Automatisierte Planung von Fabriklayouts mittels Quanten-Annealing (QuALyPlan)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jan C. Aurich
• Fachliche Zuordnung: Produktionssystematik, Betriebswissenschaften, Qualitätsmanagement und Fabrikplanung
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 544507126

Durch die Forderung nach kundenindividuellen Produkten und die dadurch kürzeren Produktlebenszyklen steigen sowohl die Häufigkeit als auch die zu erfüllenden Anforderungen von Fabrikplanungsprozessen. Dies betrifft insbesondere die dabei durchgeführte Layoutplanung, welche die geometrische Anordnung der Funktionseinheiten einer Fabrik umfasst und starken Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit des resultierenden Produktionssystems ausübt. Bestehende, manuelle Methoden zur Layoutplanung sind von Erfahrungswissen abhängig und in ihrem bewältigbaren Lösungsraum eingeschränkt. Rechnergestützte, exakte Lösungsverfahren sind ebenfalls nur bis zu einer bestimmten Anzahl an Funktionseinheiten praktikabel einsetzbar. Approximierende Verfahren führen auch bei größeren Problemdimensionen zu praktikablen Lösungen, mit steigender Problemgröße nimmt jedoch die notwendige Rechendauer deutlich zu. Fortschritte im Bereich des Quanten-Annealing erlauben es, auch analytische Optimierungsprobleme mit großem Umfang im niedrigen Sekunden- bis Sub-Sekundenbereich zu lösen. Die Anwendung von Quanten-Annealing ist für die Layoutplanung jedoch bislang wenig untersucht und soll im Vorhaben erstmals detailliert wissenschaftlich untersucht werden. Hierfür ist zunächst das Layoutplanungsproblem als Energieminimierungsproblem zu formulieren, das mittels Quanten-Annealing gelöst werden kann. Zudem wird eine Methodik zur Verbesserung der Leistungsfähigkeit des auf Quanten-Annealing basierenden Fabrikplanungsansatzes entwickelt. Abschließend wird eine vergleichende Bewertung mit bestehenden Lösungsverfahren durchgeführt und der entwickelte Ansatz in einem interaktiven Handlungsleitfaden für mögliche zukünftige Anwender zugänglich gemacht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen