Angesichts des wachsenden Konkurrenzdruckes, der durch die Globalisierung zunehmend gefördert wird, müssen sich Unternehmen der Herausforderung stellen, den Produktionsablauf flexibel an die Marktbedingungen anzupassen.
Insbesondere das Maschinenbelegungsproblem birgt noch ein hohes Verbesserungspotential. Algorithmen werden ständig verbessert, angepasst oder auch neu entwickelt. Unter der Vielzahl von Lösungen die entwickelt wurden, lassen sich exakte, spezielle heuristische und metaheuristische Methoden unterscheiden. Die erste Gruppe der Verfahren, in die beispielsweise die ganzzahlige lineare Optimierung oder die Vollständige Enumeration eingeordnet werden können, sind lediglich für einige Spezialfälle (wie z.B. den Zwei-Maschinen flow shop unter der Zielsetzung der Minimierung der Zykluszeit) effizient lösbar. Heuristische Verfahren, wie beispielsweise unvollständig durchgeführte Branch-and-Bound-Verfahren, liefern keine befriedigende Lösung des Problems, da ihre Anwendung an Modellannahmen geknüpft sind, die das reale Problem nur unzureichend abbilden.
Ebenso wie die heuristischen Verfahren ermitteln metaheuristische Verfahren, wie das Simulated Annealing, Genetische Algorithmen oder Tabu Search keine optimalen, sondern Kompromisslösungen. Der Vorteil der Methoden der letzten Gruppe ist aber, dass sie flexibel, robust und einfach in der Anwendung sind. Gegenstand dieser Arbeit ist daher eine kritische Auseinandersetzung mit metaheuristischen Verfahren insbesondere dem Ameisenalgorithmus und dem Tabu Search Verfahren und deren Einordnung in ein modernes PPS-System.
Inhaltsverzeichnis
- Einführung
- Problemstellung
- Gang der Untersuchung
- Definition und Einordnung der Fließfertigung im PPS – System
- Tabu-Search Verfahren
- Historische Entwicklung
- Mathematische Grundlagen
- Allgemeiner Ansatz des Tabu Search Verfahrens
- Erläuterung grundlegender Begriffe
- Zug
- Tabuliste
- Tabudauer
- Das Tabu Search Verfahren als Algorithmus
- Verwendung des Tabu Search Verfahrens zur Lösung eines Maschinenbelegungsproblems
- Ameisenalgorithmus
- Anwendungsbereiche
- Das Brückenexperiment
- Modellierung von künstlichen Ameisen
- Allgemeiner Ansatz des Ameisenalgorithmus
- Verwendung des Ameisenalgorithmus zur Lösung des Traveling Salesman Problems (TSP)
- Beispielhafte Belegung des Algorithmus anhand eines Ein-Maschinen- Planungsproblems
- Verwendung des Ameisenalgorithmus zur Lösung eines Ein-Maschinen- Planungsproblems
- Schlussbetrachtung
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Anwendung neuerer Algorithmen zur Lösung von Problemen in der Produktionssteuerung, insbesondere dem Maschinenbelegungsproblem. Die Untersuchung konzentriert sich auf zwei Metaheuristiken, das Tabu Search Verfahren und den Ameisenalgorithmus, und analysiert ihre Einsetzbarkeit in einem modernen PPS-System.
- Bewertung der Effizienz von Metaheuristiken bei der Optimierung von Produktionsabläufen
- Analyse des Tabu Search Verfahrens und dessen Anwendung auf Maschinenbelegungsprobleme
- Einführung in den Ameisenalgorithmus und seine Anwendung auf Traveling Salesman Probleme und Ein-Maschinen-Planungsprobleme
- Vergleich der beiden Algorithmen in Bezug auf ihre Stärken und Schwächen
- Diskussion der Bedeutung neuerer Algorithmen in der Produktionssteuerung
Zusammenfassung der Kapitel
- Einführung: Das Kapitel liefert eine einführende Darstellung des Problems der flexiblen Anpassung von Produktionsabläufen an Marktbedingungen. Es beleuchtet die Herausforderungen, die sich aus dem Maschinenbelegungsproblem ergeben, und kategorisiert die verschiedenen Lösungsansätze, wobei der Fokus auf metaheuristische Verfahren liegt.
- Tabu-Search Verfahren: Dieses Kapitel beleuchtet die historische Entwicklung des Tabu Search Verfahrens und erläutert seine mathematischen Grundlagen. Es definiert wichtige Begriffe und beschreibt die Funktionsweise des Algorithmus anhand eines einfachen Maschinenoptimierungsproblems.
- Ameisenalgorithmus: Der dritte Teil der Arbeit widmet sich dem Ameisenalgorithmus. Er präsentiert Anwendungsbereiche und erklärt die Verbindung von Beobachtungen der Natur zur algorithmischen Modellierung. Das Kapitel erläutert den Basisalgorithmus anhand des Travelling Salesman Problems und zeigt die Anwendung auf Ein-Maschinen-Planungsprobleme auf.
Schlüsselwörter
Die Arbeit befasst sich mit Metaheuristiken wie Tabu Search Verfahren und Ameisenalgorithmus, die zur Lösung von Problemen in der Produktionssteuerung, insbesondere dem Maschinenbelegungsproblem, eingesetzt werden. Wichtige Themen sind die Optimierung von Produktionsabläufen, die Anwendung von Algorithmen in PPS-Systemen und die Einordnung neuerer Algorithmen in den Kontext der Industrie 4.0.
- Citation du texte
- Jan Frenzel (Auteur), Hermine Tschek (Auteur), 2004, Neuere Algorithmen in der Produktionssteuerung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/47876
