Modellierung, Beschreibungsmittel und Optimierungswerkzeuge
Vom System zum Modell
Herausforderung: Eine Fabrik ist ein komplexes System mit verschiedenen, dynamischen und miteinander verflechteten Wertschöpfungsmodulen (+Einheiten innerhalb des Moduls - Prozess => Konstruieren, Montieren)
Def System: Menge mit vernetzen Elemente, die in einem Zusammenhang als Ganzes gesehen und von ihrer Umgebung abgegrenzt werden können
Gekennzeichnet durch.. 1) eine Systemgrenze, mit der es über Schnittstellen Systemein- und ausgangsgrößen (z.B Infos) austauschen kann. 2) Systemelemente, die bei Systemauflösung selbst Subsysteme darstellen
Systemelemente: Logische Aufeinanderfolge (Ablaufstruktur) von Elementen, die durch Regeln und Eigenschaften charakterisiert werden
Relation: verbinden die Systemelemente miteinander (Aufbaustruktur), sodass ein Prozess ablaufen kann
Möglichkeiten einer Systemanalyse: 1) Experimente am realen System 2) Experimente am Modell des Systems(Mathematisch oder Physikalisch (Technologisch, Geometrisch))
Modelle abstrahieren: Vereinfachung und Verallgemeinerung der Realität m.H von Beschreibungsmitteln => mehr Alternativen, schnellere Analyse
Def Modell: Mathematische oder physikalische Darstellung eines Systems/Prozesses, die es durch Gesetzmäßigkeiten, Identifikationen oder getroffener Annahmen genügend abbildet
beschränkt gültige Abbildung des Originals
Abbildungszweck bestimmt Art und Detaillierungsgrad des Modells
Abbildung der Wirkungsstruktur/Simulationsmodel, sodass das Verhalten eines Systems erklärt/simuliert werden kann
Einsatzgebiete bzw. Modellbildung durch Herausarbeiten von zweckmäßigen Aspekten
Optimierung: Suche nach dem besten erreichbaren Ergebnis unter gegebenen Voraussetzungen und Zielen
Visualisierung: Erlangen eines besseren Verständnisses
Kommunikation: Beschreibung des Systemverhaltens
Kriterien der Abstraktion: vollständig, relevant und angemessener Detaillierungsgrad
Ansätze der Modellierung
Top-down: Ausgangspunkt ist das System (mit Subsystemen) => Modellieren der Subsysteme gegf weitere Untergliederung
Bottom-up: Ausgangspunkt sind die Subsysteme, die modelliert werden und im Anschluss zu einem System verbunden werden
Grundstruktur der integrierten Unternehmensmodellierung - folgende Komponenten führen zu einer Aktion
Produkt: alle Objekte, die ein Unternehmen verkauft
Auftrag: steuern die Tätigkeiten im Unternehmen
Ressource: alle Leistungsträger (MA, Betriebsmittel)
Modellkriterien
Zeitbezug (statisch/dynamisch)
Raumbezug (2D/3D)
Vorhersagbarkeit (deterministisch/stochastig)
Komplexität (einfache Parameter/komplexe Algorithmen)
Diskret-ereignisorientierte Simulation (dynamisch): Simulationsfortschritt durch Abarbeitung einer Ereignissliste
Ereigniseintritt => Systemänderung => Nur Ereignisse steuern den Fortschritt (sofortige Zustandsänderung)
Voraussetzungen: 1)Regeln, die den Eintritt des nächsten Ereignisses festlegen 2)Regeln, die den Systemstatus ändern, wenn das Ereignis eintritt
Beschreibungsmittel - textuelle, mathematische, symbolische oder grafische Mittel
Aufgabe: hilft bei der Abstraktion und Idealisierung von Abbildungen eines realen Systems
Dokumentation: Informationsspeicherung
Kommunikation: Informationsaustausch - sprachlich (Programmiersprachen) oder graphisch: wesentliche Aussageteile werden durch Form und Anordnung der Symbole verschlüsselt
Modellierung: Beschreibung der Wertschöpfungsfaktoren
Analyse: Systematische Untersuchung von Objekten durch zerlegen in seine Bestandteile unter Beachtung der Wechselwirkung zueinander
Synthese: Zusammenführen einzelner Systemelemente
Entscheidungstabellen: Für formalisiertere Entscheidungsprozesse werden Regeln festlgelegt unter dessen Voraussetzungen bestimmte Maßnahmen zu ergreifen sind
Grundlage für systematische Überprüfung von Voraussetzungen für Entscheidungsprozesse
Programmablaufplan: dient der graphischen Darstellung von Handlungsabläufen/Algorithmen
beschreibt die Folge von Operationen zur Aufgbaenlösung
Ziele
Strukturierte und detaillierte Beschreibung von Prozessabläufen
Klare Handlungsanweisungen für kritische Prozesse
Berücksichtigung von Ausnahmesituationen
Petri-Netze: Modellierung von Arbeitsabläufen und parallelen Abläufen in Echtzeit
Mathematische Modellierung - zur Beschreibung von algebraischen GL/UGL, DGL und partielle DGL
Experiment
Simulation - das Nachbilden eines Systems mit seinen dynamischen Prozessen in einem Modell. So gelangt man zu Erkenntnissen, die in der Wirklichkeit übertragbar sind. Die Prozesse werden über die Zeit entwickelt und sind eine Unterstützung bei
Entscheidungsfindungen
Analytische Verfahren
Heuristiken
Optimierung
Bewertungen von Alternativen
Ermittlung von Planungsdaten
Schaffung von Systemverständnis
Systemoptimierung
Simulation Anwendungsgebiete
Planungsebene: Komponente, Inhalt der Planung: Prozessparameter, Werkzeuge, Hilfsmittel
Simulationsmodelle
Mehrkörpersimulation: Analyse des dynamischen Verhaltens von Mehrkörperbewegungen (+Schwingungsverhalten)
Analyse der Starrkörperbewegung
Analyse von Wegen, Geschwindigkeiten und Beschleunigung
Ermittlung von Kräften und Momenten in Koppelstellen
Berechnung elastischer Bauteilverformung durch die Bewegungsdynamik von Komponenten
Finite-Elemente-Simulation (FEM): Simulation von physikalischen Eigenschaften von Körpern (Produkte, Betriebsmittel)
Einsatzgebiet: Berechnung der Gestalt und Analyse der Auswirkungen von Prozessparameter
genauere Produktion von Werkzeugmaschinen
Verringerung der Innenraumgeräusche
Planungsebene: Arbeitsbereich, Inhalt der Planung: Layout-Zellenplanung, Prozess-Regeln, CNC Programmierung, Kollisionskontrolle, Cycle Time Optimierung, Ergonomiebtrachtung
Simulationsmodell Materialflusssimulation (detailliert): Komplexe Produtktionssysteme werden simuliert => Verbesserung des Produktionsablaufs (Logistik)
Simulationsmodell 3D graphische Simulation: Analyse der Bewegung (Bsp: Roboterzelle) eines geometrischen bewegenden Models
Digitale Fabrik - Netzwerk digitaler Modelle, Methoden und Werkzeugen
Methoden und Instrumente ermöglichen bei einem integriertem Datenmanagement eine komplette digitale Bearbeitung von Produktentwicklung und Produktionsplanung bis zum virtuellen Anlauf und Betrieb
Planungsprozesse: Planungswerkzeuge, Entscheidung und Kontrollsystem
Physikalische Systeme: Produktionswerke/-anlagen, Logistiksysteme, Ressourcen
Digitale Modelle: Datenmodell, Produktion - und Prozessmodell, Simulationsmodelle