Der Grundgedanke des Lean Managements ist die Beseitigung aller Arten von Verschwendung in einem Produktionssystem. Wird diese Idee auf das operative Produktionsmanagement übertragen, hier im speziellen auf die Fließfertigungsplanung, führt dies zur Eliminierung von zeitlicher Verschwendung innerhalb des Produktionsprozesses. Zeitliche Verschwendung entsteht, wenn Maschinen auf den nächsten Auftrag (Leerlaufzeit) oder Aufträge vor einer Maschine auf ihre Bearbeitung warten müssen (Wartezeit). Beide Situationen führen entweder zu einer geringeren Auslastung der Maschinen oder zu einem unterbrochenen Auftragsfluss. Um eine hohe Auslastung bzw. einen reibungslosen Auftragsfluss zu gewährleisten, können die Ziele der Minimierung der Gesamtkernleerlaufzeit bzw. der Gesamtkernwartezeit angewendet werden. Die umfangreiche Literaturrecherche zeigt jedoch, dass beide Zielfunktionen bisher nur selten analysiert wurden, obwohl sie von hoher praktischer Relevanz im Lean Management sind. Daher konzentriert sich diese Dissertation auf die Minimierung dieser beiden Ziele in Fließfertigungssystemen, indem detaillierte Untersuchungen von Literatur und Theorie sowie empirischen Studien durchgeführt werden.

In der Fließfertigungsplanung wird eine bestimmte Anzahl von Aufträgen auf eine bestimmte Anzahl von Maschinen eingeplant. Die Maschinen sind dabei in einer Reihe angeordnet. Die am häufigsten untersuchten Ziele sind die Minimierung der Gesamtbearbeitungszeit und der Durchlaufzeit. Die Gesamtbearbeitungszeit wird als Fertigstellungszeitpunkt des gesamten Zeitplans definiert, während sich die Durchlaufzeit auf die Summe aller Fertigstellungszeitpunkte bezieht. Die Minimierung der Gesamtbearbeitungszeit hat eine hohe Maschinenauslastung zur Folge, während die Minimierung der Durchlaufzeit einen hohen Auftragsfluss erzielt. In dieser Arbeit werden die Gemeinsamkeiten und Unterschiede zwischen den beiden auslastungsorientierten Zielen, der Gesamtbearbeitungszeit und der Kernleerlaufzeit, und den auftragsflussorientierten Zielen, der Durchlaufzeit und der Kernwartezeit, analysiert. Darüber hinaus wurden in der Literatur häufig Restriktionen in Kombination mit der Minimierung der Gesamtbearbeitungszeit und Durchlaufzeit untersucht, die keine Leerlauf- oder Wartezeiten gestattet. Es wird daher analysiert, ob diese Restriktionen durch eine reine Minimierung der Kernleerlaufzeit bzw. der Kernwartezeit vereinfacht werden können.

Da die Kernleerlaufzeit und die Kernwartezeit bisher selten analysiert wurden, wird die Rechenkomplexität untersucht und es wird nachgewiesen, dass beide Ziele NP-schwer für mehr als zwei Maschinen sind. Darüber hinaus werden die Ziele mit der Gesamtbearbeitungszeit und der Durchlaufzeit verglichen, indem exakte Lösungsmethoden für eine Reihe von kleinen (max. 20 Aufträge) Probleminstanzen angewendet werden. Die Eingabedaten, hier die Bearbeitungszeiten, werden zufällig und mittels Gleichverteilung generiert. Es wird gezeigt, dass die beiden Zielpaare, sowohl auslastungsorientiert als auch auftragsflussorientiert, zwar ähnlich, aber nicht identisch sind, wobei die Kongruenz zwischen Durchlaufzeit und Kernwartezeit stärker ist. Außerdem besteht ein Zielkonflikt zwischen Kernwartezeit und Kernleerlaufzeit. Große Probleminstanzen, hier mehr als 20 Aufträge, können aufgrund der NP-Schwere nicht optimal in angemessener Zeit gelöst werden. Daher werden die, in der Literatur angewendeten, konstruktiven Heuristiken und Meta-Heuristiken für die klassischen Ziele (Minimierung der Gesamtbearbeitungszeit und Durchlaufzeit) in Bezug auf Kernwartezeit und Kernleerlaufzeit modifiziert und zur effizienten Lösung von großen Probleminstanzen eingesetzt.

Kernleerlaufzeit und Kernwartezeit sind Ziele mit Praxisbezug im Lean Management. Daher wird ebenfalls der Einfluss von realitätsnahen und strukturierten Bearbeitungszeiten auf beide Ziele analysiert. Zunächst werden Sonderfälle untersucht, bei denen die Kernleerlaufzeit und die Kernwartezeit triviale Zielfunktionen darstellen oder identisch zur Minimierung der Gesamtbearbeitungszeit und Durchlaufzeit sind. Weiterhin werden Probleminstanzen mit der logarithmischen Normalverteilung generiert, die unterschiedliche Variabilitätsniveaus und Fließfertigungsstrukturen implizieren. Es wird gezeigt, dass Struktur und Variabilität einen stärken Einfluss auf die betrachteten Ziele haben können. Die Beziehungen zwischen Kernwartezeit und Durchlaufzeit sowie zwischen Kernleerlaufzeit und Gesamtbearbeitungszeit, die für gleichverteilte Bearbeitungszeiten ermittelt wurden, gelten jedoch auch für diese Probleme.

Zusammenfassend werden in dieser Dissertation die Ziele der Minimierung der Gesamtkernleerlaufzeit und Gesamtkernwartezeit als Indikatoren für zeitliche Verschwendung innerhalb der Fließfertigungsplanung analysiert. Es wird eine umfangreiche Literaturrecherche durchgeführt und die Komplexität beider Ziele wird analysiert. Darüber hinaus wird die Beziehung zu anderen häufig verwendeten Zielen untersucht, um zu prüfen, ob sich diese Ziele gegenseitig ersetzen können. Weiterhin wird geprüft, ob die Restriktionen vereinfacht werden können, die besagen, dass keine Leerlauf- oder Wartezeit innerhalb des Produktionsprozesses gestattet ist. Für beide Ziele werden heuristische Ansätze zur Lösung großer Problemgrößen entwickelt. Darüber hinaus wird der Einfluss von strukturierten Fließfertigungssystemen in Kombination mit logarithmisch normalverteilten Bearbeitungszeiten bezogen auf Kernleerlauf- und Kernwartezeit analysiert, um realitätsnahe Anwendungen abzubilden.