseröffnung Lösungen nach bestimmten Kriterien aus dem Lösungsraum ausgewählt werden? 3. Welchen Zusatznutzen bringen Manipulationsoperationen in genetischen Algorithmen als Ergänzung zur Selektion, Mutation und Rekombination? 4. Für welche Auftragsszenarien eignet sich die Lösungsraumnavigation? Wenn es gelingt, in sehr großen Lösungsräumen schnell gute Lösungen des Optimierungsproblems zu finden, eröffnen sich Möglichkeiten der Realzeitneuplanung unmittelbar nach Auftreten einer Störung. Dies führt zu erheblicher Produktivitätssteigerung und damit zu einer Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit. Ehrgeiziges Ziel des Verfahrens ist es, die Zeitdauer für die Lösung eines Reihenfolgeproblems mindestens um eine Größenordnung zu reduzieren. Statt 60 sec sollen 6 sec, statt einer Stunde nur 6 Minuten zum Auffinden einer sehr guten Lösung benötigt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen