Ein Entscheidungsunterstützungssystem zur Priorisierung ungeplanter Stillstände für eine ausbringungsoptimierte Durchführung reaktiver sowie proaktiver Instandhaltungsmaßnahmen
Creators: name: Hegemann, Michael
Publisher: name: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Year: 2021
Subjects: Priorisierung
Prioritization
Stillstände
breakdowns
downtimes
Simulationsbasiertes Optimierungssystem
simulation-based optimization system
Entscheidungsunterstützungssystem
decision support system
Online-Optimierung mit Lookahead
online optimization with lookahead
Prädiktive Instandhaltung
predictive maintenance

description: Während der geplanten Betriebszeit eintretende Stillstände führen bei hoch ausgelasteten Produktionssystemen zu hohen Produktionsverlusten. Komplexe Produktionssysteme, wie die in dieser Arbeit betrachteten Fließfertigungssysteme, bestehen meistens aus einer großen Anzahl unterschiedlicher Produktionsressourcen, wobei die Möglichkeit besteht, dass zeitgleich Stillstände an mehreren Produktionsressourcen anliegen. Da in der Praxis die Anzahl an Produktionsmitarbeitern, die zur Instandsetzung der Produktionsressourcen zur Verfügung stehen, oftmals begrenzt ist, können durch eine objektive Priorisierung der anliegenden Stillstände nach ihrer jeweiligen Auswirkung auf das Produktionssystem die Reaktionszeit auf die schwerwiegendsten Stillstände reduziert und Produktionsverluste aufgrund vermeidbarer Wartezeiten minimiert werden. Die für die Priorisierungsentscheidung verwendeten Daten beziehen sich dabei häufig auf einen historischen Zeitraum oder aber auf den aktuellen Zustand des Fließfertigungssystems. Allerdings können zum Entscheidungszeitpunkt auch Informationen über zukünftig eintretende geplante Stillstandzeiten vorliegen. Diese Stillstandzeiten resultieren dabei nicht nur aus anstehenden präventiven Instandhaltungsmaßnahmen, sondern auch aus der Anwendung einer zustandsorientierten vorausschauenden Instandhaltungsstrategie. Der Gegenstand dieser Arbeit ist daher die Entwicklung eines operativen Entscheidungsunterstützungssystems, welches den Produktionsmitarbeitern eine objektiv ermittelte Priorisierungsreihenfolge ungeplant eingetretener Stillstände in komplexen Fließfertigungssystemen zur Verfügung stellt. Neben den zum Entscheidungszeitpunkt anliegenden, zu priorisierenden Stillständen werden dabei auch Informationen über zukünftig eintretende geplante Stillstandzeiten in Form eines Lookahead in die Priorisierungsentscheidung mit einbezogen. Im ersten Teil der Arbeit wird der Zusammenhang zwischen der Priorisierung ungeplanter Stillstände und der Auswirkung zukünftig eintretender geplanter Stillstandzeiten hergeleitet und es wird aufgezeigt, wie durch die Priorisierung die Auswirkungen geplanter Stillstände proaktiv vermindert werden kann. Dabei wird die Priorisierung als Reihenfolgenoptimierungsproblem formuliert, welches zunächst als reines Online-Optimierungsproblem betrachtet wird. Für die Bestimmung der Zielfunktionswerte wird sowohl eine simulationsbasierte Vorgehensweise in Form eines simulationsbasierten Optimierungssystems als auch eine analytische Vorgehensweise hergeleitet. Aufbauend auf den gewonnenen Erkenntnissen über die Wirkzusammenhänge bei der Priorisierung von Stillständen wird das Grundproblem einer Priorisierung ungeplanter Stillstände durch die Berücksichtigung geplanter Stillstandzeiten erweitert und das Reihenfolgenoptimierungsproblem als Online-Optimierungsproblem mit Lookahead aufgefasst. Schließlich wird eine simulationsbasierte Vorgehensweise vorgestellt, mit der eine Ermittlung der Priorisierungsreihenfolge mit Lookahead möglich ist. Die Umsetzung dieser Vorgehensweisen in Form eines Entscheidungsunterstützungssystems in eine Simulationsumgebung ermöglicht im zweiten Teil dieser Arbeit die Untersuchung des Mehrwerts einer Priorisierung mit Lookahead. Dabei zeigen die Ergebnisse zweier Simulationsstudien, dass durch die Einbeziehung zukünftig eintretender geplanter Stillstandzeiten in die Entscheidungsfindung das Auftreten momentaner Engpässe durch geplante Stillstände verringert werden kann, wodurch schließlich ein signifikanter Mehrwert gegenüber einer Priorisierung ohne Lookahead feststellbar ist.