050417simulationproduktion

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Entwurf eines Frameworkszur diskreten Simulation von Produktionsabläufen

Dr. Peter Wolff


Modellierung der Grunddatenstrukturen

Simulationskomponenten

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Integration in Systemlandschaften

Motivation in der Themenstellung


Simulation von Produktionsprozessen: Ausgangssituation und DefinitionM

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Zur Untersuchung des dynamischen Verhaltens technischer Systeme wird insbesondere in der Fertigungsindustrie seit vielen Jahren die diskrete Simulation eingesetzt. Sie findet sich sowohl in planerischen als auch in operativen Funktionen wieder, dient der Entscheidungsunterstützung und der Durchsetzung. Es werden klassischen „Was-Wenn-Fragen“ gestellt:

- Was geschieht bei einer neuen / geänderten Fertigungsmaschine?

- Welche Auswirkung hat diese zusätzliche Auftragsvernetzung?

Zentrale Frage ist die zeitliche Zuordnung und Reihenfolge von Aufträgen und -arbeitsgängen zu den Betriebsmitteln ( z.B. Maschine oder Ressource).

Seit vielen Jahren gibt es im Produktionsumfeld eine Vielzahl von Simulatoren und Simulationssprachen, eine breite Anwendung hat sich aber bisher bis auf wenige „Leuchturmanwendungen“ nicht etabliert. Nach einer Studie der FhG setzten etwas weniger als 5% der Industrieunternehmen die Simulation bereits ein, weniger als der Hälfte der befragten Unternehmen sind die Ansätze überhaupt bekannt (FhG-IML, 1996) .

Ziele der Veranstaltung

- Wert der Simulation für moderne Produktionsansätze erkennen- Grundbausteine eines Simulationstools und deren Zusammenspiel verstehen- Simulation und deren Integration in Systemlandschaften im Ansatz erkennen


Produktionsprozesse und deren Simulation sind abhängig von Produkt, Auftragsqualifizierung und Ressourcen beliebig komplex

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Beispielszenario

Eine einfache Verkettung von acht Produktionsmaschinen mit einem Mix von unterschiedlichen Aufträgen.

Es stellen sich Fragen der Priorisierung, der Auftragssplittung, der Auftragszusammenfassung, alternativer Produktionsmaschinen, Ressourcenverfügbarkeiten oder beispielsweise von möglichen Anlagenausfällen.



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Beispielszenario

Eine mechanische Fertigung mit unterschiedlichsten Fertigungsanlagen mit einem Auftrags- und Produktmix.

Es stellen sich Fragen zu den Produkten mit Losgrößen, Schnell-/Langsamdreher, Auftragsumplanungen Integration von Zwischenlager, Handarbeitsplätzen oder beispielsweise technologisch vorgegebenen Auftragsreihenfolgen (z. B. Lackiererei).


Beispielszenario

Bei der Integration eines KMU in den Produktionsverbund eines Automobilherstellers verschwinden für die Planungsansätze Unternehmens- und Landesgrenzen.

Unternehmensübergreifende Logistikketten planen komplexe Produktstrukturen über viele Stufen hinweg. IT-technisch sind dabei unterschiedlichste Systeme zu integrieren und es ist eine hohe Datenqualität notwendig.

Automobil

Karosserie Chassis AntriebInterieur

Fahrwerk Bodengruppe

Achsen Bremsen

Radsensorik Technologie- und EinzelkomponentenKMU als Lieferant

SystemlieferantenKonzernbindung oder etablierter Mittelstand

Automobilherstellerweltweiter Konzern

Kunde


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Die Grunddatenstrukturen bilden die Basis für das Simulationssystem

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ArtenDynamikInformationen

Produkte Ressourcen Aufträge



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Produkte

Ressourcen

Aufträge

Arten ein- oder mehrstufig

Dynamik Serien/Einzelproduktunterschiedlicher PlanungshorizontSchnell/Langsamdreher

Informationen Materialnummer, physikalische InformationenPlanungsinformationen, Beschaffung

Arten Mensch, Maschine, Raum, Versorgung, MaterialZeichnungen

Dynamik automatisiert, manuellAusfallverhalten mit PlanbarkeitAbhängigkeiten in der vorgelagerten Prozessstufe

Informationen Ressource und –gruppe, Technologien, VerfügbarkeitenSchichtmodelle, Vorrichtungen, Verkettung

Arten Service, Reparatur, Neufertigung, intern, extern

Dynamik Adhoc, geplante Aufträge, ChefauftragMarkt und vorgelagerte Prozessstufe

Informationen Zeiten, Ressourcen, Beschreibungen, Reihenfolgen, SplittenTechnologien




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GUIPlantafel

Optimierer

Strategie

ZielsystemKonfliktmanagement

Planungsstrategien, Algorithmen und die Präsentation stellen dieKernelemente eine Simulationssoftware dar

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Die wesentlichen Komponenten unseres Frameworks sind die

- die Planungsstrategien,- die Optimierungsalgorithmen- und die Benutzerschnittstelle.


� Moderne heuristische Verfahren

TabusucheAusgangslösung und simulierte andere Reihenfolgen werden bewertet und einige tabuisiert

Simulierte AbkühlungAkzeptanz einer neuen Lösung wird über Wahrscheinlichkeitsfunktion gesteuert

� Produktionstheoretische Betrachtungen

zum Beispiel die Belastungsorientierte Auftragsfreigabe /Trichtermodell

Planungsstrategien und Optimierungsalgorithmen aus Wissenschaft und Praxis bieten vielfältige Lösungsansätze

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Quelle: Kettner/Bechte, Trichtermodell einer Werkstattfertigung, 1981, S.459


Die Benutzerschnittstelle des Simulationssystems ist neben der Planungsqualität entscheidender Erfolgsfaktor von Simulationslösungen

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Produkte Ressourcen SzenarienAufträge

GUIPlantafelKonfiguration

Steuerung

Optimierer E/A-Komponente

Strategie


Neben der Konfigurationskomponente ist der Vergleich verschiedener Simulationsszenarien weitere wichtige Frameworkkomponente

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Simulationen gleicher Ausgangssituation mit unterschiedlichen Strategieparametern führen zu unterschiedlichen Simulationsergebnissen, welche miteinander verglichen werden können und bei bestimmten betriebswirtschaftliche Rahmenbedingungen aktiviert werden können.


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Motivation für die Themenstellung


Produkte Ressourcen SzenarienAufträge

SchnittstelleStandardsoftware

ManuelleSchnittstelle

GUIPlantafelKonfiguration

ERP-System

Steuerung

Optimierer E/A-Komponente

Strategie


Um Produktionsnetze zu simulieren, sind bidirektionale Schnittstellen zu operativen Systemen für die Praxis unumgänglich

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Frameworks zur Produktionssimulation sind mit unterschiedlichen Ansätzen in Systemlandschaften integriert

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Der Integrationsgrad hängt dabei vom Ansatz, Einsatzbereich und Entwicklungsursprung der Lösung ab:

� Toolboxen

auf Basis von Simulationssprachen wie beispielsweise Modular-2, Siman-V, simpro Java Edition

� Simulationswerkzeuge

wie beispielsweise i2, Promodel, Flexplan, Fast/Sim, Pla(i)n, Simple++

� Integrierte Simulationskomponenten

in Standard-ERP-Systemen wie beispielsweise SAP APO, Oracle, Abas


Chancen

Herausforderungen

- Vielfältige Verbesserungen bestehender Systeme

- Höhere Planungssicherheit für neue Systeme und Prozesse

- Bessere Grundlagen vielfältiger operativer Entscheidungen

- Oft nur sehr schwer nachvollziehbar Ergebnisse

- Grunddatenqualität

- mangelnde Bekanntheit und Akzeptanz

- Tatsächliche Qualität einer Lösung gegenüber der optimalen Lösung unbekannt

- Komplexe Probleme sind sehr schwer zu modellieren

Trotz der Simulationstechnologie sind Ansätze heute in der Praxis nicht in der breiten Anwendung

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Aus

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Literatur

Domschke, W.; Drexl, A.: Einführung in Operations Research; Springer-Lehrbuch, Berlin, Heidelberg, 1996.

Oakshott, L.: business modelling and simulation; Pitman Publ., London, 1997.

Kosturiak, J.; Gregor, M.: Simulation von Produktionssystemen; Springer Verlag München, New York, 1995.

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit!

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