Die ganze Fabrik im Simulationsmodell - Institut fÃ¼r Maschinelle ...

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Werksstruktur: Bereits in der Konzeptphase eines Fabrikplanungsprojektes müssen Fragen bezüglich der Werksstruktur beantwortet werden, die das Gesamtverhalten der Anlage wesentlich bestimmen, wie z.B. die Art und die Anzahl der Montagelinien. Außerdem sind z.B. Ort, Art und Größe von Sortier- und Entkopplungsspeichern von weitreichender Bedeutung für das dynamische Verhalten der Gesamtanlage. Fertigungsabläufe / Steuerstrategien: Strategien zur Erreichung der Planungsziele wie zum Beispiel große Flexibilität, kurze Durchlaufzeiten und hohe Termintreue sind schon in einer sehr frühen Projektphase zu definieren und zu bewerten, da sie einen großen Einfluß auf die Ausplanung der Werksstrukturen haben. So führt z.B. eine Flexibilität, die durch unterschiedliche Arbeitszeitmodelle in den Fertigungsbereichen erzielt werden soll, zu entsprechenden Auswirkungen auf die Größe der Entkopplungspuffer. Ist-Analyse: In einem schon bestehenden Werk überlagern sich Effekte aus der Programmsteuerung, dem dynamischen Verhalten der Produktionsbereiche und aus dem Umfeld der Fertigung. Das Gesamtmodell hat sich hier bereits jetzt als ein wirkungsvolles Instrument erwiesen, diese Einflüsse zu untersuchen und zu quantifizieren, da Einzeleinflüsse im Simulationsmodell z.B. beliebig zu- oder abgeschaltet werden können. Ebenso können grundsätzliche Programmänderungen für das bestehende Werk am Modell dargestellt und bewertet werden, ohne in den laufenden Betrieb eingreifen zu müssen. 3.1. Der Modellaufbau Den prinzipiellen Aufbau eines Gesamtmodells am Beispiel eines Automobilwerkes zeigt Bild 2. Die Produktionsbereiche Rohbau, Lack und Montage werden dabei als Black Box modelliert. Aufbau des Modells auf der Werkeebene: Arbeitszeitmodell: Arbeitszeitmodell: Pausen, Pausen, Instandhaltung, ... Instandhaltung, ... FS Fertigungssteuerung: Fertigungssteuerung: HRL HRL Auftragsreihenfolge, Produktmix Rohbau Lack Montage Durchlaufzeiten, Verwirbelung Black Black Box: Box: DLZ-Verhalten, DLZ-Verhalten, Verwirbelung, Verwirbelung, Störverhalten, Störverhalten, Taktzeit, Taktzeit, ... ... Hochregallager: Hochregallager: Auslagerstrategie, Auslagerstrategie, Taktzeit, Taktzeit, Kapazität, Kapazität, ... ... Bild 2: Struktur des Gesamtmodells Grundvoraussetzung für diese Art der Modellierung ist die Fähigkeit, das dynamische Verhalten der Fertigungsbereiche in ausreichender Genauigkeit zu abstrahieren. Hierzu wurde die Black-Box-Methodik entwickelt, die die Systemgrößen der Black Box definiert und beschreibt. Die Förderwege zwischen den Produktionsbereichen und die Sortierspeicher werden detaillierter durch die Angabe von Taktzeiten, Störverhalten und Kapazität parametrisiert. Ebenso wird das Arbeitszeitmodell, welches für jeden Fertigungsbereich unterschiedlich sein kann, möglichst genau dargestellt. 4
Besondere Beachtung gebührt der Fertigungssteuerung, die ebenfalls in detaillierter Form abzubilden ist. Zur Fertigungssteuerung zählt beim Gesamtmodell die Strategie der Auftragseinlastung, der Sortieralgorithmus für die Sortierspeicher sowie die Art und der Ort der Variantenbildung. Diese detailliert beschriebenen Elemente beinhalten die Stellparameter, die mit den Fragestellungen der Gesamtsimulation verbunden sind. 3.2. Die Black-Box-Methodik Abstraktion bedeutet in der ereignisorientierten Simulation stets eine Reduktion von Ereignissen und Zuständen [6]. Bei einer Black Box werden die gesamten Ereignisse und Zustände, die ein Werkstück in einem Fertigungsbereich durchläuft, auf das Eintritts- und Austrittsereignis bzw. auf den Eintritts- und Austrittszustand reduziert. Der Eintritts- bzw. Austrittszustand des Werkstückes kann aus dem Fertigungsprozeß abgeleitet werden und wird deswegen in den weiteren Betrachtungen vernachlässigt. Auf der Betrachtungsebene des Gesamtmodells ist ausschließlich das Übertragungsverhalten des Fertigungsbereiches zwischen Eintritt und Austritt eines Werkstückes von Interesse. Dieses Übertragungsverhalten läßt sich auch durch die Frage ausdrücken: Wann betritt und wann verläßt das Werkstück den Fertigungsbereich und wie verändert sich die Reihenfolge bezüglich der zeitlich benachbarten Aufträge. Von außen betrachtet läßt sich die Black Box durch das Eingangs- und Ausgangsverhalten beschreiben. Das Eingangsverhalten ist für die vorgelagerten Fertigungsbereiche von Bedeutung, das Ausgangsverhalten für die nachfolgenden. Ferner wird das Übertragungsverhalten für jedes einzelne Werkstück durch die Durchlaufzeit, die Verwirbelung bezüglich der Eingangssequenz und die Systembefüllung beschrieben. Die Durchlaufzeit ist die Zeitdifferenz zwischen Eintritts- und Austrittsereignis. Dabei muß unterschieden werden, ob es sich um eine reine Arbeitszeit, die z.B. von Pausen bereinigt wurde, oder die reale Durchlaufzeit handelt. Die Verwirbelung beschreibt die relative Austrittsposition des Werkstückes bezüglich seiner Eintrittsposition zu den anderen Werkstücken. Die Systembefüllung gibt an, wieviele Werkstücke sich gleichzeitig in der Black Box befinden. Durch diese fünf Systemgrößen kann das dynamische Verhalten einer Black Box (Bild 3) hinreichend für die oben dargestellten Aufgabenstellungen beschrieben werden. 5
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