Optimierung der Materialbedarfsplanung und Produktionsprogrammplanung mit Quanten-Annealing: Ein Ansatz zur schnelleren und flexibleren Produktion

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Jan C. Aurich
• Fachliche Zuordnung: Produktionssystematik, Betriebswissenschaften, Qualitätsmanagement und Fabrikplanung
• Förderung: Förderung seit 2025
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 575464988

Zum Erhalt der Wettbewerbsfähigkeit produzierender Unternehmen ist es notwendig, auf plötzliche Veränderungen im Marktumfeld wie veränderte Kundennachfrage, Materialengpässe oder Störungen in Lieferketten schnell und zuverlässig zu reagieren. Dafür sind Ansätze zu deren Beherrschung erforderlich, welche die Wirtschaftlichkeit des Produktionssystembetriebs sicherstellen. In diesem Kontext zeigen sich Potenziale einer dynamischen Produktionsplanung mit gekoppelter Produktionsprogramm- und Materialbedarfsplanung. Die integrierte Betrachtung dieser Planungsschritte ermöglicht Umplanungen im Produktionsprogramm in Abhängigkeit von Materialverfügbarkeiten und komplementär eine kunden- und auslastungsorientierte Materialbedarfsplanung mit hoher Reaktionsfähigkeit. Die Vielzahl der dabei zu berücksichtigenden Faktoren führt zu einem komplexen Optimierungsproblem, das in der Produktionsplanung gelöst werden muss. Konventionelle Verfahren stoßen hierbei in Bezug auf Rechenzeit und Lösungsgüte insbesondere bei hoher Problemkomplexität an Grenzen. Dadurch werden die Flexibilität und Wirtschaftlichkeit der Produktion durch lange Planungsintervalle sowie eingeschränkte Aktualisierbarkeit behindert. Quanten-Annealing erlaubt es, analytische multikriterielle Optimierungsprobleme problemgrößenunabhängig im Sekunden- bis Sub-Sekundenbereich zu lösen. Somit bietet Quanten-Annealing das Potenzial zur Realisierung einer dynamischen Produktionsplanung unter Integration von Produktionsprogramm- und Materialbedarfsplanung, ist jedoch in diesem Kontext bislang nicht detailliert wissenschaftlich untersucht. Die Erforschung dieses Potenzials wird durch das beantragte Vorhaben adressiert. Hierzu werden verschiedene Produktionssystemtypen hinsichtlich ihrer Randbedingungen und Zielsetzungen in der Produktionsplanung analysiert und die Modellierung und Berechnung als Quanten-Anealing-kompatibles Optimierungsproblem untersucht. Zudem wird eine vergleichende Bewertung mit konventionellen Ansätzen durchgeführt und der entwickelte Ansatz in einem Softwaredemonstrator für zukünftige Anwendungen übertragbar gemacht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen