Klassifikationsbasierte Planung flexibler, flussorientierter Mixed-Model-Montagestrukturen

Föhlisch, Nils; Burggräf, Peter; Schuh, Günther

doi:10.18154/RWTH-2024-09093

Klassifikationsbasierte Planung flexibler, flussorientierter Mixed-Model-Montagestrukturen = Classification-based planning of flexible, flow-oriented mixed-model assembly structures

Föhlisch, Nils^RWTH*

2024

VerantwortlichkeitsangabeNils Föhlisch

Ausgabe1. Auflage

ImpressumAachen : Apprimus Verlag 2024

Umfang1 Online-Ressource : Illustrationen

ISBN978-3-98555-231-3

ReiheErgebnisse aus der Produktionstechnik ; 2024,2

Dissertation, RWTH Aachen University, 2024

Druckausgabe: 2024. - Auch veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University. - Weitere Reihe: Produktionssystematik. - Weitere Reihe: Edition Wissenschaft Apprimus

Genehmigende Fakultät
Fak04

Hauptberichter/Gutachter
Schuh, Günther (Thesis advisor)^RWTH* ; Burggräf, Peter (Thesis advisor)^RWTH*

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2024-07-17

Online
DOI: 10.18154/RWTH-2024-09093
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/994106/files/994106.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Flexibilität (frei) ; Mixed-Model-Montage (frei) ; Montageplanung (frei) ; assembly planning (frei) ; flexibility (frei) ; mixed-model assembly (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Die zunehmende Produktvarianz infolge wachsender Individualisierung der Kundenwünsche führt in Mixed-Model-Montagen zu Prozesszeitspreizung und Volatilität des Produktmixes. In der Konsequenz geraten konventionelle Linienmontagen an die Grenzen ihrer Wirtschaftlichkeit. Die Auflösung der Verkettung und Taktabhängigkeit von Montagestationen in Matrixmontagen bietet das Potenzial zur gleichzeitigen Verbesserung von Flexibilität und Effizienz bei Erhaltung des Flussprinzips. Matrix- und Linienmontagen bilden die flussorientierten Montagestrukturen, in denen sich Montageobjekte gemäß des Flussprinzips bewegen. Während der Strukturplanung stehen Montageplanende zunehmend vor der Fragestellung, welche Konfiguration flussorientierter Montagestrukturen die Anforderungen ihres Anwendungsfalls erfüllt und wie Flexibilität objektiv als ein Entscheidungskriterium einfließt. Dabei unterstützen Klassifikationen für Montagestrukturen anhand der Differenzierung zentraler Merkmale bei der Schaffung von Transparenz über Konfigurationen im Lösungsraum der Strukturplanung. Aufgrund der hohen Komplexität der Matrixmontagen können bestehende Klassifikationsansätze nicht genutzt werden, da die verwendeten Merkmale und Ausprägungen Konfigurationen nicht trennscharf differenzieren. Des Weiteren eignen sich bestehende Bewertungssystematiken nicht zur datenbasierten Quantifizierung von Flexibilität als Entscheidungsunterstützung in der frühen Phase der Strukturplanung. In der Folge ist die Effizienz und Effektivität der Planung flexibler, flussorientierter Montagestrukturen nicht gewährleistet. In dieser Arbeit wird zur Adressierung dieser Herausforderungen eine Strukturplanungsmethodik zur effizienten und datenbasierten Bestimmung flexibler, flussorientierter Montagestrukturen mittels einer Klassifikation entwickelt. Ein definiertes, redundanzfreies Set aus Flexibilitätskriterien ermöglicht es, die Flexibilitätsbedarfe eines Anwendungsfalls durch die gezielte Auswertung von Produktionsprogramm- und Prozesszeitdaten quantitativ zu spezifizieren. Eine Level-basierte Klassifikation fasst die Konfigurationen flussorientierter Montagestrukturen zusammen und schlüsselt die Wirkbeziehungen der darin kombinierten Strukturelemente auf. Auf diese Weise entfallen die Aufwände zur Strukturierung des Lösungsraums der Strukturplanung und die Planungskomplexität wird effizient beherrschbar. Weiterhin erfolgt die Priorisierung der Strukturkonfigurationen anhand eines systematischen Abgleichs des ermittelten Flexibilitätsbedarfs und des -angebots von Konfigurationen zur Entscheidungsunterstützung. Dadurch wird sichergestellt, dass die Strukturkonfigurationen eine die Anforderungen erfüllende Flexibilität bieten und die Ergebnisqualität der Strukturplanung gewährleistet ist. Die Operationalisierung in einer Methodik und ihre Integration in ein ganzheitliches Montageplanungsvorgehen macht die gesammelten Erkenntnisse Montageplanenden kompakt zugänglich. Insgesamt befähigt die Methodik zur effizienten und transparenten Bestimmung der Montagestrukturen gemäß den spezifischen Anforderungen eines Anwendungsfalls an Flexibilität.

Increasing product variance as a result of growing individualization of customer requirements leads to process time spread and volatility of the product mix in mixed-model assembly. As a consequence, conventional line assemblies reach the limits of their economic viability. Dissolving the coupling and cycle dependency of stations in matrix assemblies offers the potential to simultaneously improve flexibility and efficiency while maintaining the flow principle. Matrix and line assemblies form the flow-oriented assembly structures in which assembly objects move according to the flow principle. During structure planning, assembly planners are increasingly faced with the question of which configuration of flow-oriented assembly structures meets the requirements of their use case and how flexibility can be objectively incorporated as a decision criterion. Classifications for assembly structures help to create transparency about configurations in the solution space of structural planning by differentiating central dimensions. Due to the high complexity of matrix assemblies, existing classification approaches cannot be used, as the dimensions and characteristics used do not differentiate configurations clearly. Furthermore, existing evaluation approaches are not suitable for the data-based quantification of flexibility as decision support in the early phase of structural planning. As a result, the efficiency and effectiveness of planning flexible, flow-oriented assembly structures are not ensured. To address these challenges, this thesis develops a structural planning methodology for the efficient and data-based determination of flexible, flow-oriented assembly structures by means of a classification. A defined, redundance-free set of flexibility criteria allows to quantitatively specify the flexibility requirements of a use case through the targeted assessment of production program and process time data. A level-based classification organizes the configurations of flow-oriented assembly structures and breaks down the interdependencies of the combined structure elements. This eliminates the effort involved in structuring the solution space of structural planning and makes planning complexity efficiently manageable. Furthermore, the structure configurations are prioritized on the basis of a systematic comparison of the required and provided flexibility of configurations for decision support. This ensures that the structure configurations offer sufficient flexibility and structural planning delivers high-quality results. The operationalization in a methodology and its integration into a holistic assembly planning procedure makes the collected insights accessible to assembly planners in a compact form. Overall, the methodology enables the efficient and transparent determination of assembly structures according to the specific flexibility requirements of an use case.

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