Zielführende Modellierung und Analyse schlanker Fertigungssysteme mit der Digitalen Fabrik

Abstract

Die vorliegende Arbeit stellt Methoden und Werkzeuge zur Verfügung, die eine zielführende Modellierung und Analyse von Fertigungssystemen ermöglichen und unterstützen. Neben innovativen Einsatzmöglichkeiten der Materialflusssimulation werden dabei auch alternative Methoden und Werkzeuge verwendet. Die Wahl der zielführenden Analysemethode wird durch eine Heuristik sichergestellt. Deren Entwicklung ist wesentliches Ergebnis dieser Arbeit. Als Grundlage dieser Heuristik dient ein Portfolio, welches Analyseprobleme der Fabrik- und Fertigungsplanung klassifiziert, und zwar entsprechend dem für die Modellerstellung erforderlichen Detaillierungsgrad und der zu beobachtenden Untersuchungshäufigkeit. Abhängig von den genannten Kriterien wird eine geeignete Analysemethode zugeordnet.

Zu den Analysemethoden des Portfolios zählen der Simulationsmodellaufbau, zur Simulation alternative Methoden und Werkzeuge, simulationsbasierte Kennfelder und der teilautomatische Simulationsmodellaufbau aus statischen Fertigungssystemmodellen der Digitalen Fabrik. Für die Entwicklung der Heuristik werden fehlende Methoden und Werkzeuge identifiziert, die zur Anwendung der Analysemethoden erforderlich sind. Die systematische Beseitigung dieser Defizite ist wesentlicher Bestandteil dieser Arbeit.

Defizite bestehen bei sämtlichen Analysemethoden mit Ausnahme des Simulationsmodellaufbaus. Die spezifischen Vorteile alternativer Methoden und Werkzeuge sowie die der Simulation werden durch geeignete Konzepte für ihren kombinierten Einsatz genutzt. Simulationsbasierte Kennfelder stellen einen neuartigen Ansatz dar, der eine einfache und schnelle Analyse ermöglicht, wenn bestimmte Voraussetzungen erfüllt sind und ein geeignetes Kennfeld vorliegt. Da der Initialaufwand der Erstellung von Kennfeldern hoch ist, wird eine Methodik erarbeitet, um dies effizienter zu machen. Außerdem wird ein Schnittstellenkonzept entwickelt und implementiert, welches den teilautomatischen Simulationsmodellaufbau aus statischen Fertigungssystemmodellen der Digitalen Fabrik erlaubt.

Durch ausgewählte Praxisbeispiele erfolgen Tests und eine Evaluation aller Methoden und Werkzeuge der zielführenden Modellierung und Analyse.

The subject thesis provides methods and tools, with which target-oriented modeling and analysis is made possible and supported. In addition to innovative fields of application for material flow simulation, alternative methods and tools are employed. The selection of a target-oriented analytic method is backed by the use of a heuristic procedure. The development of the heuristics is an important result of this thesis. The heuristics is based on a portfolio organizing analytical problems of factory and manufacturing planning according to the required level of detail and the observed frequency of investigation. Depending on these criteria, a suitable analytic method is assigned.

The analytic methods of the portfolio are simulation modeling, alternative methods and tools, simulation-based characteristic diagrams and semi-automatic simulation modeling based on static manufacturing system models of the Digital Factory. The development of the heuristics identifies methods and tools, which are required, but still missing for applying the analytic methods. Systematically removing these deficits is an essential element of this thesis.

Deficits are identified for all analytic methods with the exception of simulation modeling. The specific advantages of alternative methods and tools as well as simulation are combined, using appropriate concepts. Simulation-based characteristic diagrams are a novel approach, allowing for easy and fast analysis, provided certain prerequisites are satisfied and an appropriate characteristic diagram is available. Because of considerable initial efforts creating simulation-based characteristic diagrams, a methodology for reducing these efforts is provided. Furthermore, an interface concept is developed and implemented, allowing for semi-automatic simulation modeling based on static manufacturing system models of the Digital Factory.

All methods and tools of target-oriented modeling and analysis are tested and evaluated through selected practical examples.