Ein Entscheidungsunterstützungssystem zur Priorisierung ungeplanter Stillstände für eine ausbringungsoptimierte Durchführung reaktiver sowie proaktiver Instandhaltungsmaßnahmen

Während der geplanten Betriebszeit eintretende Stillstände führen bei hoch ausgelasteten Produktionssystemen zu hohen Produktionsverlusten. Komplexe Produktionssysteme, wie die in dieser Arbeit betrachteten Fließfertigungssysteme, bestehen meistens aus einer großen Anzahl unterschiedlicher Produktionsressourcen, wobei die Möglichkeit besteht, dass zeitgleich Stillstände an mehreren Produktionsressourcen anliegen. Da in der Praxis die Anzahl an Produktionsmitarbeitern, die zur Instandsetzung der Produktionsressourcen zur Verfügung stehen, oftmals begrenzt ist, können durch eine objektive Priorisierung der anliegenden Stillstände nach ihrer jeweiligen Auswirkung auf das Produktionssystem die Reaktionszeit auf die schwerwiegendsten Stillstände reduziert und Produktionsverluste aufgrund vermeidbarer Wartezeiten minimiert werden. ... mehrDie für die Priorisierungsentscheidung verwendeten Daten beziehen sich dabei häufig auf einen historischen Zeitraum oder aber auf den aktuellen Zustand des Fließfertigungssystems. Allerdings können zum Entscheidungszeitpunkt auch Informationen über zukünftig eintretende geplante Stillstandzeiten vorliegen. Diese Stillstandzeiten resultieren dabei nicht nur aus anstehenden präventiven Instandhaltungsmaßnahmen, sondern auch aus der Anwendung einer zustandsorientierten vorausschauenden Instandhaltungsstrategie.
Der Gegenstand dieser Arbeit ist daher die Entwicklung eines operativen Entscheidungsunterstützungssystems, welches den Produktionsmitarbeitern eine objektiv ermittelte Priorisierungsreihenfolge ungeplant eingetretener Stillstände in komplexen Fließfertigungssystemen zur Verfügung stellt. Neben den zum Entscheidungszeitpunkt anliegenden, zu priorisierenden Stillständen werden dabei auch Informationen über zukünftig eintretende geplante Stillstandzeiten in Form eines Lookahead in die Priorisierungsentscheidung mit einbezogen.
Im ersten Teil der Arbeit wird der Zusammenhang zwischen der Priorisierung ungeplanter Stillstände und der Auswirkung zukünftig eintretender geplanter Stillstandzeiten hergeleitet und es wird aufgezeigt, wie durch die Priorisierung die Auswirkungen geplanter Stillstände proaktiv vermindert werden kann. Dabei wird die Priorisierung als Reihenfolgenoptimierungsproblem formuliert, welches zunächst als reines Online-Optimierungsproblem betrachtet wird. Für die Bestimmung der Zielfunktionswerte wird sowohl eine simulationsbasierte Vorgehensweise in Form eines simulationsbasierten Optimierungssystems als auch eine analytische Vorgehensweise hergeleitet. Aufbauend auf den gewonnenen Erkenntnissen über die Wirkzusammenhänge bei der Priorisierung von Stillständen wird das Grundproblem einer Priorisierung ungeplanter Stillstände durch die Berücksichtigung geplanter Stillstandzeiten erweitert und das Reihenfolgenoptimierungsproblem als Online-Optimierungsproblem mit Lookahead aufgefasst. Schließlich wird eine simulationsbasierte Vorgehensweise vorgestellt, mit der eine Ermittlung der Priorisierungsreihenfolge mit Lookahead möglich ist.
Die Umsetzung dieser Vorgehensweisen in Form eines Entscheidungsunterstützungssystems in eine Simulationsumgebung ermöglicht im zweiten Teil dieser Arbeit die Untersuchung des Mehrwerts einer Priorisierung mit Lookahead. Dabei zeigen die Ergebnisse zweier Simulationsstudien, dass durch die Einbeziehung zukünftig eintretender geplanter Stillstandzeiten in die Entscheidungsfindung das Auftreten momentaner Engpässe durch geplante Stillstände verringert werden kann, wodurch schließlich ein signifikanter Mehrwert gegenüber einer Priorisierung ohne Lookahead feststellbar ist.

Downtimes during the planned operating period lead to high production losses in production systems operating at high capacity. Complex production systems, such as flow production systems considered in this thesis, usually consist of a large number of different production resources, with the possibility of simultaneous breakdowns involving several resources. Since in practice the number of production workers available for the repair of the resources is often limited, an objective prioritization of current breakdowns according to their respective impact on the production system can reduce the reaction time to the most serious breakdowns and minimize production losses due to avoidable waiting times. ... mehrThe data used for the prioritization often refers to a historical period or to the current status of the flow production system. However, at the decision point, information about future planned downtimes may also be available. These downtimes result not only from preventive maintenance measures, but also from the application of a predictive maintenance strategy.
Therefore, the subject of this thesis is the development of an operative decision support system, which provides production employees an objectively determined sequence of unplanned breakdowns in flow production systems. In addition to the breakdowns to be prioritized at the decision point, information about future planned downtimes is also included in the prioritization decision in form of a lookahead.
In the first part of this thesis, the connection between the prioritization of unplanned breakdowns and the effect of future planned downtimes is derived and it is shown how the effects of planned downtimes can be proactively reduced. The prioritization is formulated as a sequence optimization problem, which is first considered as a pure online optimization problem. For the computation of the target function value, both a simulation-based approach in form of a simulation-based optimization system and an analytical approach are derived. Based on the knowledge gained about the interactions in the prioritization of breakdowns, planned downtimes are considered in the prioritization decision and the sequence optimization problem is understood as an online optimization problem with lookahead. Finally, a simulation-based approach is presented, which enables the determination of the prioritization sequence with lookahead.
In the second part of this thesis, the implementation of the derived approaches as a decision support system in a simulation environment allows to investigate the added value of prioritization with lookahead. The results of two simulation studies show that the occurrence of momentary bottlenecks due to planned downtimes can be reduced, so that the overall performance of the production system can be increased.