Otto Rosenberg

A comparison of heuristic algorithms for cost-oriented assembly line balancing

Two new heuristic algorithms for solving cost-oriented assembly line balancing problems -the Wage-Rate-Method (WR) and the Wage-Rate-Smoothing-Method (WRS) — are presented and compared with two known heuristics — the Positional-Weight-Method (PW) and the Positional-Weight-Wage-Rate-Difference-Method (PWWD) with respect to their solution qualities. Firstly, the heuristics are outlined and their computational effort is stated. Then, a theoretical worst-case bound for the solution quality is given and the results of an extensive performance study are reported. In the study the heuristics were investigated with respect to their solution quality by solving randomly generated line balancing problems and problems from literature. It can be concluded that PWWD and WRS are generally superior to PW and WR.

Controlling mixed-model assembly lines in real-time by using distributed systems

The production of large quantities is frequently handled by the use of assembly lines. These systems yield significant reductions of variable costs for the production of homogenous products. But due to increasing competition and differentiated demands, today it is no longer sufficient to offer only standardized products. To combine the wishes and requirements of the customers with the advantages of an efficient flow line production, different product variants are produced simultaneously on the same mixed-model assembly line. Therefore, the task of controlling such production processes is becoming more complex since an efficient production execution has to be realized in spite of the occurring oscillating work content of the different variants. Additionally, unforeseen disturbances in the production process can compromise its planned execution. To deal with these problems, this paper proposes a new approach for an adaptive real-time control of assembly lines that extends the pure sequencing problem by the integration of specific line-balancing aspects and the mapping of consequences of possible disturbance scenarios. Such a scenario could be, for instance, the loss of a worker, a material bottleneck or a machine breakdown. To guarantee an efficient continuation of the production process, the controlling instrument reacts instantly to a disturbance by adapting the current plan in a very short time, consisting of only a few cycle times, to reduce the additional costs caused by the disturbances.

A New Distributed Fault-Tolerant Algorithm for the Simple Assembly Line Balancing Problem

Assembly-line production systems are often used for producing products in large quantities. In such a system the facilities are ordered according to the sequence of operations necessary for producing the product. In this paper the problem of balancing such a line for producing only one product is reduced to the allocation of operations to stations. So the whole equipment of the production system is given and every station can execute every operation i in the same deterministically given time t i . Additionally the possible sequences of operations are restricted by a precedence graph G = (V, E), and a global cycle-time C is given. The SALB-Problem 1 consists of finding a function f: 1,2, …, n → IN that defines a station for every operation using a minimal number of stations, while all precedence-constraints are fulfilled and the sum of working time allocated to the same station does not exceed the cycle time C. Before solving this problem with a parallel algorithm some comments on a realistic computational environment are appropriate. Today almost all companies are using a local-area-network (lan) often connecting more than one hundred personal-computers (pcs). Using this system as a parallel computer seems to be the most economical solution since nearly no investment has to be done and a more efficient use of already tied capital becomes possible. But the use of personal-computers connected by a network as a parallel machine has special consequences for the design of distributed algorithms. Standard pcs are not designed to be used as a node in a parallel system. So besides many other aspects a practicable algorithm designed for such a system should be able to incorporate a fault-tolerant concept, since a PC-LAN is quite susceptible to failures. So the procedure should work even if some node in the network gets lost during computation. In such a situation the algorithm should be able to execute the work of the lost personal-computer by another processor to find in spite of this failure the optimal solution.

Planung von Variantenprogrammen

Unternehmen stehen vor dem Problem, ihre Produkte kundenindividuell zu gestalten. Diese Produktdifferenzierungen fuhren zu erhohten Produktionskosten, verlangerten Lieferzeiten und Qualitatsproblemen. Im Beitrag werden Ansatze entwickelt, mit denen zieloptimal Produktvariantenprogramme geplant werden konnen. Es wird gezeigt, wie variantenabhangige Prozesse erfast und in einem Modell mit ihren funktionalen Abhangigkeiten quantifiziert werden konnen. Insbesondere das zur Reduzierung von Teilevarianten entwickelte Modell kann unmittelbar zur Losung praktischer Probleme eingesetzt werden.

Development and Simulation of Methods for Scheduling and Coordinating Decentralized Job Shops Using Multi-Computer Systems

This paper presents a new simulation methodology for scheduling and coordinating decentralized job shops using multi-computer systems. The parallel working subsystems of an integrated production system are distributed across a network of computers. Utilizing the special structure of parallel processor architectures new coordination and scheduling rules for job shops are designed and evaluated. The simulation experiments show that the performance of conventional scheduling rules is significantly improved using the developed coordination approach. Furthermore the run-time of the distributed simulation model comes closer to real-time response of job shop simulations.

Einige entscheidungstheoretische Grundlagen

Mit diesem einleitenden Abschnitt werden durch einige grundlegende Definitionen die nachfolgenden Abschnitte vorbereitet. Ausgangspunkt ist ein elementares deterministisches Entscheidungsmodell mit einer Zielfunktion und mit einer mehrelementigen Alternativenmenge von sich gegenseitig ausschliesenden Alternativen.

Bewertung von Gütern und Planung von Produktionen

Entscheidungsprobleme ergeben sich bei einer rein mengenorientierten Produktionsplanung immer dann, wenn etwa im Vergleich zweier Produktionspunkte ein Mehr bei einem Element des Faktor- und/oder Produktmengenvektors mit einem Weniger bei mindestens einem anderen Element des gleichen Vektors verbunden ist, wenn mithin keiner der beiden Produktionspunkte den jeweils anderen dominiert. Es tritt ein Konflikt auf, der ublicherweise nur zu losen ist, wenn die in verschiedenen Dimensionen erfassten Input- und Outputquantitaten der Produktionspunkte in irgendeiner Weise vergleichbar gemacht werden konnen. Es ist eine Praferenzrelation zu finden, die es etwa ermoglicht, 1 kg Koks mit 1 kg Heizol oder auch mit 1 m3 Heisluft zu vergleichen. Aufgrund einer derartigen Praferenzrelation lasst sich jeder Mengeneinheit eines Faktors, jeder Mengeneinheit eines Produkts sowie jeder Mengeneinheit eines nicht erwunschten bzw. erwunschten Nebenguts ein in einer gleichen Dimension gemessener skalarer Wert zuordnen. Eine solche Zuordnung wird als Bewertung bezeichnet.

Bewertung von Gütern und Produktionen

Entscheidungsprobleme ergeben sich bei einer rein mengenorientierten Produktionsplanung immer dann, wenn etwa im Vergleich zweier Produktionspunkte ein Mehr bei einem Element des Faktor- und/oder Produktmengenvektors mit einem Weniger bei mindestens einem anderen Element des gleichen Vektors verbunden ist, wenn mithin keiner der beiden Produktionspunkte den jeweils anderen dominiert. Es tritt ein Konflikt auf, der nur zu losen ist, wenn die in verschiedenen Dimensionen erfas-ten Input- und Outputquantitaten der Produktionspunkte in irgendeiner Weise vergleichbar gemacht werden konnen. Es ist eine Praferenzrelation zu finden, die es etwa ermoglicht, 1 kg Koks mit 1 kg Heizol oder auch mit 1 m3 Heisluft zu vergleichen. Aufgrund einer derartigen Praferenzrelation last sich jeder Mengeneinheit eines Faktors, jeder Mengeneinheit eines Produkts sowie jeder Mengeneinheit eines nicht erwunschten und erwunschten Nebenguts ein in der gleichen Dimension gemessener skalarer Wert zuordnen. Eine solche Zuordnung wird als Bewertung bezeichnet.

Produktionssysteme, Güter und Nebengüter

Zur Befriedigung von Bedurfnissen setzen Menschen Guter ein. Diese im Allgemeinen knappen Guter konnen je nach der Art des zu befriedigenden Bedurfnisses materieller oder immaterieller Art sein. In einigen Fallen konnen Guter in dem Zustand, in dem sie der naturlichen Umwelt entnommen werden, unmittelbar der Bedurfnisbefriedigung dienen, zum uberwiegenden Teil mussen die Guter jedoch zunachst in einem in der Regel mehrstufigen Prozess verandert (transformiert) und miteinander kombiniert werden, bevor sie fur die Erfullung von Bedurfnissen eingesetzt werden konnen. Die „systematische, durch Menschen veran-lasste und gelenkte Herstellung eines oder mehrerer physischer Guter oder Dienstleistungen mit Hilfe anderer Guter oder Dienstleistungen“ (Krelle, 1969, S. 2) wird als Produktion bezeichnet.

Koordination von Investition und Finanzierung bei dezentraler Planung

Es wird von einem Produktionsunternehmen ausgegangen, das in produktgruppenorientierte Geschaftsbereiche und eine ubergeordnete Zentrale gegliedert ist (Poensgen [1973]).