Optimaler Betriebspunkt für die Sachgüterproduktion bei divergenten technischen und betriebswirtschaftlichen Unternehmenszielen

Abstract

Kundenaufträge termin- und kostenoptimal in einer Produktionsanlage abzuarbeiten ist auf Grund der enormen kombinatorischen Vielfalt der Möglichkeiten eine äußerst komplexe Aufgabe. Die Herausforderung besteht darin, in der begrenzt zur Verfügung stehenden Zeit die interdependenten Reihenfolge- und Maschinenwahlprobleme für alternative Strategien optimal zu lösen.<br />In der Vergangenheit führten Versuche, die Produktionsfeinplanungsproblematik algorithmisch zu lösen auch bei einfachen Produktionsstrukturen auf Grund von in der Praxis gegebenen Unsicherheiten in den Prozessparametern und des komplexen Lösungsraumes meist zu Fehlschlägen. Dies hat zur Folge, dass die heute in der industriellen Praxis eingesetzten Produktionsleitstände vorwiegend nach sehr einfachen Regeln (First In First Out, Critical Ratio, Rückwärtsterminierung, ...) planen, oder überhaupt immer noch manuell gesteuert wird. Die unzureichende Verwendung betriebspunktrelevanter Parameter dieser Regeln bedingt einen suboptimalen Betrieb der Anlage.<br />Diese Situation ist sehr unbefriedigend, da die Produktionsfeinplanung die für Unternehmen maßgeblichen Zielkriterien wie kurze Durchlaufzeiten, hohe Termintreue, hohe Änderungsflexibilität, niedrige Bestände und effektive Ressourcennutzung maßgeblich beeinflusst.<br />In der vorliegenden Arbeit wird eine stabile, dynamische Lösung für die Produktionsfeinplanung vorgestellt. Kernelement ist die Entwicklung eines universell einsetzbaren Regelwerks, dessen Auswertung in Echtzeit die optimale Bearbeitungsreihenfolge der Produktionsaufträge für die einzelnen Prozessschritte festlegt.<br />Das Regelwerk ist eine Kombination mathematischer Terme, welche alle betriebspunktrelevanten Einzelparameter maßgeschneidert auf die gewählte Produktionsanlage verbinden.<br />Mit dem entwickelten Regelwerk wird - im Gegensatz zur aktuellen Praxis - nicht mit einfachen best-practice Regeln nach nur einem isolierten Zielkriterium optimiert, sondern durch bestmögliche Lösung der Zielkonflikte der optimale Betriebspunkt für die Produktion erreicht.<br />Das Regelwerk wird in einer Produktionsanlage für Halbleiterwafer erfolgreich eingesetzt.<br />

The processing of orders in a production plant at optimal delivery dates and total costs is because of the enormous combinatorial variety a very complex task. The challenge of detailed production planning is to solve the interdependent sequence- and machine selection problem for alternative strategies optimally in the given limited amount of time.<br />Attempts of the past, to solve the problem in an algorithmic way resulted in disappointments because of in reality given uncertainties of the production parameters and the complex solution space. Therefore today's industrial production control stations are working with simple, surely suboptimal rules (First In First Out, Critical Ratio, backward scheduling ...), or they are steered manually. The insufficient use of relevant parameters leads to a suboptimal operation of the plant. This situation is very unsatisfying, because production planning has a relevant effect on the important production goals.<br />This work presents a robust and dynamic solution for the detailed production planning. The core is the development of a universal useable regulator. The evaluation of the regulator in real-time determines the optimal sequence of orders for each process-step.<br />The regulator is a combination of mathematical terms, that combine all relevant parameters tailored for the given production plant.<br />The result is, unlike to the actual practice, the best possible solution of the conflicts of objectives, what results in the optimal operation of the production plant. The presented regulator is used in a production plant for semiconductor wafers very satisfactorily.