Discrete time analysis of batch processes in material flow systems [Elektronische Ressource] / von Marc Schleyer

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• Publié par: karlsruher_institut_fur_technologie
• Publié le: 01 janvier 2007
• Nombre de lectures: 40
• Langue: Deutsch
• Poids de l'ouvrage: 2 Mo

Extrait

Marc Schleyer
Discrete Time Analysis of Batch Processes
in Material Flow SystemsWissenschaftliche Berichte des
Institutes für Fördertechnik und Logistiksysteme
der Universität Karlsruhe (TH)
Band 70Discrete Time Analysis of Batch
Processes in Material Flow Systems
von
Marc SchleyerDissertation, Universität Karlsruhe (TH)
Fakultät für Maschinenbau, 2007
Referenten: Prof. Dr.-Ing. K. Furmans, Prof. Dr.-Ing. R. Bruns, Prof. Dr. K.-H. Waldmann
Impressum
Universitätsverlag Karlsruhe
c/o Universitätsbibliothek
Straße am Forum 2
D-76131 Karlsruhe
www.uvka.de
Dieses Werk ist unter folgender Creative Commons-Lizenz
lizenziert: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/2.0/de/
Universitätsverlag Karlsruhe 2007
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ISSN: 0171-2772
ISBN: 978-3-86644-167-5Vorwort
I can no other answer make, but, thanks, and thanks.
William Shakespeare
Die vorliegende Arbeit entstand w ahrend meiner T atigkeit als wissenschaftlicher Mit-
arbeiter am Institut fur F ordertechnik und Logistiksysteme der Universit at Karlsruhe
(TH). Das Vorwort m ochte ich nutzen, um einigen Leuten, die zum Gelingen der vor-
liegenden Dissertationsschrift beigetragen haben, zu danken.
Meinem akademischen Lehrer Herrn Prof. Dr.-Ing. Kai Furmans, Inhaber des Lehrstuhls
Logistik und Leiter des Instituts fur F ordertechnik und Logistiksysteme, gilt mein Dank
fur die Ubernahme des Referats und besonders fur die Unterstutzung und F orderung
meiner Arbeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter. Durch seine eigenen Forschungsar-
beiten hat er mir die Vorteile der zeitdiskreten bedientheoretischen Methoden fur die
Modellierung von Material usssystemen vor Augen gefuhrt und mich somit fur diese Ar-
beit motiviert. Ich genoss eine von Freiheit gepr agte Arbeitsatmosph are, was ma geblich
zum Gelingen meiner Promotion beigetragen hat.
Den Korreferenten Prof. Dr.-Ing. Rainer Bruns und Prof. Dr. Karl-Heinz Waldmann
danke ich fur die Ubernahme des Korreferats, sowie Prof. Dr.-Ing. Christoph Stiller fur
die Ubernahme des Vorsitzes der mundlic hen Prufung.
Ich m ochte mich bei Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. Dieter Arnold fur sein Vertrauen in meine
Person bedanken, weil er mir durch die Anstellung als wissenschaftlicher Mitarbeiter an
seinem Institut das Verfassen dieser Arbeit ub erhaupt erst erm oglichte.
Ebenfalls bedanke ich mich bei Maria di Mascolo, in deren Forschergruppe ich Dank eines
Stipendiums fur die Dauer eines halben Jahres wertvolle Erfahrungen sammeln durfte.
In dieser Zeit hatte ich perfekte Bedingungen zum Forschen und so ist es mir gelungen,
die analytisch schwierigsten Fragestellungen meiner Arbeit zu beantworten.
Mein Dank gilt meinen Kollegen, die mich stets durch inspirierende Diskussionen
tatkr aftig unterstutzt haben. Die sehr angenehme Arbeitsatmosph are und die zahl-
reichen gemeinsamen Unternehmungen werde ich stets in guter Erinnerung behalten.
Hervorheben m ochte ich Christian Lippolt, der als Betreuer meiner Diplomarbeit mein
Interesse am wissenschaftlichen Arbeiten geweckt hat und mich dazu bewegt hat, das
Verfassen einer Dissertationsschrift anzustreben. Ich m ochte mich bei Ste en Haak
bedanken, der mich tatkr aftig bei der Programierung einer Anwender-Ober ache un-
terstutzt hat, die es erm oglicht, die Algorithmen dieser Arbeit fur die Praxis auf an-
schauliche Art und Weise nutzbar zu machen.
Besonders m ochte ich mich bei meinen Freunden bedanken, bei denen ich stets ein sehr
angenehmes und hervorragend funktionierendes soziales Umfeld vor nden konnte. Beson-
iiiderer Dank gilt Clemens van Dinther, der in zahlreichen Diskussionen mit wertvollen
Anregungen zum Gelingen dieser Arbeit beitragen hat.
Mein tiefster pers onlicher Dank gilt meinen Eltern Maria und Karl Schleyer, die
stets dafur sorgten, dass ich alle Freiheiten und M oglichkeiten hatte, mich in meiner
Pers onlichkeit zu entwickeln. Sie waren immer am Fortschritt der Arbeit interessiert und
haben an mich geglaubt. Das Gelingen dieser Arbeit habe ich im allerh ochsten Ma e
ihrer Erziehung und Zuneigung zu verdanken, weshalb Ihnen diese Arbeit gewidmet ist.
Karlsruhe, April 2007 Marc Schleyer
ivKurzfassung
Marc Schleyer
Zeitdiskrete Modellierung von Batch-Prozessen in
Material usssystemen
Diese Arbeit besch aftigt sich mit der Entwicklung von analytischen Verfahren fur die
Leistungsbewertung von Batch-Prozessen in Material usssystemen. Die praktische An-
wendung der entwickelten zeitdiskreten Modelle ist vor allem in der Grobplanungsphase
von Logistiksystemen zu sehen. Fur diese Planungsaufgabe weisen sie einen ausreichen-
den Detailierungsgrad auf und es k onnen in kurzer Zeit verschiedene Planungsszenarien
quantitativ untersucht und bewertet werden. Die fur die verschiedenen Planungsszena-
rien erforderlichen Systemkapazit aten k onnen berechnet werden.
Im Gegensatz zu einer herk ommlichen zeitkontinuierlichen Modellierung er o net die
Diskretisierung der Zeit neue M oglichkeiten fur die Modellierung und Analyse von
stochastischen Systemen. Anstatt mit Mittelwerten und Varianzen k onnen nun Leis-
tungskenngr o en (z.B. Wartezeiten, Durchlaufzeiten, Best ande etc.) mit Wahrschein-
lichkeitsverteilungen beschrieben werden, wodurch ihre Aussagekraft erh oht wird. Dies
er o net dem Planer die M oglichkeit Material usssysteme so auszulegen, dass Kunden-
auftr age in einer vorgegebenen Zeit und mit einer vorgegebenen Wahrscheinlichkeit, die in
der industriellen Praxis gew ohnlich zwischen 95% und 99% liegt, erfullt werden k onnen.
Es besteht Forschungsbedarf geeignete zeitdiskrete analytische Methoden fur die Ana-
lyse von Material usssystemen unter generellen stochastischen Verteilungsannahmen zu
entwickeln. Vor allem in Material usssystemen kommt es bedingt durch die Zusam-
menfassung von Auftr agen, durch Transporte und durch Sortiervorg ange zur Bildung
von Batches. Daher werden in der vorliegenden Arbeit verschiedene analytische Mo-
delle entwickelt, die Batch-Prozesse in der Evaluierung von Material usssystemen mit
beruc ksichtigen.
Zun achst werden drei verschiedene Prozesse der Batch-Bildung im Detail untersucht.
Es k onnen zwei grundlegende Batch-Bildungs Prozesse, n amlich zum einen die Batch-
Bildung nach Menge und zum anderen nach Zeit, identi ziert werden. Diese beiden
Prozesse k onnen in verschiedenster Art modi ziert werden. So wird zus atzlich die Batch-
bildung nach Mindestmenge betrachtet, bei der innerhalb einer vorgegebenen Zeit das
Batch gebildet wird, aber der Prozess erst abgeschlossen ist, bis eine Mindestmenge er-
reicht ist. Fur die genannten Batch-Bildungsprozesse werden unter generellen stochasti-
schen Verteilungsannahmen die Warte- und Zwischenabgangszeitverteilung exakt be-
stimmt.
Des Weiteren werden Modelle zur Leistungsbewertung des G/G/1-Bediensystems mit
vKurzfassung
[K;K] [L;K]Batch-Ankunften, des G/G /1-Bediensystems, des G/G /1-Bediensystems und
der Sortierung von Batches eingefuhrt. Verfahren fur die Berechnung der Warte-
und Zwischenabgangszeitverteilung werden vorgestellt. Der Systemzustand des G/G/1-
Bediensystems mit Batch-Ankunften wird zum Ankunftszeitpunkt eines Kundenauftrags
[L;K]und der Systemzustand des G/G /1-Bediensystems zum Abgangszeitpunkt eines
bearbeiteten Kundenauftrags analysiert.
Zus atzlich zu der analytischen Modellbeschreibung wird das Systemverhalten jedes
einzelnen Modelles untersucht. Sowohl mathematisch als auch in einer Reihe von
nummerischen Beispielen werden die Zusammenh ange zwischen Eingangs- und Ergeb-
nissgr o en aufgezeigt. Es ist ersichtlich, dass die Wahrscheinlichkeit einen Auftrag
rechtzeitig zu erfullen sensitiver auf Parameter anderungen reagiert als die mittlere Sys-
temverweilzeit. Es wird gezeigt, dass eine Analyse, die auf die Berechnung von Mittel-
werten beruht, die Konsequenzen eines instabilen Prozessverhaltens auf die Wahrschein-
lichkeit der rechtzeitigen Auftragerfullung untersch atzt. Dies motiviert den Einsatz der
vorgestellten zeitdiskreten analytischen Verfahren fur die praktische Anwendungen.
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