Gestaltung und Optimierung flexibler Produktionsnetzwerke

Inhaltsverzeichnis

• 1 Einleitung
• 1.1 Motivation
• 1.2 Zielsetzung und Vorgehen
• 1.3 Aufbau der vorliegenden Arbeit
• 2 Grundlagen zur Gestaltung flexibler Produktionsnetzwerke
• 2.1 Grundlagen und Charakteristika von Produktionsnetzwerken in der Automobilindustrie
• 2.1.1 Definition und Abgrenzung des Begriffes Produktionsnetzwerk
• 2.1.2 Produktionsnetzwerke in der Automobilindustrie
• 2.1.3 Zielsetzung und Potentiale globaler Produktionsnetzwerke
• 2.2 Flexibilität in Produktionsnetzwerken
• 2.2.1 Definition und Abgrenzung des Flexibilitätsbegriffes
• 2.2.2 Zusammenhang zwischen Flexibilität und Kapazität
• 2.2.3 Flexibilitätsplanung als Gestaltungsziel von Produktionsnetzwerken
• 2.3 Gestaltung von Produktionsnetzwerken als Bestandteil des Supply Chain Managements
• 2.3.1 Netzwerkplanung im Kontext des Supply Chain Managements
• 2.3.2 Supply Chain Management Systeme
• 2.3.3 Graphentheoretische Modellierung von Produktionsnetzwerken
• 3 Stand der Forschung und Technik zur Gestaltung flexibler Produktionsnetzwerke
• 3.1 Planungsansätze zu Flexibilitätsstrategien
• 3.1.1 Umsetzungen in der Automobilindustrie
• 3.1.2 Fazit zu Flexibilitätsstrategien
• 3.2 Diskussion bestehender Operations Research Ansätze zur Gestaltung flexibler Produktionsnetzwerken
• 3.2.1 Grundlagen zu Operations Research
• 3.2.1.1 Klassifikation von Optimierungsmodellen
• 3.2.1.2 Verfahren der Linearen Optimierung
• 3.2.1.3 Verfahren der Gemischt-Ganzzahligen Optimierung
• 3.2.1.4 Ausgewählte Heuristiken zur Optimierung
• 3.2.1.5 Komplexität und Lösungsverfahren für Optimierungsprobleme
• 3.2.2 Konzept der Hierarchischen Planung
• 3.2.3 Anforderungen zur Gestaltung flexibler Produktionsnetzwerke
• 3.2.3.1 Unsicherheit in der Planung
• 3.2.3.2 Dynamik der Umweltbedingungen
• 3.2.3.3 Globale Einflussfaktoren auf Produktionsnetzwerke
• 3.2.3.4 Modellierung der Netzwerkcharakteristika
• 3.2.3.5 Lösungsaufwand zur Optimierung realer Planungsprobleme
• 3.2.3.6 Bewertungsmodell zur Optimierung von Produktionsnetzwerken
• 3.2.4 Vorstellung und Vergleich bisheriger OR-Ansätze zur Gestaltung von Produktionsnetzwerken
• 3.2.4.1 Allgemeine Entwicklung
• 3.2.4.2 Diskussion ausgewählter Operations Research Modelle
• 3.2.5 Einordnung und Vergleich der vorgestellten Modelle
• 3.2.6 Existierende Umsetzungen in der Praxis
• 3.3 Fazit zum Stand der Forschung und Technik
• 4 Entwicklung eines Optimierungsmodells für flexible Produktionsnetzwerke
• 4.1 Darstellung des Gesamtmodells
• 4.2 Entwicklung eines monetären Bewertungsmodells
• 4.2.1 Gestaltung von Produktionsnetzwerken als Investitionsentscheidung
• 4.2.2 Kapitalwertmethode zur dynamischen Investitionsrechnung
• 4.2.3 Klassifikation der zahlungswirksamen Faktoren
• 4.2.4 Entscheidungsrelevante Zahlungsgrößen in Produktionsnetzwerken
• 4.2.5 Steuern und Handelsbarrieren als zusätzliche Faktoren in globalen Produktionsnetzwerken
• 4.2.5.1 Barrieren des globalen Handels
• 4.2.5.2 Steuerunterschiede als Entscheidungsfaktor
• 4.3 Darstellung des Komplexitätsproblems
• 4.3.1 Komplexitätstreiber des Modells zur Optimierung von Produktionsnetzwerken
• 4.3.2 Vorgehensmodell zur Komplexitätsbeherrschung
• 4.4 Entwicklung eines Optimierungsmodells auf taktischer Entscheidungsebene
• 4.4.1 Annahmen des Optimierungsmodells
• 4.4.2 Vorbemerkungen
• 4.4.3 Deklaration der Variablen, Parameter und Wertemengen
• 4.4.3.1 Indexmengen, Darstellung der Knoten und Kanten
• 4.4.3.2 Stetige Variablen
• 4.4.3.3 Binärvariablen
• 4.4.3.4 Parameter
• 4.4.3.5 Zahlungswirksame Parameter
• 4.4.4 Modellbaustein 1 - Basismodell
• 4.4.5 Modellbaustein 2 – Transportkapazitäten
• 4.4.6 Modellbaustein 3 – Transportfixkosten
• 4.4.7 Modellbaustein 4 – Produktspezifische Modulkapazitäten
• 4.4.8 Modellbaustein 5 – Produktionskosten
• 4.4.9 Modellbaustein 6 – Materialkosten
• 4.4.10 Modellbaustein 7 – Personalkosten
• 4.4.11 Modellbaustein 8 – Zölle
• 4.4.12 Modellbaustein 9 – Steuern
• 4.5 Integration strategischer Fragestellungen in das Optimierungsmodell
• 4.5.1 Erweiterte Annahmen des Optimierungsmodells
• 4.5.2 Erweiterungen der Variablen, Parametern und Wertemengen
• 4.5.2.1 Indexmengen
• 4.5.2.2 Stetige Variablen
• 4.5.2.3 Binärvariablen
• 4.5.2.4 Parameter
• 4.5.2.5 Zahlungswirksame Parameter
• 4.5.3 Modellbaustein 10 – Kapazitätsstufen und Schichtmodelle
• 4.6 Zwischenfazit der Modellerstellung
• 5 Implementierung des Optimierungsmodells
• 5.1 Vorstellung der verwendeten Software und der Programmierumgebung
• 5.2 Implementierung des Optimierungsmodells
• 5.3 Berechnungsstudien und Plausibilitätsprüfung
• 5.3.1 Vorstellung des Produktionsnetzwerk-Fallsbeispiels
• 5.3.2 Berechnungsstudien und Ergebnisse
• 5.4 Bewertung des Optimierungsmodells
• 6 Zusammenfassung und Ausblick
• 6.1 Zusammenfassung
• 6.2 Fazit und Ausblick

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Diese Arbeit zielt auf die Entwicklung einer Methodik zur Unterstützung der Flexibilitätsplanung in globalen Produktionsnetzwerken ab. Das Problem wird in strategische (Gestaltung von Flexibilitätspotentialen) und taktische (Optimierung der Nutzung dieser Potentiale) Ebenen zerlegt. Ein Operations-Research-basiertes Modell dient der optimalen Planung und Nutzung der Flexibilität. Die Rechenperformance spielt eine entscheidende Rolle. Ein monetäres Bewertungsmodell berücksichtigt die relevanten Gegebenheiten des Produktionsnetzwerks.

• Flexibilitätsplanung in globalen Produktionsnetzwerken
• Entwicklung eines Operations-Research-Modells
• Monetäres Bewertungsmodell zur Optimierung
• Komplexitätsmanagement in der Modellentwicklung
• Integration strategischer und taktischer Entscheidungsebenen

Zusammenfassung der Kapitel

1 Einleitung: Die Arbeit untersucht die Herausforderungen der Automobilindustrie durch Globalisierung, Innovations- und Kostendruck sowie Überkapazitäten. Die Flexibilisierung des Produktionsnetzwerks wird als erfolgversprechendste Strategie zur Bewältigung dieser Herausforderungen identifiziert. Die Arbeit beschreibt die Entwicklung einer Methodik zur Unterstützung der Flexibilitätsplanung in globalen Produktionsnetzwerken.

2 Grundlagen zur Gestaltung flexibler Produktionsnetzwerke: Dieses Kapitel definiert den Begriff "Produktionsnetzwerk" und beschreibt seine Charakteristika in der Automobilindustrie. Es differenziert zwischen verschiedenen Flexibilitätsarten (Volumen- und Baureihenflexibilität) und deren Zusammenhang mit Kapazitäten. Schließlich wird die Einordnung der Gestaltung von Produktionsnetzwerken in den Kontext des Supply Chain Managements erläutert und eine graphentheoretische Modellierung vorgestellt.

3 Stand der Forschung und Technik zur Gestaltung flexibler Produktionsnetzwerke: Dieses Kapitel analysiert bestehende Ansätze zur Flexibilitätsplanung und diskutiert Operations-Research-Modelle zur Optimierung von Produktionsnetzwerken. Es werden qualitative Handlungsempfehlungen und quantitative Modelle vorgestellt und kritisch bewertet. Die Defizite der bisherigen Ansätze werden aufgezeigt und der daraus resultierende Handlungsbedarf abgeleitet.

4 Entwicklung eines Optimierungsmodells für flexible Produktionsnetzwerke: Aufgrund der Komplexität der Planungsaufgabe wird ein zweistufiges Modell (strategisch und taktisch) entwickelt. Es basiert auf einem monetären Bewertungsmodell (Kapitalwertmaximierung) und berücksichtigt die Komplexitätsproblematik. Das taktische Modell optimiert die Nutzung vorgegebener Flexibilitätspotentiale, während das strategische Modell die optimale Installation dieser Potentiale bestimmt. Einzelne Modellbausteine ermöglichen eine modulare Erweiterung und Anpassung an verschiedene Anwendungsfälle.

Schlüsselwörter

Flexibilität, Produktionsnetzwerke, Automobilindustrie, Operations Research, Optimierungsmodell, Kapitalwertmaximierung, Komplexität, Supply Chain Management, Globalisierung, Flexibilitätsstrategien, Volumenflexibilität, Baureihenflexibilität.

Häufig gestellte Fragen (FAQ) zur Arbeit: Entwicklung eines Optimierungsmodells für flexible Produktionsnetzwerke

Was ist der Gegenstand der vorliegenden Arbeit?

Die Arbeit befasst sich mit der Entwicklung einer Methodik zur Unterstützung der Flexibilitätsplanung in globalen Produktionsnetzwerken, insbesondere im Kontext der Automobilindustrie. Sie zerlegt das Problem in strategische (Gestaltung von Flexibilitätspotentialen) und taktische (Optimierung der Nutzung dieser Potentiale) Ebenen und verwendet ein Operations-Research-basiertes Modell für die optimale Planung und Nutzung der Flexibilität.

Welche Ziele verfolgt die Arbeit?

Das Hauptziel ist die Entwicklung eines Optimierungsmodells, das die Flexibilitätsplanung in globalen Produktionsnetzwerken unterstützt. Dies beinhaltet die Berücksichtigung strategischer und taktischer Entscheidungsebenen, die Entwicklung eines monetären Bewertungsmodells und das Management der Komplexität des Modells. Die Arbeit zielt darauf ab, eine effiziente Methode zur Planung und Nutzung von Flexibilität in Produktionsnetzwerken zu liefern.

Welche Themenschwerpunkte werden behandelt?

Die Arbeit konzentriert sich auf die Flexibilitätsplanung in globalen Produktionsnetzwerken, die Entwicklung eines Operations-Research-Modells, ein monetäres Bewertungsmodell zur Optimierung, Komplexitätsmanagement in der Modellentwicklung und die Integration strategischer und taktischer Entscheidungsebenen. Besondere Aufmerksamkeit wird der Rechenperformance und der Berücksichtigung relevanter Gegebenheiten des Produktionsnetzwerks gewidmet.

Welche Grundlagen werden im Kapitel 2 behandelt?

Kapitel 2 definiert den Begriff "Produktionsnetzwerk" und beschreibt seine Charakteristika in der Automobilindustrie. Es analysiert verschiedene Flexibilitätsarten (Volumen- und Baureihenflexibilität) und deren Zusammenhang mit Kapazitäten. Weiterhin wird die Einordnung der Gestaltung von Produktionsnetzwerken in das Supply Chain Management erläutert und eine graphentheoretische Modellierung vorgestellt.

Was wird im Kapitel 3 zum Stand der Forschung und Technik dargestellt?

Kapitel 3 analysiert bestehende Ansätze zur Flexibilitätsplanung und diskutiert Operations-Research-Modelle zur Optimierung von Produktionsnetzwerken. Es präsentiert und bewertet kritisch sowohl qualitative Handlungsempfehlungen als auch quantitative Modelle. Die Defizite bestehender Ansätze werden aufgezeigt und der daraus resultierende Handlungsbedarf abgeleitet.

Wie ist das Optimierungsmodell aufgebaut (Kapitel 4)?

Kapitel 4 beschreibt die Entwicklung eines zweistufigen Modells (strategisch und taktisch) basierend auf einem monetären Bewertungsmodell (Kapitalwertmaximierung). Es berücksichtigt die Komplexitätsproblematik. Das taktische Modell optimiert die Nutzung vorgegebener Flexibilitätspotentiale, während das strategische Modell die optimale Installation dieser Potentiale bestimmt. Das Modell ist modular aufgebaut und kann an verschiedene Anwendungsfälle angepasst werden.

Wie wird das Optimierungsmodell implementiert (Kapitel 5)?

Kapitel 5 beschreibt die verwendete Software und Programmierumgebung. Es erläutert die Implementierung des Optimierungsmodells, präsentiert Berechnungsstudien mit einem konkreten Fallsbeispiel aus der Praxis und bewertet das entwickelte Modell hinsichtlich seiner Leistungsfähigkeit und Aussagekraft.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Schlüsselwörter sind: Flexibilität, Produktionsnetzwerke, Automobilindustrie, Operations Research, Optimierungsmodell, Kapitalwertmaximierung, Komplexität, Supply Chain Management, Globalisierung, Flexibilitätsstrategien, Volumenflexibilität, Baureihenflexibilität.

Welche Schlussfolgerungen werden in Kapitel 6 gezogen?

Kapitel 6 fasst die Ergebnisse der Arbeit zusammen und gibt einen Ausblick auf zukünftige Forschungsarbeiten. Es bewertet die entwickelten Methoden und Modelle und zeigt mögliche Anwendungsgebiete und Weiterentwicklungen auf.