Inhaltsverzeichnis Produktionssteuerung mittels modularer Simulation : 1 Einleitung 11

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1 Inhaltsverzeichnis Produktionssteuerung mittels modularer Simulation : 1 Einleitung Die Relevanz modularer Simulationen in der Produktion Aufbau der Arbeit 14 2 Untersuchung aktueller Ausgestaltungen der Produktionssteuerung Vorbemerkungen zur Betrachtung von Produktionssteuerungs-Werkzeugen Die Produktionssteuerung als Bestandteil von PPS-Systemen Die Produktionssteuerung in isolierter Betrachtung Werkzeuge und Planungsverfahren der Produktionssteuerung Die Planungsverfahren der Produktionssteuerung in der theoretischen Entwicklung Die Werkzeuge der Produktionssteuerung Die praktische Umsetzung von Produktionssteuerungsverfahren 35 in PPS-Systemen Planungsverfahren zur Produktionssteuerung in der Untersuchung der Quelle Paegert u.a Auftragsreihenfolgeplanung/Maschinenbelegungsplanung Produktionsaufteilung der Produkte auf funktionsgleiche Anlagen Auftragsüberwachung Auftragsfreigabeentscheidung Belegerstellung/Betriebsdatenerfassung Kapazitätsüberwachung Fazit der Untersuchung der Quelle Paegert u.a Der Stand der Technik nach der Untersuchung von Fandel/Francois/ Gubitz Auftragsreihenfolgeplanung/Maschinenbelegungsplanung Produktionsaufteilung der Produkte auf funktionsgleiche Anlagen und Auftragsüberwachung Auftragsfreigabeentscheidung Belegerstellung/Betriebsdatenerfassung Kapazitätsüberwachung Fazit Weitere neuere Untersuchungen Leitstände und BDE-Systeme 51 3 Prozeßorientierte Simulation von Produktionssystemen Wandel der Simulationstheorie von der Ereignisorientierung zur Prozeßorientierung Grundbegriffe der Simulationstheorie: Definitorische Klärungen Simulation und Simulationswerkzeuge Verschiedene Darstellungen und Arten der Simulation Einordnung nach der Veränderung der Zustandsvariablen Einordnung nach Zufalls- und nach Zeitbezug Unterscheidung nach der Art des Simulationswerkzeugs Der Paradigmenwechsel in der Simulationstheorie: ereignis- und prozeßorientierte Simulationen 62

2 3.2 Allgemeine Erfahrungen bei der Simulation von Produktionssystemen Besondere Ziele, Merkmale, Ansätze und allgemeine Anwendungen der Simulation von Produktionssystemen Vorgehensweise der Simulation von Produktionssystemen Problembeschreibung und Zielsetzung Kosten-/Nutzenschätzung, Leistungsbeschreibung Datenanalyse Theoretische Grundlagen der Modellbildung Softwaretechnische Umsetzung Validierung und Verifikation Durchführung der Simulationsexperimente Simulation und Produktionssteuerung Vorbemerkungen Zusammenfassende Forderungen an ein ganzheitliches, in ein PPS-System integriertes, simulationsbasiertes Leitsystem Allgemeine Forderungen Spezifische Forderungen aus Sicht der Steuerungsfunktionalität Reihenfolgeplanung Auftragsüberwachung Auftragsfreigabeentscheidung, Betriebsdatenerfassung und Belegerstellung Kapazitätsüberwachung Spezifische Forderungen aus anderen Sichten 97 4 Modulare Systeme als Simulations- und Steuerungssysteme Bausteine als Bestandteile des Software-Engineering Bausteinkonzepte und Modularisierung in Produktionssteuerung und Simulation Die allgemeine Verwendung von Bausteinen in Softwaresystemen zur Abbildung der Produktion: Componentware Bausteinorientierte Produktionssteuerung Componentware-PPS-Systeme Modularisierung in Simulationssystemen Innere Modularisierung Äußere Modularisierung Simulation mit Referenzmodellen Referenzmodell-Begriffe Vorhandene Referenzmodell-Anwendungen Bausteinkästen und Modellbibliotheken Weitere wichtige Softwaretechniken und ihre Umsetzung in Produktionssteuerung und Simulation Regelbasierte Systeme und Expertensysteme in Simulation und PPS Regelbasierte / wissensbasierte Simulation Regelbasierte Produktionssteuerung Objektorientierte Systeme 136

3 5 Entwurf der Bausteinmodellbibliothek PPS-SIM Zielsetzung und Vorgehensweise Erfassen von Bausteinmodellbibliotheken in Simulationswerkzeugen Auswahl der zugrundeliegenden Simulationssoftware Herangehensweisen zur Erfassung der Mächtigkeit von Bibliotheken Allgemeine Erfassung des Leistungsumfangs des Simulators Allgemeine Werkzeugbeschreibung Grundlegende Modellierungsfunktionen Erfassung des Leistungsumfangs der Bausteinmodellbibliothek Erfassung mittels Übersichten Erfassung über die Modulstruktur Andere Erfassungsmöglichkeiten Grundanforderungen an die Bibliothek Vergleich der Anforderungen bzw. Aufgaben mit vorhandenen Modulen anhand der Bausteinmodelle Vergleich anhand der Checkliste Vergleich anhand von Erfahrungen aus dem Simulationsbetrieb Anpassung der Bausteine an die individuelle Aufgabe: Erstellung eines Kontrollsystems zur Steuerung von Auftragsdurchflüssen in der Rohradjustage Problembeschreibung Beschreibung des Fertigungssystems Beschreibung des Produktionsprozesses Beschreibung der Produktionsplanung Zusammenfassende Betrachtung Zielsetzungen und Prämissen Top-Down-Modellierung Bildung des abstrakten Modells Beschreibung der Ein- und Ausgangsgrößen des Produktionssystems Definition und Abbildung der Systemgrenzen und der Schnittstellen mit der Umwelt Definition der Systemelemente Bearbeitungsstationen Lagersystemelemente Definition der beweglichen Objekte und ihrer Eigenschaften Beziehungen zwischen den Systemkomponenten Darstellung spezifischer Systemabläufe Herleitung der Maschinenfolgen Herleitung von Vorgänger- und Nachfolgerbeziehungen Operationalisierung der Zielgrößen Softwaretechnische Umsetzung Vorgehensweise Konstruktion des Materialflußmodells als Grundmodell Grundlegende Vereinfachungen Modellaufbau Bildung von Vorab-Verständnismodellen Gewählte Modelleinstellungen und Variationen Validierung und Verifikation des Grundmodells 182

4 Simulationsxperimente und Ergebnisse Einbau weiterer Modelle Förderbänder Darstellung eines spezifischen Steuerungsmodells Integration der angepaßten Konstrukte in das bestehende Anwendungssystem Weitere mögliche Erweiterungen des Grundmodells Überprüfung der Referenzmodelltauglichkeit Abschließende Bewertung und Diskussion weiterer Anwendungen von PPS-SIM Erfahrungen aus den Beispielmodellen Erfahrungen zu Verwendungsmöglichkeiten von PPS-SIM Zur Aufwandschätzung des Modularkonzepts Ausblick Zusammenfassung Zentrale Aussagen theoretischer Natur Zentrale Aussagen praktischer Natur 205 Literaturverzeichnis 207 Verzeichnis der verwendeten wissenschaftlichen Publikationen 207 Verzeichnis verwendeter anderer Quellen 221 Abkürzungsverzeichnis 224 Abbildungsverzeichnis 227 Tabellenverzeichnis 228 Symbolverzeichnis 230 Anhang 1: Lösungsverfahren zur Produktionssteuerung 231 Anhang 2: Tabellen zur PPS-Systembetrachtung Untersuchung von Paegert u.a. 233 Anhang 3: Untersuchung zu PPS-Verfahren von Fandel/Francois/Gubitz 235 Anhang 4: Glossar: Wichtige Begriffe zur Simulation von Produktionssystemen 236 Anhang 5: Durchgängige Verwendung von Simulationsmodellen 241 Anhang 6: Tips zum Ersteinstieg in Arena 243 Anhang 7: Module (im Arena-Template): Kurzbeschreibung 247 Anhang 8: Arena Modellbibliothek SMART Chart 253 Anhang 9: Layoutplan der European Pipe Rohrfertigung GmbH Dresden 259 Anhang 10: Systemablauf bei der EPR Dresden 261 Anhang 11: Verhalten von Auftragspositionen und Falschrohren nach Fehlerentdeckung262 Anhang 12: Materialfluß-Simulationsmodell European Pipe-Rohrwerk Dresden 263 Anhang 13: Arena Simulation Results 265 Eidesstattliche Erklärung 266 Wissenschaftlicher Werdegang 267

5 Abbildungsverzeichnis: 2-1: Funktionen der Produktionsplanung und -steuerung : Zielsystem der Produktionsplanung und -steuerung : Elemente und Beziehungen eines PPS-Systems : PPS-Anforderungen : Aufschaukeln von Durchlaufzeiten und Beständen (Durchlaufzeitsyndrom) : Bestandteile eines Simulators : Ereignisse, Aktivitäten und Prozesse : Eignung der ereignis- und prozeßorientierten Simulation zur Abbildung alternativer Produktionstypen : Beispielhafter Ablaufplan einer Simulationsstudie : Ergänzung von PPS- und Leitstandssystemen mit der Simulation : Planungsvorlauf in der Steuerungskonzeption eines Leitstands in der Rohradjustage : Prinzip der rollierenden Planung für das Rohrwerk : Erweiterung des Simulationswerkzeugs zum Unternehmensplanungssystem : Ein Funktionsmodell des Componentware-PPS-Systems CW-PPS : Server-Modul (Arena) zur Darstellung einer Maschine : Innere Modularisierung am Beispiel des Bausteinvorrats von SIMPRO : Externe Modularisierung Der Simulator als Ausgangspunkt für mögliche Kopplungen : Zusammenfassung der simulationsrelevanten Daten : Kopplung von Arena/Issop mit SAP/R : Branchenreferenzmodell (Flexible Fertigung) : Baustein-Modell Basisbausteine-Beispiel : Referenzmodellbibliothek zur Simulation produktionswirtschaftlicher Prozesse : Nutzung der anwendungsspezifischen Komponentenbibliothek zur Erstellung branchen- und betriebstypischer Anwendungssoftware : Grundstruktur eines Expertensystems : Kopplung verschiedener Expertensysteme mit Simulation und PPS-System : Arena-Baustein-Modellbibliothek, 1. Ebene und 2. Ebene (Queues) : Arena-Smarts Nr. 24: Überlappende Resourcen : Modell 1 Losgrößentest : Histogramm mit aus dem Arena-Input-Analyzer generierten Losgrößen (einer Erlangverteilung folgend) : Verhältnis zwischen DGDLZ Adjustage, DKA AL, AMWT AL : Push-System mit FIFO-Einlastung : Modellbibliothek PPS-SIM : Aufwandsverteilungen einzelner Phasen von Simulationsstudien bei Industrie- Partner und Dienstleister, Durchschnittswerte : Modellierung eines Expertensystems zur Verfahrenswahl 202