Effiziente Heuristiken für die Anlagenbelegungsplanung bei Sortenproduktion

Bearbeiter Sascha Herrmann
Forschungsschwerpunkt Anlagenbelegungsplanung in der Prozessindustrie
Partner Deutsche Forschungsgemeinschaft

Zusammenfassung

Im Rahmen des von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Forschungsvorhabens "Produktionsplanung in der Prozessindustrie" wird in diesem Projektabschnitt die Belegungsplanung von Mehrproduktanlagen bei Sortenproduktion untersucht. Planungsprobleme in der Prozessindustrie zeichnen sich aufgrund zahlreicher technologischer Besonderheiten der verfahrenstechnischen Produktion wie spezifischen Anforderungen an die Lagerung der verarbeiteten Fließprodukte oder der Notwendigkeit reihenfolgeabhängiger Umrüstungen der Apparate durch eine erhöhte Komplexität aus. Kennzeichnend für die Sortenproduktion ist hierbei das Auftreten kontinuierlicher Materialflüsse in Verbindung mit kapazitiv beschränkten Lagereinrichtungen für Zwischenprodukte.

Obwohl der Sortenproduktion im Bereich der chemischen und pharmazeutischen Industrie eine große wirtschaftliche Bedeutung zukommt, ist der überwiegende Teil des wissenschaftlichen Schrifttums zur Anlagenbelegungsplanung der diskreten Chargenproduktion gewidmet. Für den Fall der Sortenproduktion sind aus der Literatur Ansätze der gemischt-ganzzahligen linearen und nichtlinearen Programmierung bekannt, die bei Problemen praxisrelevanter Größe jedoch schnell an ihre Grenzen stoßen.

Daher wird im Forschungsvorhaben ein zweistufiger Dekompositionsansatz verfolgt, bei dem im Rahmen einer Mengenplanung zunächst die auszuführenden Prozessschritte mit zugehörigen Dauern sowie Einsatzmengen- und Ausbringungsmengenverhältnissen bestimmt werden. Die Prozessschritte werden daraufhin in einer Ablaufplanung unter Beachtung von Kapazitätsbeschränkungen und Materialverfügbarkeitsbedingungen zeitlich auf den Apparaten und Lagereinrichtungen der Anlage eingeplant.

Um der Planungsunsicherheit durch variable Prozessdauern und unsicheren Ausbeuten Rechnung zu tragen, werden Strategien der robusten und revidierenden Planung und der Online-Optimierung für die Anlagenbelegungsplanung bei Chargenproduktion auf den Fall der Sortenproduktion übertragen. Die entwickelten Algorithmen werden anhand von Fallstudien aus der Literatur und der Praxis evaluiert. Auf der Grundlage der Ergebnisse dieser Anlayse werden Empfehlungen zum Einsatz der Planungsmethoden unter verschiedenen Unsicherheits-Szenarien erarbeitet.

 

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