Die Produktionsplanung und -steuerung (PPS) ist für nahezu jedes fertigende Unternehmen – sowohl im Hinblick auf Lagerbestands- und Kostenoptimierung, als auch für eine termintreue Lieferbereitschaft sowie die dadurch bedingte Kundenzufriedenheit – von zentraler Bedeutung und leistet somit einen erheblichen Beitrag für den Erhalt bzw. den Ausbau der Wettbewerbsfähigkeit. Dabei stellen die Interdependenzen der verschiedenen Teilbereiche innerhalb der PPS sowie zwischen den vor- und nachgelagerten Planungsaufgaben eine – im Zuge der zunehmend angestrebten Integration der gesamten Wertschöpfungskette – immer größer werdende Herausforderung dar. Diese Arbeit widmet sich mit der Planungsaufgabe der Ermittlung kostenminimaler Losgrößen bei simultaner Festlegung der optimalen Produktionsreihenfolge (Economic Lot Scheduling Problem (ELSP) oder Lossequenzproblem) einem zentralen Teilbereich der PPS. Diese Problemstellung ist insbesondere für den Fall einer Serien- und Sortenfertigung von Relevanz, bei dem mehrere, artverwandte Erzeugnisse im Wechsel auf einer Fertigungsanlage mit beschränkter Kapazität bearbeitet werden. Da die Bestimmung der Fertigungslosgrößen und der Produktionsreihenfolge bei der Ermittlung einer überschneidungsfreien Maschinenbelegung unmittelbar miteinander korrelieren, sollte deren Planung zur bestmöglichen Ausnutzung der Kapazitäten und Minimierung der Kosten nicht sukzessiv, sondern weitestgehend simultan erfolgen. Durch diesen Zusammenhang entsteht eine im Allgemeinen nicht triviale und lediglich mittels spezieller Heuristiken adäquat lösbare Planungsaufgabe. Letztere soll in dieser Arbeit um die Möglichkeit des Lossplittings im Sinne einer überlappenden Fertigung (Teil- oder Transportlosbildung) erweitert werden. Dieses logistische Konzept innerhalb der Produktion geht im Allgemeinen sowohl mit einer Verkürzung der Durchlaufzeiten, als auch mit einer Verringerung der Lagerbestände einher. Vor diesem Hintergrund findet eingangs zunächst eine allgemeine Einordung bzw. Abgrenzung der Aufgaben und des Umfelds der simultanen Losgrößen- und Reihenfolgeplanung im Rahmen der PPS statt. Anschließend werden die prinzipiell unterschiedlichen Ansätze zur Lösung des ELSP, mit ihren jeweils individuellen Annahmen und Eigenschaften dargestellt. Hierbei wird insbesondere auf die chronologische Entwicklung des Basisperiodenansatzes (BPA) in der Literatur eingegangen, da dieser im weiteren Verlauf der Arbeit eine zentrale Rolle einnimmt. Abschließend werden die Zusammenhänge zwischen den strukturell verschiedenen Lösungsansätzen zum ELSP nochmals zusammenfassend erörtert sowie eine Auswertung zu deren relativer Verbreitung in der wissenschaftlichen Literatur präsentiert. Nach der Erörterung zweier alternativer Lagerhaltungsmodelle zur Berücksichtigung von Lossplitting im Sinne einer überlappenden Fertigung bildet deren Integration in ausgewählte Lösungsansätze zum ELSP den Hauptteil der Arbeit. Hierfür wird zur Identifizierung und Eingrenzung potentiellen Forschungsbedarfs zunächst ein dedizierter Literaturüberblick gegeben, der eine Kategorisierung der bis dato im engeren Sinne relevanten Veröffentlichungen beinhaltet. Die daraus abgeleiteten Forschungsziele bzw. -fragen werden anschließend in fünf Punkten konkretisiert und beinhalten im Kern die Entwicklung von Modellen zur Berücksichtigung des Lossplittings im ELSP. Dabei wird sowohl das Common Cycle Modell (CCM), als auch der Ansatz variierender Losgrößen (TVL) einbezogen, jedoch steht vor allem eine Heuristik nach dem BPA im Fokus der Ausführungen. Des Weiteren werden bestehende Ansätze zur Integration der Teillosbildung im CCM aus einer neuen Perspektive betrachtet und bezüglich eines eventuellen Optimierungspotentials des Lösungswegs analysiert. Zu den neu entwickelten bzw. erweiterten Modellen werden für die Lösungsfindung Algorithmen formuliert und implementiert, die für beide Alternativen der Teillosbildung eine für alle Produkte einheitliche oder sortenindividuelle Transporthäufigkeit erlauben. Die Evaluation der entwickelten Modelle erfolgt sowohl anhand von ausgewählten Referenzdatensätzen aus der Literatur als auch auf Basis von insgesamt 4000 zufallsgenerierten Parameterkonstellationen. Dabei liegt der Schwerpunkt der Auswertungen auf einer Ergebnisanalyse hinsichtlich der Höhe des Kosteneinsparungspotentials, das durch die Teillosbildung im BPA zum einen gegenüber der „geschlossenen Fertigung“ und zum anderen im Vergleich zu bestehenden Ansätzen mit Lossplitting im CCM erzielbar ist. Die diesbezüglich gewonnenen Erkenntnisse sowie weitere, aus den Resultaten ableitbare Zusammenhänge werden umfassend diskutiert und interpretiert, so dass letztendlich eine Grundlage zur Ableitung von Handlungsempfehlungen gelegt wird. Die Arbeit schließt mit einem Resümee und der kritischen Würdigung der Forschungsziele bzw. -fragen sowie einem Ausblick auf weiteren Forschungsbedarf. / This work studies the Economic Lot Scheduling Problem (ELSP) under consideration of transportation processes in terms of lot streaming. Thus, inventory models with equal- and unequal sized sub-batches with global or sort- respectively position-specific transportation frequencies are integrated in the following ELSP solution approaches: (1) the Common Cycle Model of Hanssmann, (2) the Basic Period Approach of Haessler and (3) the Time-Varying Lot-Sizes Approach of Dobson. The new developed mathematical models are then implemented and illustrated using reference data sets as well as 4000 randomly generated data sets. The results are analysed and evaluated with a main focus on the cost efficiency (1) against a closed batches process (where only complete lots are transferred to the next stage) and (2) between the three considered ELSP solution approaches with the different opportunities of sub-batches and transportation frequencies.

Long cycle times in semiconductor manufacturing represent an increasing challenge for the industry and lead to a growing need of break-through approaches to reduce it. Small lot sizes and the conversion of batch processes to mini-batch or single-wafer processes are widely regarded as a promising means for a step-wise cycle time reduction. Our analysis with discrete-event simulation and queueing theory shows that small lot size and the replacement of batch tools with mini-batch or single wafer tools are beneficial but lot size reduction lacks persuasive effectiveness if reduced by more than half. Because the results are not completely convincing, we develop a new semiconductor tool type that further reduces cycle time by lot streaming leveraging the lot size reduction efforts. We show that this combined approach can lead to a cycle time reduction of more than 80%.

Long cycle times in semiconductor manufacturing represent an increasing challenge for the industry and lead to a growing need of break-through approaches to reduce it. Small lot sizes and the conversion of batch processes to mini-batch or single-wafer processes are widely regarded as a promising means for a step-wise cycle time reduction. Our analysis with discrete-event simulation and queueing theory shows that small lot size and the replacement of batch tools with mini-batch or single wafer tools are beneficial but lot size reduction lacks persuasive effectiveness if reduced by more than half. Because the results are not completely convincing, we develop a new semiconductor tool type that further reduces cycle time by lot streaming leveraging the lot size reduction efforts. We show that this combined approach can lead to a cycle time reduction of more than 80%.