Validierung zweier Optimierungsverfahren zur taktzeitoptimierten Aufgabenzuordnung am Beispiel eines Mensch-Roboter-Arbeitssystems

Abstract

Bei der Auslegung und im laufenden Betrieb von Mensch-Roboter-Arbeitssystemen in der Produktion treffen Planerinnen und Planer auf Herausforderungen aus diversen Bereichen. Diese Arbeit befasst sich mit der taktzeitoptimierten Aufgabenzuordnung in einem solchen System. In einem Arbeitsumfeld, in dem Ressourcen unerwartet ausfallen, der Fertigstellungsdruck jedoch weiterhin bestehen bleibt, bedarf es eines Ressourcenzuweisungswerkzeugs, welches in kürzester Zeit eine neue Aufgabenzuweisung ermöglicht. Ein solches Werkzeug wird mit dieser Arbeit, ausgehend von einer umfangreichen systematischen Literaturrecherche zum aktuellen Stand der Technik, entworfen. Basierend auf den Erkenntnissen ausgewählter Arbeiten wird eine passende mathematische Formulierung vorgestellt, welche mithilfe von MATLAB sowohl exakt als auch metaheuristisch implementiert wird. Zum Abschluss der Arbeit werden die implementierten Algorithmen anhand eines Beispiels getestet und die erhaltenen Ergebnisse verglichen, um der Benutzerin und dem Benutzer die jeweiligen Einsatzgebiete, aber auch eventuelle Einschränkungen der Methoden zu erläutern.

During the design as well as the ongoing operation of human-robot-work systems in manufacturing, planners encounter challenges in diverse fields. This paper deals with the cycle-time optimized task allocation in such a system. In a work environment where resources unexpectedly fail but completion pressure remains, there is a need for a resource allocation tool that can reassign tasks in the shortest possible time. Such a tool is designed in this thesis, based on an extensive systematic literature review of the current state of the art. Based on the findings of selected works, a suitable mathematical formulation is presented, which is implemented exactly as well as metaheuristically using MATLAB. Finally, the implemented algorithms are tested by means of an example and the obtained results are compared in order to show the user the respective fields of application as well as possible limitations of the methods.