In dieser Dissertation wird die Entwicklung eines selbstorganisierenden Produktionssystems untersucht, um die Herausforderungen in der Produktionsplanung und -steuerung, insbesondere bei Unsicherheiten, besser zu bewältigen. Die Arbeit analysiert zunächst die Grundlagen der Produktionsplanung und -steuerung, gefolgt von einer detaillierten Untersuchung des interdisziplinären Themas der Selbstorganisation. Basierend darauf wird ein Vorgehen zur Identifikation geeigneter Methoden der Selbstorganisation für eine bestimmte Problemstellung entwickelt und auf Produktionsplanung und -steuerung angewendet.
Durch die Bewertung bestehender Referenzarchitekturen und deren Integration in ein Framework für selbstorganisierende Produktion, werden selbstorganisierende Verfahren mit etablierten Verfahren der Produktionsplanung und -steuerung verglichen. Die Arbeit zeigt die Überlegenheit der selbstorganisierenden Systeme bei der Planung unter Unsicherheit und liefert nachweislich Verbesserungen hinsichtlich der sekundären und tertiären Ziele der Produktion.
Die Dissertation gliedert sich in acht Kapitel, die jeweils verschiedene Aspekte der Selbstorganisation, Produktionsplanung und -steuerung, sowie die Entwicklung und Evaluation eines selbstorganisierenden Produktionssystems behandeln. Die Ergebnisse dieser Arbeit haben das Potenzial, die Produktionsplanung und -steuerung unter Unsicherheit effektiver zu gestalten und somit eine bedeutende Verbesserung für die Industrie zu bieten.:1. Einleitung 18
1.1. Motivation zur Nutzung von Selbstorganisation in der Produktionsplanung und
-steuerung
1.2. Forschungsfragen: Wie kann Selbstorganisation bei der Bewältigung der Aufgaben der PPS helfen?
1.3. Aufbau und Vorgehensweise dieser Arbeit
2. Produktionsplanung und -steuerung
2.1. Einführung in die Produktionsplanung und -steuerung
2.1.1. Planung
2.1.2. Produktion
2.1.3. Produktionsplanung und -steuerung
2.2. Ziele der Produktionsplanung und -steuerung
2.2.1. Primäre Ziele
2.2.2. Sekundäre Ziele
2.2.3. Tertiäre Ziele
2.3. Zentral organisierte Produktionsplanung und -steuerung
2.3.1. Aufbau der zentral organisierten Produktionsplanung und -steuerung
2.3.2. Ablauf der zentral organisierten Produktionsplanung
2.3.3. Ablauf der zentral organisierten Produktionssteuerung
2.4. Unsicherheit in der Produktionsplanung und -steuerung
2.5. Arten von Entscheidungsproblemen in der Produktionsplanung und -steuerung
3. Selbstorganisation
3.1. Selbstorganisation in komplexen Systemen
3.2. Sich selbst organisierenden Systemen zugeschriebene Eigenschaften
3.2.1. Offenheit des Systems
3.2.2. Emergenz des Systems
3.2.3. Nichtlinearität des Systems
3.2.4. Attraktoren im Zustandsraum des Systems
3.2.5. Indeterminismus des Systems
3.2.6. Pfadabhängigkeit des Systems
3.2.7. Autonomie der Elemente im System
3.2.8. Autopoiesis neuer Elemente im System
3.2.9. Anpassungsfähigkeit des Systems
3.3. Von statischen zu sich selbst organisierenden Systemen
4. Vorgehensweise zur Entwicklung eines sich selbst organisierenden Systems zur
Produktionsplanung und -steuerung
4.1. Vorgehen zur Entwicklung sich selbst organisierender Systeme
4.2. Elemente eines sich selbst organisierenden Systems
4.3. Umwelteinflüsse und Interaktionsmuster sich selbst organisierender Systeme
4.3.1. Taxonomie der Interaktion zur Koordination
4.3.2. Interaktionsmuster zur Koordination sich selbst organisierender Systeme
4.3.3. Zuordnung von Interaktionsmustern zu Entscheidungsproblemen
4.4. Organisationsstrukturen von Systemen
4.5. Ungewollte Phänomene bei der Verwendung von Selbstorganisation
4.6. Anwendungsgebiete der Selbstorganisation in der Produktionsplanung und
-steuerung
5. Referenzarchitekturen für sich selbst organisierende Systeme und für die Produktionsplanung und -steuerung 85
5.1. Anforderungen an eine sich selbst organisierende Produktionsplanung und
-steuerung
5.2. Referenzarchitekturen für sich selbst organisierende Systeme
5.2.1. Autonomic Computing
5.2.2. Organic Computing
5.2.3. Multi-Agenten Systeme
5.2.4. Aktor-Modell
5.2.5. Warteschlangennetzwerke
5.3. Referenzarchitekturen für die Produktionsplanung und -steuerung
5.3.1. Product Ressource Order Straff Architecture
5.3.2. ISA-95
5.3.3. Reference Architecture Model for Industry 4.0
5.4. Herausforderungen der Überführung einer sich selbst organisierenden Produktion in die Realität
6. Architektur für eine sich selbst organisierte Produktion 105
6.1. MATE - Manufacturing on Actor Technology
6.2. Elemente der sich selbst organisierenden Produktionsplanung und -steuerung 108
6.3. Umwelteinflüsse auf die sich selbst organisierende Produktionsplanung und
-steuerung
6.4. Organisation der Elemente
6.4.1. Koordination der sich selbst organisierenden Produktionsplanung und
-steuerung
6.4.2. Verhalten bei der sich selbst organisierten Planung
6.4.3. Verhalten bei der sich selbst organisierten Produktionssteuerung
7. Evaluierung der sich selbst organisierenden Produktionsplanung und -steuerung 122
7.1. Ablauf der Evaluation der Produktionsplanung und -steuerung
7.2. Datenerhebung für verschiedene Produktionen
7.2.1. Möglichkeiten der Datenerhebung
7.2.2. Grundlegendes Vorgehen zur Testdatengenerierung
7.2.3. Strukturbeschreibende Kennzahlen der Produktion
7.3. Generierung der Daten für die Evaluierung der Produktionsplanung und -
steuerung
7.3.1. Validierung der generierten Testdaten
7.3.2. Generierung der zu evaluierenden Produktion
7.4. Beschreibung der Ansätze zur zentralen und dezentralen Produktionsplanung
und -steuerung zum Zweck des Vergleichs
7.4.1. Zentral organisiertes Planungssystem
7.4.2. Dezentral organisiertes Planungssystem mittels erschöpfender Zuteilung
7.5. Vergleich der Ansätze hinsichtlich der Ziele der Produktionsplanung und -
steuerung
7.5.1. Effizienz
7.5.2. Termintreue der Kundenaufträge
7.5.3. Durchlaufzeit der Materialien
7.5.4. Auslastung der Produktionsressourcen
7.5.5. Lagerbelegung über die Zeit
7.5.6. Stabilität
7.5.7. Robustheit
7.5.8. Flexibilität
7.5.9. Anpassungsfähigkeit
7.5.10. Skalierbarkeit
7.6. Vergleich der Ansätze hinsichtlich verschiedener Eigenschaften der Produktion
8. Einordnung und Bewertung der Ergebnisse, Zusammenfassung und Ausblick
8.1. Einordnung der Eigenschaften der sich selbst organisierenden Produktionsplanung und -steuerung
8.2. Bewertung der Ergebnisse der Evaluation der sich selbst organisierenden Produktionsplanung und -steuerung
8.3. Zusammenfassung
8.4. Ausblick
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:89478 |
| Date | 07 February 2024 |
| Creators | Krockert, Martin |
| Contributors | Aßmann, Uwe, Rose, Oliver, Technische Universität Dresden, Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | German |
| Type | info:eu-repo/semantics/publishedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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