Ablaufsimulation. Digitale Systemoptimierung. Dipl.-Inf. Alexander Ulbrich Dipl.-Ing. Jürgen Wagner Garching, 17. November 2006

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1 Ablaufsimulation Digitale Systemoptimierung Dipl.-Inf. Alexander Ulbrich Dipl.-Ing. Jürgen Wagner Garching, 17. November 2006

2 Agenda Grundlagen Einsatzfelder Ablauf einer Simulationsstudie Marktübersicht Simulation in der Praxis Nutzen und Aufwandsbetrachtung Erfolgsfaktoren

3 Warum Simulation? Argumente gegen Verwendung konventioneller Methoden und für Einsatz von rechnergestützter Simulation Steigende Produkt- und Produktionskomplexität und Variantenvielfalt Steigende Anforderungen an die Qualität, Flexibilität, Kundenservice Sinkende Produktlebensdauer, Losgrößen und Kostendruck Kurze Entwicklungs-, Produktions- und Unternehmensplanung Konventionelle Methoden können diese Anforderungen nicht mehr erfüllen

4 Was ist Simulation? Definition Simulation Abbildung realer Systeme in einem experimentierfähigen Modell um zu Erkenntnissen zu gelangen, die auf die Realität übertragbar sind [VDI-Richtlinie 3633 (1992)] Arten von Simulationen Mehrkörpersystem-Simulationen (z.b. Kollisionsanalysen) Finite-Elemente-Simulationen (z.b. Crash-Test) Virtual Reality ( im Anschluss) Ablaufsimulation Abgrenzung der Ablaufsimulation Simulation von über- und innerbetrieblichen Logistikprozessen bei Planung, Realisierung und Betrieb

5 Agenda Grundlagen Einsatzfelder Ablauf einer Simulationsstudie Marktübersicht Simulation in der Praxis Nutzen und Aufwandsbetrachtung Erfolgsfaktoren

6 Anwendungsphasen und Fragestellungen Anwendungsphasen Planung (z.b. komplexe Fertigungseinrichtungen) Realisierung (z.b. Schulungssysteme, simulierter Probebetrieb) Betrieb (z.b. vorausschauende Anlagenüberwachung) Fragestellungen Durchsatzanalysen Engpassbetrachtungen Leistungsnachweis Dimensionierung Analyse von Störszenarien Bewertung verschiedener Systemlastszenarien

7 Agenda Grundlagen Einsatzfelder Ablauf einer Simulationsstudie Marktübersicht Simulation in der Praxis Nutzen und Aufwandsbetrachtung Erfolgsfaktoren

8 Ablauf einer Simulationsstudie Möglichst quantifizierbare Ergebnisse Komponenten, Materialflüsse, Beziehungen Bearbeitungszeiten, Störgrößen etc. Abbildung des Systems als Modell Funktionsfähigkeit des Modells prüfen Plausibilität des Modells prüfen Systemlast- und Parametervariation, Szenarienuntersuchung Aufbereitung der Ergebnisse

9 Agenda Grundlagen Einsatzfelder Ablauf einer Simulationsstudie Marktübersicht Simulation in der Praxis Nutzen und Aufwandsbetrachtung Erfolgsfaktoren

10 Anforderungen an Simulationsprogramme Modularität / Objektorientierung Wiederverwendbarkeit Schnittstellen ActiveX, ODBC, Excel, CAD, etc. Effizienz Simulationen mit hohen Rechenzeiten Modellierungsumgebung Unterstützung bei Modellerstellung, Praxisnaher Bezug Programmierumgebung Komplexe, individuelle Steuerungen Unterstützung bei der Simulationsdurchführung 2D / 3D Visualisierung Umfangreiche Auswertungsmöglichkeiten Grafische Auswertungsfunktionen

11 Bekannte Simulationsprogramme

12 Agenda Grundlagen Einsatzfelder Ablauf einer Simulationsstudie Marktübersicht Simulation in der Praxis Nutzen und Aufwandsbetrachtung Erfolgsfaktoren

13 Simulation in der Praxis Absicherung und Optimierung der Neuplanung eines Kartonfördersystems

14 Simulation in der Praxis Absicherung und Optimierung der Neuplanung eines Kartonfördersystems

15 Simulation in der Praxis Bau des U-Bahnhofes Rokin in Amsterdam

16 Simulation in der Praxis Auslegung der Krankonfiguration für die Containerverladung

17 Simulation in der Praxis 2D- und 3D-Modell eines Montagefingers des BMW Werkes in Leipzig

18 Agenda Grundlagen Einsatzfelder Ablauf einer Simulationsstudie Marktübersicht Simulation in der Praxis Nutzen und Aufwandsbetrachtung Erfolgsfaktoren

19 Nutzen/Aufwand bei der Ablaufsimulation Nutzen Absicherung geplanter Maßnahmen schon in frühen Phasen Fehlentscheidungen vermeiden Geringere Investitionskosten Geringere Anlaufkosten Höhere Transparenz Detaillierte Systemkenntnis schon vor dem Anlagenbau Kosteneinsparung durch frühe Fehlererkennung Kosten für Fehlerbehebung (log) Entwicklung Produktionsplanung Prototyp Vorserie Markteinführung Zeitpunkt der Fehlerentdeckung Optimierungspotentiale identifizieren Identifizierung von Engstellen Analyse verschiedenster Szenarien Ergebniskommunikation an die Entscheider Mitarbeiterschulung

20 Nutzen/Aufwand bei der Ablaufsimulation Simulation braucht Zeit Simulation braucht Wissen und Erfahrung Eine ausführliche Analyse des Ist-Zustandes Eine gründliche Datenerhebung Klare Zielsetzungen Eine gute Vorbereitung der Simulationsstudie Kenntnisse über Simulation Kenntnisse über verfügbare Ressourcen Kenntnisse über das zu modellierende System Kenntnisse über alternative Untersuchungsmöglichkeiten Simulation erfordert sorgfältige Arbeit Simulation kostet Geld

21 Nutzen/Aufwand bei der Ablaufsimulation 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Verhältnis Nutzen/Aufwand bei der Ablaufsimulation groß neutral eher gering gering während der Simulationstudie nach der Simulationstudie Es existieren sehr hohe Erwartungen an die Simulation Die Simulation bietet großes Potential:~50% der ehemaligen Anwender schätzen den Nutzen als groß ein Aber: ~40% der durchgeführten Simulation erfüllten die Erwartungen nicht! Studie Ablaufsimulation; iwb TU München; 1997; n = 395

22 Agenda Grundlagen Einsatzfelder Ablauf einer Simulationsstudie Marktübersicht Simulation in der Praxis Nutzen und Aufwandsbetrachtung Erfolgsfaktoren

23 Erfolgsfaktoren Richtige Team-Zusammensetzung Konsequentes Projektmanagement: Projektvorbereitung ist entscheidend für den Erfolg Konkrete Zieldefinition Realistische Dateneinschätzung Wahl der richtigen Modelltiefe auf Basis der Datenqualität keine unmöglichen Erwartungen Kenntnisse über Fähigkeiten Simulation Durchgängiger Einsatz der Simulation über die Grobplanung bis zur Betriebsphase Ablaufsimulation ist ein mächtiges Werkzeug, das aber umfangreiche Vorbereitung und kompetente Durchführung erfordert

24 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

25 Ansprechpartner Dipl.-Inf. Alexander Ulbrich Tel.: 089 / ulbrich@fml.mw.tum.de Dipl.-Ing. Jürgen Wagner Tel.: 089 / wagner@fml.mw.tum.de fml Lehrstuhl für Fördertechnik Materialfluss Logistik Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Wi.-Ing. Willibald A. Günthner Technische Universität München Boltzmannstraße Garching bei München