Technologiefrühstück B K l ität t h Herzlich willkommen ... - TIM

Technologiefrühstück B 

Herzlich willkommen! 

KKomplexität l ität verstehen, t h 

Flexibilität beherrschen, 

Produktivität steigern 

TIM - Technologie- Technologie und Innovations-Management 

Innovations Management 

Mag. Daniel Födinger 

Wels, 23.06.2010 

� Begrüßung 

� VVorstellung t ll der d F&E-Experten 

F&E E t 

� Vorstellung TIM 

� Fachinput 

� Fragen g 

Fertigung & Instandhaltung 2010 

Programm 


25.06.2010 

1

Komplexität verstehen, Flexibilität beherrschen, 

Produktivität steigern 

Thema 1 

„Wertstromanalyse und Wertstromdesign“ 

DI Dr. Gerald Schönwetter 

Professor für Koordinationslogistik 

FH FH-Oberösterreich 

Oberösterreich 

Wehrgrabengasse 1-3 

Tel: +43 (7252) 884 - 3220 

Fax: +43 (7252) 884 - 3299 

EM: Gerald.Schoenwetter@fh-steyr.at 

Thema 2 

„Mit Ablaufsimulation die Produktionslogistik 

optimieren und effizienter produzieren“ 

Dr. Markus Vorderwinkler 

Leitung Consulting & Solutions 

Simulationsgestützte Planung & Optimierung 

Profactor GmbH 

Im Stadtgut A2, A-4407 Steyr-Gleink 

Tel: +43 (7252) 885 - 350 

Fax: +43 (7252) 885 - 101 

EM: Markus.Vorderwinkler@profactor.at 


Technologie- und Innovations-Management 

Eine Initiative von 

umgesetzt von 

Auftrag: 

„…umfangreiche, kostenlose Beratung und 

Begleitung bei Innovationsvorhaben und der 

Einführung neuer Technologien in oö. Unternehmen.“ 


25.06.2010 

2

• Beratung bei Innovationsvorhaben 

• Analyse des Entwicklungsbedarfs 

• TTechnologie- h l i /P /Patentrecherche 

t t h h 

• Finden geeigneter F&E - Partners 

• Expertenberatung (F&E - Partner) 

• Förderberatung 

• Projektbegleitung 

• Beratung bei Patentanmeldung 

Leistungen 

Unterstützung bei Innovationsprojekten 

100% 

F&E-Einrichtunggen 

Förderquote 


Förderquoten für F&E in AT 

0% 

Grundlagenforschung „technisches Risiko“ 

Markt 

Veermarktung 

und Vertriieb 


25.06.2010 

3

Innovationsgrad 

IS 

TIM 

Auswahl F&E-Förderungen in OÖ 

FFG 

Feasibility 

E 

2 

I 

I 

A 

AWS 

PRO TRANS 

5 30 50 100 

Clusterprojekte 

BRIDGE 

FFG Basis 

Projektvolumen 

in 1.000 € 


Förderungen für F&E-Expertisen 

€ 700,- TIM Expertenberatung 

Förderung: 100% von maximal € 700,- (Maximale Förderung: € 700,-) 

Inhalt: Analyse IST-Status, Umfeldrecherche, Testmessungen, Funktionskonzepte, etc. 

Formale Kriterien: Mitglied der Wirtschaftskammer OÖ 

€ 3.500,- TIM Machbarkeits- und Transferprojekt 

Förderung: 50% von maximal € 3.500,- (Maximale Förderung: € 1.750,-) 

Inhalt: Entwurf und Ausarbeitung von Lösungskonzepte, Erstellung von Prototypen, etc. 

Formale Kriterien: KMU* ohne Beteiligungsregel, Mitglied der Wirtschaftskammer OÖ 

€ 5.000,- FFG Innovations-Scheck 


Inhalt: Studien zur Umsetzung innovativer Ideen, Prototypenentwicklung, etc. 

Formale Kriterien: KMU*, kein Projekt mit dem jeweiligen Forscher in den letzten 5 Jahren 

€ 16.000,- FFG Feasibility-Studie 


Inhalt: Überprüfung der technischen Machbarkeit einer Idee 

Formale Kriterien: KMU* 


25.06.2010 

4

Fragen... 

• Was ist der Stand der Technik zu meiner Anforderung und 

ist dieser ausreichend? 

• Welche neuen Lösungsansätze gibt es für meine 

Aufgabenstellung und wie kann ich diese verwenden? 

• Welche Strukturierung meines Vorhabens wäre sinnvoll? 

• Wie kann ich meine Entwicklung am besten fördern lassen? 

• In welcher Form binde ich einen F&E-Partner am besten 

ein? 

• usw. 

1. Kontaktaufnahme mit TIM 

2. Besuchstermin im oö. Unternehmen 

DENKEN SIE LAUT! 

Projektgestaltung 

mögliche Förderungen 

3. Vereinbarung konkreter nächster Schritte, z.B. 

� Termin mit F&E-Partner 

� Patentrecherche 

� Förderantrag 


... Antwort 

TIM ist von Land OÖ und WKO Oberösterreich finanziert und 

daher für oö. Unternehmen KOSTENLOS! 


25.06.2010 

5

Enterprise Europe Network (www.een.at/marktplatz) 

→ Ergebnis- und Technologieverwertung 

� iist t das d größte ößt Service-Netzwerk S i N t k weltweit lt it zur 

Projektpartnersuche & Ergebnisverwertung 

� In über 40 Ländern, ca. 550 Partner-Organisationen 

� in Oberösterreich: 

� Wirtschaftskammer OÖ / Europa Info Center 

� CATT Innovation Management GmbH 

EEN Service EEN Service 

Partnersuche 

Durchführung 

(europäisches) F&E Projekt 

Wirtschaftskammer OÖ 

Service Center 

TTel.: l 05/90909-3548 

05/90909 3548 

Fax: 05/90909-3559 

office@tim.at 

www.tim.at 

Ergebnis- und 

Technologieverwertung 

EEN 


CATT Innovation 

Management GmbH 

TTel.: l 0732/9015-5420 

0732/9015 5420 

Fax: 0732/9015-5421 

office@tim.at 

Kontakt 


25.06.2010 

6

Wertstromanalyse und Wertstromdesign 

Ein einfaches Verfahren zur Reduktion von Verschwendung 

Gerald Schönwetter, 23.06.2010 

TIM Technologie-Frühstück 

Das Logistikum ist die… 

• Forschungseinrichtung der Studiengänge ILM und SCM in 

Kooperation mit anderen Instituten 

Folie 2 


23.06.2010 

25.06.2010 

1

Das Logistikum ist in vielen 

Bereichen der Logistik tätig 

Folie 3 

Koordinationslogistik 

Funktionale 

Logistik 

Logistikoptimierung 

Supply Chain 

Management 

SCM- 

Modell 

SCsoziologie 

SC- 

Integration 

Enablers 


Was ist ein Wertstrom? 

SC- 

Diagnostics 

Kooperative 

Planung 

Logistik/Verkehr 

Verkehrslogistik 

Intermodalität & 

Interoperabilität, 

Modal Shift 

(Energie)effiziente 

Mobilität & 

Verkehrstelematik 

• Fluß von Teilen eines Produktes durch das Unternehmen 

(vom Lieferanten zum Kunden), bewertet nach Zeit und 

Kosten 

• Fokus liegt auf Wertschöpfungsanteilen 

23.06.2010 

Folie 4 Wertstromanalyse und Wertstromdesign 

23.06.2010 

25.06.2010 

2

Materialfluss - IST 


23.06.2010 

Materialfluss - SOLL 


23.06.2010 

25.06.2010 

3

Wertstromanalyse deckt 

Verschwendung auf 

• Ursprung liegt im Lean Management Ansatz, der von 

Toyota entwickelt wurde 

• Verschwendung sind all jene unternehmerischen 

Aktivitäten, die nicht dem Kunden dienen 

• Sind inhärent in allen Prozessen 

• Verursachen Kosten ohne einen Wert zu schaffen (z.B. Lagerung 

außerhalb des Hauptflusses) 

• Ziel ist die Identifikation von vermeidbarer Verschwendung 

Verbesserung des Wertstroms 


23.06.2010 

Verschwendung sind… 

• Überproduktion und zu frühe Produktion 

• Wartezeiten 

Wasserniveau 3 

• Lager und Bestand 



• Überflüssige Transporte 

• Unnötige Prozessschritte (Feuerwehraktionen!) 

• Ausschuss und Nacharbeit 


23.06.2010 

Felsen 

25.06.2010 

4

Was ist anders bei der 

Wertstromanalyse? 

• Wertstrom = Fluß vom Lieferanten bis zum Kunden 

• Besteht aus Materialfluß und Informationsfluß 

• Materialfluß: relativ einfach feststellbar durch Abgehen der 

Fertigung 

• Informationsfluß: schwieriger festzustellen, nicht greifbar 

• Verzahnung zwischen Material- und Infofluß wird deutlich 

• Zeigt die wertschöpfenden und nicht-wertschöpfenden 

Prozessschritte 

• Ist keine Einzelprozessbetrachtung sondern eine 

ganzheitliche Betrachtung 


23.06.2010 

Wertstromanalyse 

• Ziel: Verbesserung des Ganzen, nicht nur von 

Einzelschritten 

• Konzentration auf ein Produkt 

• Methode ist für jeden Bereich aus der Supply Chain 

anwendbar 

• Sehr einfach, Papier und Bleistift sind ausreichend 

• Ist-Analyse beim Durchgehen des Flusses vom 

Rohmaterial bis zum Verbauort / Kunden 

Folie 10 


23.06.2010 

25.06.2010 

5

Anwendbarkeit der 


• Immer dann, wenn ein Produktfluß existiert, von 

Werkstattfertigung bis Massenproduktion 

• Voraussetzung: Produkt muß sichtbar / erkennbar sein! 

Lieferant 

1 x 

wöchentl 

ich 

Sägen 

ZZ = 1,5 Min 

BZ = 30 Min 

Bestellung 

I 

Steuerung 

wöchentl. Plan 

Bohren 

ZZ = 2 Min 

BZ = 20 Min 

Auftrag 

Kunde 

1 x 

wöchentl 

ich 

Schleifen 

ZZ = 1 Min 

BZ = 25 Min 

10 T. 4 Tage 2 Tag 

4 T. 19 T. 

30 Min 

20 Min 

25 Min 

75 min 


23.06.2010 

Wichtige Kennzahlen zur 

Erhebung 

• Zykluszeit 

• Bearbeitungs Bearbeitungs- oder Prozessdurchlaufzeit 

• Wertschöpfungszeit 

• Ausschußrate 

Prozess 

• Bestand 

• Rüstzeit 

• Maschinenverfügbarkeit 

• Verfügbare Arbeitszeit / Anzahl Schichten 

• Losgröße 

Folie 12 


I 

Zykluszeit Wertschöpfungszeit 

Bearbeitungszeit 

23.06.2010 

25.06.2010 

6

Typische Symbole in der 


Fabrik 

Fertigwaren an den 

Kunden 

Folie 13 

Prozess 

schritt 

Push 

Pfeil 

Bestand 

300 Stück 

1 Tag 

Lieferung per 

LKW 

Pull Pfeil First in first out 

Sequenz 

Informationsfluss EDV Informationsfluss 


Rolle des 

Wertstrommanagers 

• Verantwortlich für den Produktfluß funktionsübergreifend 

(sämtliche Prozesse einschließlich Produktionsplanung) 

• Berichtet an den CEO 

• Skizze stellt den Produktfluß dar, nicht die 

augenblickliche Organisation! 

Folie 14 


23.06.2010 

23.06.2010 

25.06.2010 

7

Erfassen des Ist-Zustands - 

Materialfluss (1/3) 

Lieferant 1 

150 m Stahlcoil 

LKW- 

Transport 

(Di. und Do.) 

Stanzen 

Blechcoils 

1 LE 1 LE 

RW = 5 AT 6.000 Stck. 

ZZ = 1 sek. 

RZ = 180 min. 

Maschinenzuverlässi 

gkeit = 85 % 

RW = 6 AT 

Folie 15 

Lieferant 1 

150 m Stahlcoil 

27.000 s verfügbar 

Schweißen 

Quelle: Learning to see; M. Rother, 1998 


1 LE 

1.600 Stck. 

Erfassen des Ist-Zustands – 

Informationsfluss (2/3) 

LKW- 

Transport 

(Di. und Do.) 

Stanzen 

Blechcoils 

1 LE 1 LE 

RW = 5 AT 6.000 Stck. 

ZZ = 1 sek. 

RZ = 180 min. 


gkeit = 85 % 

RW = 6 AT 

Folie 16 


Montage 

1.800 Stck. 

6-Wochen 

Vorschau Produktionsplanung 

60/30- 

Vorschau 

wöchentl. 

Fax 

PPS 

tägl. 

Auftrag 

Wöchentliche Planung 

Schweißen 



1 LE 

1.600 Stck. 

Montage 

tägl. 

Lieferplan 

1.800 Stck. 

Kunde X 

Versand 

Bereitstellung 

LKW-Transport 

(1 x täglich) 

Kunde X 

Versand 


23.06.2010 

LKW-Transport 

(1 x täglich) 

23.06.2010 

25.06.2010 

8

Erfassen des Ist-Zustands - 

Zeitlinie (3/3) 

Blechcoils 

RW = 5 AT 

5 Tage 

Folie 17 

Folie 18 

Stanzen Schweißen Montage Versand 

1 LE 1 LE 1 LE 

ZZ = 1 sek. 

RZ = 180 min. 


gkeit = 85 % 


6.000 Stck. 

RW = 6 AT 

ZZ = 60 sek. 

1.600 Stck. 1.800 Stck. 

ZZ = 40 sek. 

RZ = 12 min. RZ = 0 


6 Tage 1,6 Tage 1,8 Tage 

1 Sekunde 60 Sekunden 40 Sekunden 



Warum braucht man 

Wertstromdesign? 


Durchlaufzeit = 

14,4 Tage 

Bearbeitungszeit = 

101 sek. 

• Zweck: Design eines Flusses mit kurzen DLZ und 

hoher Grad an Wertschöpfung 

• Produktionsfluß ist Material- und Informationsfluß 

Material 

Information 


Produktionsfluss 

23.06.2010 

23.06.2010 

25.06.2010 

9

Von der Wertstromanalyse 

zum Wertstromdesign (1/2) 

• Verhältnis Wertschöpfung / Gesamtdurchlaufzeit niedrig? 

• Wo sind Bestände im Prozess? 

• „Push“ oder „Pull“? 

• Lange Rüstzeiten, daher große Produktionslose? 

• Engpässe vorhanden? 

• Hohe ungeplante Ausfallzeiten? 

• Hoher Ausschuß? 


23.06.2010 

Von der Wertstromanalyse 

zum Wertstromdesign (2/2) 

• Entfall von Beständen durch Verknüpfung von 

Prozessschritten möglich? 

• Synchronisierung von Arbeitsschritten möglich? 

• Welche 20% des Prozesses verursachen 80% der 

Liegezeiten? 

• Wie kann Flexibilität verbessert werden? 


23.06.2010 

25.06.2010 

10

Wertstromdesign ist iterativ 

• Iterative Schleifen sind 

erforderlich zur 

kontinuierlichen Verbesserung 

• Methode ist sehr operativ p und 

führt rasch zu Ergebnissen 

Folie 21 


… und damit könnte die 

Fertigung so aussehen: 

Folie 22 

Lieferant 

Bestellung 

Steuerung 

Grober Ist- 

Zustand 

Zeichnung 

Soll-Zustand 

Umsetzung 

Auftrag 

Stanzen Schweißen Montage 

FIFO 

Kunde 

2 x 

wöchentlich OXOX 

2 x 

wöchentlich 

Schrittmacher 

3 Tage 2 Tage 0,5 Tage 

2 T. 

1 s 

60 s 40 s 


DLZ = 7,5 T. 

BZ = 101 s 

23.06.2010 

23.06.2010 

25.06.2010 

11

Indem folgende Fragen 

beantwortet werden: 

• Was ist die Taktzeit am Engpaß Prozess? 

• Produktion für direkten Versand oder Fertigwaren 

Fertigwaren- 

Supermarkt? 

• Wo kann kontinuierliche Fließfertigung eingesetzt werden? 

• Wo müssen Supermarkt-Pullsysteme Prozesse verbinden? 

• An welcher Stelle setzt die Produktionsplanung an? 

• Wie wird der Produktmix im Schrittmacherprozess 

ausgeglichen? 

• Welche Prozessverbesserungen sind notwendig? 

Folie 23 


Das Logistikum hilft bei Ihrer 

Wertstromgestaltung 

• Unternehmensprojekt 

• 4 – 6 Studenten für 1 Tag / Woche; Wintersemester 

• Dauer: 15 Wochen 

• Kosten: Spesenersatz + 1.200 € Forschungsförderungsbeitrag 

• Berufspraktikum von Studenten 

• Im Sommersemester 

• Dauer: ca. 15 Wochen inkl. Bachelorarbeit 

• Kosten: Praktikantenvertrag für ca. 15 Wochen 

• Forschungsprojekt 

• Mit Professoren und wissenschaftlichen Mitarbeitern 

• Dauer: von wenigen Wochen bis Jahre 

• Kosten: nach Vereinbarung, Förderungen möglich 

23.06.2010 


23.06.2010 

25.06.2010 

12

FIA10: Komplexität verstehen - Flexibilität beherrschen - Produktivität steigern 

Inhalt 

Kurzvorstellung der PROFACTOR Gruppe 

Autor: Dr. Markus Vorderwinkler 

Komplexität verstehen - Flexibilität 

beherrschen - Produktivität steigern 

Mit Ablaufsimulation die Produktionslogistik 

optimieren und effizienter produzieren 

Vortrag beim TIM-Technologiefrühstück im Rahmen der Messe 

„Fertigung und Instandhaltung Austria“, 23. Juni 2010, Wels 

Referent: Dr. Markus Vorderwinkler 

Ablaufsimulation als Werkzeug für die Analyse und Optimierung 

� Flexibles Experimentierumfeld zum Beobachten der Systemdynamik 

� Planung- und Entscheidungsunterstützung mittels Simulation 

� Simulation als logische Erweiterung der Wertstromanalyse 

� Vision einer durchgängigen Simulationsunterstützung 

� Wirtschaftlichkeit von Simulation 

Praxisbeispiele 

� Komplexität verstehen: Kommissioniersystem 

� Bestimmen und Einstellen des optimalen Betriebspunktes: Fertigungslinie 

� Virtuelle Inbetriebnahme & Optimierung: Feuerverzinkungsanlage 

Diskussion 

FIA10: Komplexität verstehen - Flexibilität beherrschen - Produktivität steigern, Seite 2 

© PROFACTOR, 2010 | Autoren: Profactor SimTeam 

www.profactor.at 

LEADING 

INNOVATIONS 

Version 1.0 | 23.06.2010 

Seite 1 

© PROFACTOR GmbH, 2010





Die PROFACTOR-Gruppe 

Die PROFACTOR Gruppe: Leistungen 

� Entwicklung von innovativen Lösungen und 

Prozessen für die (produzierende) Industrie 

� Von der Machbarkeitsstudie über den Prototypenbau 

bis zur Vorserie 

� Eigene Produkte im Bereich Automatisierung, 

Qualitätssicherung und Zerspanungstechnik 

� Vorfeldforschung und Technologietransfer 

für kleinere und mittlere Unternehmen (KMU) 

� (Inter)nationales Projektmanagement 

in Kooperationsprojekten 

� Analysen und Messungen mit modernster 

Labor- und Geräteausstattung 




Version 1.0 | 23.06.2010 

Version 1.0 | 23.06.2010 

Seite 2 




Die PROFACTOR Gruppe: Zahlen und Fakten 

� 105 Mitarbeiter an den Standorten in 

Steyr OÖ und Seibersdorf NÖ 

� 10 Mio. EURO Umsatz für 2009 

� 600 nationale und internationale F&E- 

Projekte 

� über 60 EU-Projekte mit einem 

Forschungsvolumen von über 

200 Mio. EURO 

� Unterstützung durch EFRE, Bund, Land 

OÖ, Stadt Steyr 



Die PROFACTOR Gruppe: Schwerpunkte 



INNOVATIONS IN 

PRODUCTION 


NANO 


ENERGY 


Version 1.0 | 23.06.2010 

Version 1.0 | 23.06.2010 

Seite 3 






Ablaufsimulation als Werkzeug für die 

Analyse und Optimierung 

Zunehmende Komplexität erfordert neue Analysemethoden 

These 1: 

� Produktionsprozesse haben eine Komplexität erreicht, welche mit traditionellen 

Analysemethoden nicht mehr vollständig beherrschbar ist. 

These 2: 

� Ohne den Einsatz neuartiger Analyse- und Bewertungsverfahren steigt die Gefahr von 

Fehlern und Fehlentscheidungen aufgrund mangelnder Prozesskenntnis dramatisch an. 




Version 1.0 | 23.06.2010 

Version 1.0 | 23.06.2010 

Seite 4 




Ansätze der Systemanalyse nach Law & Kelton 

Experimente 

am realen System 



System 

Physikalisches 

Modell 

Experimente 

am Modell 

Analytische 

Lösung 


Mathematisches 

Modell 

Simulation & Optimierung als zentrales Werkzeug 

Prozess 

Fertigung – Montage – Logistik 

Organisation 

Steuern, Regeln, 

Betreiben 



Simulation & Optimierung 

Optimieren 

Abbilden 

Simulation 

Visualisieren 

Planen, 

Absichern 

Analysieren 

Version 1.0 | 23.06.2010 

Version 1.0 | 23.06.2010 

Seite 5 



Definitionen 

Simulation nach VDI-Richtlinie 3633 (1993): 



� Simulation ist das Nachbilden eines Systems mit seinen dynamischen Prozessen in einem 

experimentierfähigen Modell, um zu Erkenntnissen zu gelangen, die auf die Wirklichkeit 

übertragbar sind. 

Simulation nach Prof. Robert E. Shannon (Texas A&M University): 

� Simulation ist der Prozess der Modellbeschreibung eines realen Systems und des 

anschließenden Experimentierens mit diesem Modell mit der Absicht, entweder das 

Systemverhalten zu verstehen oder verschiedene Strategien für Systemoperationen zu 

entwickeln. 

Digitale Fabrik nach VDI: 

� „Die Digitale Fabrik ist der Oberbegriff für ein umfassendes Netzwerk von digitalen 

Modellen und Methoden unter anderem der Simulation und 3D-Visualisierung. Ihr Zweck ist 

die ganzheitliche Planung, Realisierung, Steuerung und laufende Verbesserung aller 

wesentlichen Fabrikprozesse und -ressourcen in Verbindung mit dem Produkt.“ 



Version 1.0 | 23.06.2010 

Prinzipielle Vorgehensweise zur Analyse logistischer Systeme 

Herausforderungen 

aufnehmen 

Möglichkeiten und Nutzen 

� Komplexität & Systemdynamik verstehen 

� Zielkonflikte lösen, Strategien entwickeln 

� Potentiale identifizieren und nutzen 

� Inbetriebnahmezeiten reduzieren 

� Entscheidungen absichern 

� Lösungen visualisieren und präsentieren 

� Mitarbeiter trainieren 



Realität 

abbilden 

Experimente 

durchführen 

100% 

80% 

60% 

40% 

20% 

0% 

Sta1 Sta2 Sta3 Sta4 Sta5 Sta6 

Störung 10% 8% 5% 1% 30% 10% 

Service 12% 4% 3% 3% 12% 12% 

Rüsten 10% 20% 7% 5% 11% 11% 

w artend 3% 3% 3% 3% 3% 13% 

blockiert 5% 5% 5% 20% 1% 2% 

produktiv 60% 60% 77% 68% 43% 52% 

Erkenntnisse 

gewinnen 

Anwendungsbereiche 

� Dimensionierung der Produktionslogistik 

� Auslegung von Materialflusssystemen 

� Planung von Supply Chains 

Lösungen 

schaffen 

� Testen von Leit- u. Steuerungssystemen 

� Optimierung der Produktions(fein)planung 

� Abstimmung der Geschäftsprozesse 

Version 1.0 | 23.06.2010 

Seite 6 




Typische Fragestellungen 

Ressourcen- und Maschinenbelegung 

� In welcher Reihenfolge Aufträge ein- und durchsteuern? 

� Auswirkungen für Durchlaufzeiten und Auslastungen? 

Fertigung 

� Optimum zwischen Rüstaufwänden, Beständen und Maschinenauslastung? 

� Strategien für die Werkzeugversorgung & Instandhaltung? 

� Wie auf Störungen reagieren? 

Materialfluss 

� Optimale Staplerzahl für Just-in-Time-Versorgung? 

� Wie viele Werkstückträger für höchste Produktivität? 

� Strategien für das Leerguthandling? 

Lagerdisposition 

� Auslastung der Regalbediengeräte? 

� Welche Bestellmengen, welche Nachbestellschwellen? 

� Wie die Aufträge im Lager verteilen? 



Beispiel 



Komplexität verstehen 

Optimale Auslegung eines Kommissionierzentrums 


Version 1.0 | 23.06.2010 

Version 1.0 | 23.06.2010 

Seite 7 





Palletten pro Stunde 

Beispiel: Komplexität verstehen 

Optimale Auslegung eines Kommissioniersystems auf Basis spurgebundener Transportfahrzeuge 

Fragestellung: 


� Reicht die Anzahl der 

Transportfahrzeuge aus, um 

den vorgegebenen Durchsatz 

zu erzielen? 

� Wo liegen die kritischen 

Layout-Engpässe? 

� Wie verhält sich der 

Durchsatz bei einer 

steigenden Anzahl von 

Fahrzeugen? 

Ergebnis: 

� Identifikation eines kritischen 

Engpassbereiches 

� Leistungskurve des 

Gesamtsystems 

Simulationsexperimente liefern Kennlinien 

unter Berücksichtigung von Wechselwirkungen und stochastischen Einflüssen 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 



Durchsatz 

1 2 9 11 13 15 17 

AP In 5.20 9.49 30.46 32.67 32.85 32.28 31.54 

AP-HE 1.82 3.44 11.80 12.73 12.77 12.56 12.25 

OP In 4.13 8.35 27.97 30.10 30.36 29.68 29.05 

WA 7.59 14.45 46.61 50.04 50.43 49.39 48.28 

Order-Lines 21.9 41.6 135.8 146.0 146.8 144.3 140.9 

Anzahl der CMA 

160.0 

140.0 

120.0 

100.0 

80.0 

60.0 

40.0 

20.0 

0.0 


Zustand [%] 

100% 

90% 

80% 

70% 

60% 

50% 

40% 

30% 

20% 

10% 

0% 

CMA Zustände 

Version 1.0 | 23.06.2010 

1 2 9 11 13 15 17 

TRANSPORTBLOCKED 0.0% 1.3% 11.7% 16.1% 21.0% 25.4% 28.7% 

ORDERBLOCKED 0.0% 0.8% 8.1% 11.2% 14.7% 17.4% 19.3% 

TRANSPORT 44.1% 42.8% 35.0% 31.6% 27.6% 24.1% 21.2% 

UNLOAD 17.7% 17.0% 12.5% 11.1% 9.4% 8.0% 6.9% 

LOAD 17.7% 17.0% 12.4% 10.9% 9.3% 7.9% 6.8% 

ORDER 20.5% 21.1% 20.2% 19.1% 17.8% 16.7% 15.6% 

FREEBLOCKED 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.1% 0.2% 0.7% 

FREE 0.0% 0.0% 0.0% 0.0% 0.1% 0.2% 0.8% 

Anzahl CMA 

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Verallgemeinerung der Ergebnisse 

Nichtlineare Leistungskurve durch Wechselwirkung der Fahrzeuge 

Prinzipielle Erkenntnis: 


� Bis zum Leistungsmaximum steigt die 

Systemleistung nahezu linear mit der 

Anzahl der Fahrzeuge. 

� Ab einer bestimmten Anzahl von Fahrzeugen 

kommt es zu einer Leistungseinbuße 

durch den verstärkten Auftritt 

von Wechselwirkungen zwischen den 

Fahrzeugen. 

Schlussfolgerung: 

� Soll das System auf eine maximalen 

Durchsatz ausgelegt werden, muss die 

optimale Zahl der Fahrzeuge mit 

Simulation ermittelt werden. 






Systemleistung 

Statische Berechnung 

(klassische Planung) 

Nicht erkannte 

Leistungsverluste 

Leistungsermittlung 

mit Berücksichtigung 

dynamischer Wechselwirkungen 

(durch Simulation) 

Simulation als logische Erweiterung der 


CMA Anzahl 

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Ablauf einer Simulationsstudie 



Dokumentation & Implementierung Situations- & Anforderungsanalyse 

Analyse & Interpretation 

Experimentieren & 

Optimieren 

Verifikation & Validierung 

Modellimplementierung 

Systemanalyse und Modellbildung 

Systemabgrenzung 

� Was muss in das Modell (in welcher Form) 

aufgenommen werden? 

� Wo liegen die Schnittstellen zur Umgebung und 

wie sind sie beschaffen? 

Systemanalyse 

� Wie funktioniert das betrachtete System? 

� Welche Detailtreue ist erforderlich? 

� Was kann reduziert und abstrahiert werden? 

Modellkonzeption 

� Abstraktes Modell mittels Pseudo-Code 

� Festlegen der Modellparameter 



8 

9 

7 

10 

6 


1 

5 

2 

4 

3 

Projektplanung & 

Projektmanagement 

Systemanalyse & 

Modellbildung 

Experimentplanung 

Datenerhebung & Datenaufbereitung 

Linie 

A 

Linie 

C 

Zwischenprodukt 

Werkstückträger 

Komponenten 

Fertigung 

1 

Station 

1 

Station 

1 

Fertigung 

10 

Eingabedaten 

Fertigung 

2 

Station 

2 

Station 

3 

Montagelinie B 

Zu simulierendes System 

Station 

2 

Fertigung 

9 

Fertigung 

3 

Station 

3 

Fertigung 

8 

Ausgabedaten 

Fertigung 

4 

Station 

4 

Station 

4 

Fertigung 

7 

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Fertigung 

5 

Station 

5 

Station 

5 

Fertigung 

6 

Systemparameter 

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Methoden zur Systemanalyse und Modellbildung 

Layout mit eingetragenem Materialfluss: 

� Geben dem Simulationsexperten einen Überblick über die tatsächliche, geometrische 

Anordnung der Materialflüsse sowie der einzelnen Prozessbereiche und Stationen. In den 

meisten Fällen wird ein vereinfachtes Layout als Hintergrund für die Animation des 

Simulationsmodells verwendet. 

Schematische Materialfluss- und Logikdiagramme: 

� Darstellung des Materialflusses aus einem funktionalen Blickwinkel ohne Berücksichtigung 

von geometrischen Gegebenheiten. Dokumentiert Entscheidungsvorgänge und integriert 

etwaige informationstechnische Abläufe (Geschäftsprozesse) wie z. B. Auftragsfreigaben, 

Rückmeldungen etc. 

Detaillierte Prozessbeschreibung: 

� Textuelle Beschreibung der Prozessabläufe als Ergänzung zu den 

Materialflussdiagrammen. Möglichkeit Details zu kommentieren. 

Parametertabellen: 

� Auflistung aller Modellparameter mit Angabe ihrer Wertebereiche, Einheiten, Herkunft, 

Datenhaltung, Veränderbarkeit bei Experimenten etc. 



Wertstromanalyse als Werkzeug der Systemanalyse 

� Standardisierte Darstellung von Material 

und Informationsfluss 

� Übersichtlich durch grafische Icons 

� Dokumentiert viele Prozessparameter, 

welche für die Implementierung von 

Simulationsmodellen notwendig sind 

� Kann dem Modellierer als abstraktes 

Modell dienen 

� Für einfache Systeme lassen sich aus 

einem Wertstromdesign, automatisch 

Simulationsmodelle ableiten 




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Simulationsmodelle machen die Wertstromanalyse experimentierbar 



Simulation als logische Ergänzung der Wertstromanalyse 

� Die Prozesse werden in parametrierbaren und experimentierfähigen Modellen abgebildet 

� Mit Hilfe von Simulationsexperimenten werden Szenarien und Versuche durchgespielt 

� Ähnlich einer Betriebsdatenerfassung werden während der Experimentausführung 

Kennzahlen erfasst und aufbereitet 

Das Erstellen von Simulationsmodellen erfordert ein tiefgehendes Verständnis der 

abzubildenden Prozesse 

� Die Wertstromanalyse ist eine ideale Ausgangsbasis für den Modellierer 

� Viele Daten und Fakten zur Erstellung der Modelle sind bereits in der Wertstromanalyse 

bzw. im Wertstromdesign verfügbar 

Wertstromanalyse als Werkzeug der Systemanalyse und Modellbildung 

� Die Wertstromanalyse bietet sich als methodisches Werkzeug an 


Simulation erweitert den Analyseumfang 

Betrachtung der Systemdynamik 

� Beobachtung und Analyse des zeitlichen Ablaufes 

� Aufzeigen von Details, die bei einer Mittelwertbetrachtung 

vernachlässigt werden 

Nachbilden von zufälligen Ereignissen 

� Störungen, schwankende Prozesszeiten, 

Auftragsschwankungen, nicht beeinflussbare Einwirkungen, ... 

� Zufällige Ereignisse haben einen wesentlichen Einfluss auf die 

Systemdynamik 

Berücksichtigung von Wechselwirkungen einzelner Systemkomponenten 

� Konkurrierender Ressourcenanforderungen 

� Gegenseitige Blockaden 

� Parallele Prozesse und deren Koordination 




M1 

IO 

LP 

IO 

M4 

ION 

M1 

NON 

Sta1 

M2 

IO 

Sta4 

M2 

IO 

M2 

ION 

Sta2 

M3 M1 

IO NO 

M4 M1 

IO IO 

Sta3 

M3 

IO 

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M2 

NON 

Na1 

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Seite 12 



Beispiel 




Einstellen des „Optimalen Betriebspunkt“ 

Dimensionierung einer Fertigungslinie mit störanfälligen Prozessen 

Beispiel: Einfluss von Störungen auf eine Fertigung 

Mit welchen Maßnahmen erziele ich eine „optimale“ Produktivität? 

Begrenzter 

Zwischenpuffer 

A 

A B 

A B 

Ausgangssituation 

� Verkettung & begrenzte Bereitstellflächen -> Maschinen beeinflussen sich gegenseitig 




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� Kurzzeitstörungen der Maschinen (z. B. Werkzeugbruch, Einlegefehler, Toleranzfehler, …) 

� Zyklenabhängiger Maschinenservice (z. B. Werkzeugwechsel, Einstellung, Reinigung, …) 

Fragestellungen 

Service 

Maschine 

A 

Transport 

Begrenzter 


B 

B 

A B 

Störung 

Maschine 

B 

Transport 

Begrenzter 


A B 

� Welchen Einfluss haben Verfügbarkeit und Stördauer auf die Produktivität bei einem 

vorgegebenen Produktionslayout bzw. bei vorgegebenen Pufferkapazitäten? 

Maschine 

C 

� Welchen Einfluss haben unterschiedliche Zwischenpuffer auf die Gesamtausbringung und 

wie wirken sich diese auf Bestände und Durchlaufzeit aus? 

A 

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Seite 13 



Fertigung: Einfluss von Entstörzeit & Verfügbarkeit 

Signifikanter Einfluss der Entstörzeit auf die Ausbringung einer Fertigungslinie 



Fertigung: Einfluss der Zwischenpuffer 

Einfluss von Puffergröße und Entstörzeit bei gleich bleibender Verfügbarkeit 





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Optimaler Betriebspunkt 

Unterschiedliche Maßnahmen mit unterschiedlichen Kosten und Auswirkungen. 

Beeinflussbare Parameter Maßnahmen 


� Größe der Zwischenpuffer Investition 

� Verfügbarkeit der Stationen Investition & Personal 

� Entstör- u. Reparaturzeiten Personal & Investition 

Betriebswirtschaftliche Bewertung Einfluss / Gewichtung 

� Durchsatz / Ressourcenauslastung +++ 

� Termintreue ++ 

� Bestände + 

� Investitionen -- 

� variable Kosten + 

Simulation liefert die Daten für Festlegung des optimalen Betriebspunktes. 



Beispiel 

Durchsatzsteigerung muss Kosten für Maßnahmen einspielen! 



Virtuelle Inbetriebnahme von Anlagen 

Feuerverzinkungsanlage mit autonomen Deckenkransystem als zentrales 

Transportsystem 


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Das Betrachtungsobjekt: Feuerverzinkungsanlagen 



Der Prozessablauf im Anlagenlayout 

Trocknen 



Material vorbereiten 

Verzinken 

Nachbehandeln Zwischenlagern 


Schwarzware anliefern 

Schwarzware aufhängen 

Weißware abnehmen 

Weißware ausliefern 

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Autonome Deckenkräne als Transportmittel 

� agieren ähnlich fahrerlosen 

Transportsystemen 

� Stellen sich die Weichen selbst 

� kommunizieren mit Leitsystem über 

Wireless LAN 



Der Zinkofen als Engpass der Anlage 




� Ein autonomer Deckenkran besteht aus 

jeweils 2 Fahreinheiten 

� Fahreinheiten laufen auf einem 

Netzwerk aus Schienen und Weichen 

� Traglast bis zu 15 t 

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� Logistik gruppiert sich um den Zinkofen 

� Tauchen wird manuell gesteuert 

� Streuung der Prozesszeiten muss durch 

Puffer kompensiert werden 

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Diskrete Ablaufsimulation als zentrales Werkzeug 



Simulationsmodell liefert fundierte Kennzahlen 




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Seite 18 



Soft-Commissioning ® : Vorgehensmodell 

Simulationsgestütztes Testen und Optimieren von Steuerungs- und Leitsystemsoftware 


Realität vor Ort Simulierte/emulierte Realität im Büro 



Reales Steuerungssystem 

SPS, IPC, Leitsystem 

Klassische 

Integrationstests 

� Einspielen der an der simulierten 

Anlage getesteten Software in die 

reale Steuerungshardware 

� Inbetriebnahme der Anlage 

mit getesteter und optimierter 

Software 


� Entwicklung und Testen der 

Steuerungssoftware am 

Simulationsmodell 

� Abbilden der realen Anlage und 

Optimieren von Layout und 

Logistikabläufe am Ereignissimulator 

Simulierte Steuerung 

z. B. Soft-SPS 

Reale Anlage Simulierte Anlage 

Kopplung von Simulator und Steuerung 

Virtueller Produktionsablauf 

X 


Soft- 

Commissioning ® 

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� Simulationsmodell beschreibt nur mehr physikalisches/logistisches Verhalten und wird von 

einer externen Steuerung gesteuert 

� hohe Validierungssicherheit, da Steuerungscode bereits auf der Zielsteuerung (Hard- oder 

Soft-SPS) ausgeführt wird 

� einfacher Lösungsansatz durch Nutzung vorhandener Schnittstellen 


Planungs- und Steuerungslogik 

(SPS, Leitsystem, MES, PPS, ...) 

X X 

Aktorik Sensorik 

Physikalisches Verhalten 

(Materialfluss, Stationen, Maschinen, ...) 

Simulator mit deaktivierter 

interner Steuerungslogik 

Gewählter Lösungsansatz 

Reale Steuerung 

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Konkrete Realisierung 

� Simulator: Siemens Tecnomatix Plant Simulation 

� Steuerung: Bernecker & Rainer Industrie-PC 

B&R-Soft SPS 

� Leitsystem: Eigenentwicklung des Partners AREC 





Durchgängiger Simulationseinsatz 

als Vision 

Planungsvalidierung, Prozessabsicherung, 

Simulative System- und Leistungstests 


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Seite 20 



Durchgängiger Simulationseinsatz 

Etablierung eines simulationsgestützten Anlagen- und Systemlebenszyklus 

Konzeptphase, 

Angebotserstellung 

� Simulationsmodell 

zur Visualisierung 

des Konzeptes 

� Vertrauen des 

Kunden in den 

innovativen 

Lösungsansatz 

gewinnen 




Soft-Commissioning ® 

Virtuelle Auslegung, Inbetriebnahme und Optimierung 

� Layoutgestaltung 

� Dimensionierung 

� Virtueller 

Leistungstest 

� Erkennen von 

Engpässen 

� Entwicklung von 

Strategien für die 

logistischen 

Abläufe 

� Erkennen von 

Deadlock- 

Situationen 


� Virtuelle Anlageninbetriebnahme 

� Testen und 

Optimieren der 

Steuerungssoftware 

am 

Simulator 

Produktionsregelung 

am opt. Betriebspunkt 

Anlagenplanung 

Entwicklung der 

Steuerungstechnik 

Inbetriebnahme 

Anlagenbetrieb 

Unterschiedliche Modellvarianten 

spezifisch ausgelegt für die unterschiedlichen Anforderungen und Zielsetzungen 

Kennzeichen 

� Entscheidungsunterstützung 

� Produktionsfeinplanung 

� Dynamische 

Ressourcendedizierung 

Angebots- und Entscheidungsphase Planung & Entwicklung Inbetriebnahme Betrieb 

Prinzip- 

modelle 

� Schematisches 

Layout 

� Idealisierte 

Eingangsdaten 

� Korrekte Ablauflogik 

Anwendung 

� Kommunikation von 

Lösungskonzepten 

� Vergleich 

unterschiedlicher 

Produktions- und 

Logistikstrategien 



Visualisierungs- 

modelle 

Kennzeichen 

� Kundenspezifische 

Layoutvarianten 

� Realistische 

Eingangsdaten 

� Vereinfachte Ablauflogik 

Anwendung 

� Diskussion eines 

konkreten Layouts 

� Entwurf von 

Lösungskonzepten 

Engineering 

Modelle 

Kennzeichen 

� Kundenspezifische 

Layoutvarianten 

� Definierte 

Eingangsdaten 

� Detaillierte Ablauflogik 

Anwendung 

� Detailplanung und 

Dimensionierung 

� Optimierung von Layout 

und Strategie 

Kennzeichen 

SoftCom 

Modelle 

� Finales Layout 

� Spezifizierte 

Testdaten 

� Reale Steuerung/Logik 

Anwendung 

� Testen der realen Leit- 

und Steuerungssoftware 

� Optimierung von 

Strategien 

� Virtuelle Inbetriebnahme 

Operative 

Modelle 

Kennzeichen 

� Realisiertes Layout 

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� Reale Produktionsdaten 

und Datenkopplung 

� Reale Steuerung/Logik 

Anwendung 

� Entscheidungsunterstützung 

für Planer 

und Disponenten 

� Automatisierte 

Produktionsfeinplanung 

� KVP-Unterstützung 

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Seite 21 



Simulationsgestützte Planungssysteme 

Realisierung der Planungstätigkeiten in einem simulationsbasierten MES 

Prinzipielle Tätigkeit eines Planers oder Disponenten 

Information 

sammeln 

Abbildung dieser Tätigkeiten in einem simulationsgestützten Entscheidungswerkzeug 

Informationen bereitstellen. 

PPS, 

BDE, MDE 

Ankopplung 

Leitsystem 

Ergebnisse umsetzen. 



. 


Szenarien bilden 

Szenarien durchspielen. 

Prozessmodell 



Planungskern 


Szenarien bewerten 

Szenarien bewerten. 

Bewertungsmodell 

Planungs- und Optimierungsverfahren 

Szenarien bilden, Szenarien vergleichen, Szenarien freigeben, 

Entscheidungen treffen. 

Wirtschaftlichkeit von Simulation 

Kosten, Nutzen und Grenzen, … 

. 

Vergleichen und 

Entscheiden 

Bediener informieren. 

Management/Operator 

Cockpit 

Benutzeroberfläche 

Strategie-Dialog / 

Interaktive Plantafel 

Einfluss auf Planung und 

Optimierung nehmen. 

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Seite 22 




Motivation für simulationsgestützte Verfahren 

� Die Struktur eines Problems ist so komplex, dass analytische Lösungsverfahren (z. B. 

„Excel-Lösungen“) versagen 

� Die detailgetreue Nachbildung eines Realproblems und die Simulation des 

Modellverhaltens führen zu einem besseren Problemverständnis 

� Simulation kann das dynamische und stochastische Verhalten eines Systems wiedergeben 

� Durch Simulation können die Auswirkungen von Veränderungen in einem komplexen 

System im vorhinein risikolos untersucht werden 

� Simulationsexperimente regen kreative Lösungen an 

� Simulation liefert Daten und Erkenntnisse zur Absicherung von Entscheidungen 



Nutzen simulationsgestützter Methoden 

Simulation liefert sowohl qualitative als auch quantitative Ergebnisse 



Tiefgehendes 

Systemverständnis 

Wesentlicher 

Innovationsfaktor 

Aufzeigen von 

Optimierungspotential 

Frühzeitiges Befassen 

mit der 

Problemstellung 

Simulation als 

e-Prototyping 

Identifikation von 

Schwachstellen vor 

der Inbetriebnahme 


„Spielerisches“ 

Erforschen ohne reale 

Grenzen 

Absicherung von 

Entscheidungen 

Fundierte Prognosen 

als Diskussionsbasis 

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Seite 23 



Kosten/Nutzen von Simulation 

Der Nutzen ist proportional zum vorhandenen Optimierungspotential 

Aufwand einer Simulationsstudie: 


� im wesentlichen von der Komplexität des untersuchten Systems bestimmt 

� Bandbreite reicht von Personentagen bis Personenmonaten 

Nutzen: 

� Experimente liefern zusätzliches Wissen über das beobachtete System 

� frühzeitiges Befassen mit Detailproblemen im Zuge der Modellierung 

� Optimierungspotential wird aufgezeigt 

� Simulation liefert objektive Diskussions- und Entscheidungsgrundlagen 

� Simulation bestätigt Planungsvorhaben und minimiert unternehmerisches Risiko 

Da viele Erkenntnisse einer Simulationsstudie laufend in die Planung oder 

Restrukturierung eingehen, werden diese meist nicht quantifiziert. 



Aufwand und ROI einer Simulationsstudie 

Richtwerte nach VDI 3633 

Aufwand für Simulationsstudien: 

� 0,5% des durch Simulation beeinflussbaren Investitionsvolumens 




Version 1.0 | 23.06.2010 

� Die Kostenstrukturen für die Simulation sind mit jenen für die Prozessentwicklung zu 

vergleichen. Der Aufwand hängt im Wesentlichen vom Umfang des zu betrachteten 

Systems, vom erforderlichen Detaillierungsgrad sowie von der Qualität der zur Verfügung 

stehenden Daten ab. Für typische Simulationsstudien von Fertigungsbereichen sind 

Aufwände von etwa 1 bis 10 Personenmonaten zu rechnen. 

Nutzen in Form von Einsparungen 

� zwischen 2 und 4% der relevanten Investitionssumme 

Das Kosten/Nutzen-Verhältnis 

� in der Literatur vielfach zwischen 1:10 und 1:100 angegeben 

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Seite 24 



Grenzen von Simulation 

Simulationsergebnissen nicht blind vertrauen 

Simulation ist ein Unterstützungswerkzeug für den Planer: 


� Simulation erzeugt keine Regeln oder Strategien 

� Simulation führt im allgemeinen keine automatischen Datenanalysen durch 

� Simulation übernimmt nicht die Validierung eines Modells 

� Simulation führt in der Regel keine Selbstoptimierung durch 

The DON’Ts of Mathematical Modelling (S. W. Golomb, 1970): 

� DON’T believe that the model is reality. 

� DON’T extrapolate beyond the region of fit. 

� DON’T distort reality to fit the model. 

� DON’T retain a discredited model. 

� DON’T fall in love with your model. 




Version 1.0 | 23.06.2010 

Vielen Dank für Ihre 

Aufmerksamkeit! 

Ich stehe Ihnen gerne für Fragen zur 

Verfügung. 


PRODUCTION 

Seite 25

Technologiefrühstück B K l ität t h Herzlich willkommen ... - TIM

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