Urs B. Meyer Simone E. Creux Andrea K. Weber Marin 2008 AGI-Information Management Consultants May be used for personal purporses only or by libraries associated to dandelon.com network. Grafische Methoden der Prozessanalyse Für Design und Optimierung von Produktionssystemen HANSER
Inhaltsverzeichnis E Einführung in die Prozess-Orientierte Analyse 1 Prozess-Orientierte Analyse 3 Einleitung 4 Konzept von POA 6 Statisches Modell 8 1.3.1 Systemspezifikation 8 1.3.2 Ökonomische Analyse 9 1.3.3 Ökologische Analyse 10 Dynamische Analyse 11 1.4.1 Systemverhalten 11 1.4.2 Prozesssimulation 12 1.4.3 Maschinen- und Prozesssteuerung 13 Vorgehen bei einer Produktionsanalyse 14 1.5.1 Reale Welt im ModeU 14 1.5.2 Modelldefinitionen 15 1.5.3 Erfassung eines Modells 16 Projektziele von POA-Modellen 18 1.6.1 Neuplanung 18 1.6.2 Technische Aufdatierung 18 1.6.3 Reverse Engineering 19 Organisation des Buches 19 Abgrenzung der Prozess-Orientierten Analyse 23 Einleitung 24 Upper- und Lower-CASE 25 Strukturierte Analyse 26 2.3.1 Methodenbeschreibung 26 2.3.2 Vergleich POA und SA 27 Unified Modeling Language 29 2.4.1 Methodenbeschreibung 29 2.4.2 Vergleich POA und UML 30 Computerunterstützung 32
VIII Inhaltsverzei 2.5.1 CASE-Tool 2.5.2 Programmierung S Statische Analyse 51 Statische Analyse mit dem Flussdiagramm 1.1 Einleitung 1.2 Flussdiagramm: Wozu? 1.2.1 Zweck 1.2.2 Anwendung 1.2.3 Abgrenzung 1.3 Elemente des Flussdiagramms 1.3.1 Diagramm 1.3.2 Prozess 1.3.3 Fluss 1.3.4 Flusseinteilung 1.3.5 Regeln für Prozess und Fluss 1.4 Systemabgrenzung 1.4.1 Externe Entität 1.4.2 Kontextdiagramm 1.4.3 Regeln für externe Entität und Kontextdiagramm 1.5 Systemstruktur und Hierarchie 1.5.1 Systemstruktur 1.5.2 Nummerierung der Prozesse und Diagramme, 1.5.3 Gleichgewicht von Vaterprozess und Kinddiagramm 1.5.4 Flusshierarchie durch Verzweigung 1.5.5 Regeln für Flussverbindungen und Hierarchie 1.6 Elementspezifikation und Objektverzeichnis 1.6.1 Elementspezifikation 1.6.2 Objektverzeichnis 1.7 Empfehlungen und Richtlinien 1.7.1 Bestandteile eines Modells 1.7.2 Empfehlungen für zweckmässiges Vorgehen 1.7.3 Empfehlungen für leicht lesbare Diagramme 1.7.4 Empfehlungen für Systemoptimierung 1.8 Anwendungsbeispiel: Tankstelle 52 Wertfluss-Diagramm 2.1 Einleitung 2.2 Wertfluss-Diagramm: Wozu?
Inhaltsverzeichnis IX 2.2.1 Zweck 99 2.2.2 Anwendung 100 2.2.3 Abgrenzung 101 2.2.4 Definitionen 102 2.3 WFD-Elemente 106 2.3.1 Vom Flussdiagramm zum WFD 106 2.3.2 Prozess 106 2.3.3 Externe Entität 106 2.3.4 Wertfluss 107 2.4 Flussarten und Flusskategorien 110 2.4.1 Einteilung der Flüsse 110 2.4.2 Flusskategorie: Ressourcen- und Informationsfluss 114 2.4.3 Flusskategorie: Produktfluss 114 2.4.4 Flusskategorie: Fiktiver Wertfluss 117 2.4.5 Flusskategorie: Geldfluss 121 2.5 Wertberechnung 124 2.5.1 Vorgehen bei der Wertberechnung 124 2.5.2 Prinzip der Wertberechnung 125 2.5.3 Wertberechnung in der Hierarchie 125 2.5.4 Flussgleichung 129 2.5.5 Prozessbilanz 132 2.6 Elementspezifikation und Berechnung 134 2.6.1 Parameterdeklaration 134 2.6.2 Flussspezifikation 135 2.6.3 Prozessspezifikation 136 2.6.4 Berechnung basierend auf Gleichungen mit Parametern 139 2.7 Spezielle Beispiele 143 2.7.1 Wertaustausch mit der Aussenwelt 143 2.7.2 Beispiel der Abfallberechnung in einer Firma 144 2.7.3 Anzeige von Gewinn und Verlust 147 2.7.4 Investitionsrechnung 149 2.7.5 Immaterielles Vermögen: Markenname 151 2.8 Anwendungsbeispiel: Tankstelle 152 S3 Ressourcenf luss-diagramm 163 3.1 Einleitung 164 3.2 Ressourcenfluss-Diagramm: Wozu? 165 3.2.1 Zweck 165 3.2.2 Anwendung 166 3.2.3 Abgrenzung 167
X Inhaltsverzeichnis 3.2.4 Definitionen 168 3.2.5 Konzept der Energie und Exergie 172 3.3 RFD-Elemente 174 3.3.1 Vom Flussdiagramm zum RFD 174 3.3.2 Prozess 174 3.3.3 Ressourcenfluss 175 3.3.4 Externe Entität 176 3.4 Flussarten und Flusskategorien 177 3.4.1 Einteilung der Flüsse 177 3.4.2 Flusskategorie 177 3.4.3 Flussart 178 3.5 Berechnungen in der Fluss- und Prozessspezifikation 180 3.5.1 Vorgehen bei den Berechnungen 180 3.5.2 Parametererhebung und-deklaration 181 3.5.3 Allgemeine Flussspezifikation 182 3.5.4 Allgemeine Prozessspezifikation 183 3.6 Massenanalyse im RFD 185 3.6.1 Massenbilanz 185 3.6.2 Allgemeingültige Flussberechnungen 187 3.7 Energieberechnung im RFD 192 3.7.1 Energieinhalt von Ressourcenflüssen 192 3.7.2 Energiebilanz 194 3.7.3 Prozesswert Energieeffizienz 197 3.8 Exergieberechnung im RFD 198 3.8.1 Exergie von Ressourcenflüssen 198 3.8.2 Exergiebilanz 199 3.8.3 Beispiel: Exergieanalyse einer Streckspulmaschine 200 3.8.4 Prozesswert Exergieeffizienz 205 3.9 Analyse der grauen Energie 206 3.9.1 Berechnung der grauen Energie 206 3.9.2 Prozesswert graue Prozessenergie 207 3.9.3 Beispiel: Graue Energie einer Spinnerei 209 3.10 Anwendungsbeispiel: Tankstelle 212 D Dynamische Analyse 219 Dl Zustandsdiagramm 221 1.1 Einführung 222 1.2 Zustandsdiagramm: Wozu? 223 1.2.1 Zweck 223
sverzeichnis XI 1.2.2 Anwendung 224 1.2.3 Abgrenzung der Methodik 225 Elemente des Zustandsdiagramms 228 1.3.1 Diagramm 228 1.3.2 Zustand 228 1.3.3 Zustandsübergang 230 1.3.4 Regeln und Beispiele für Zustandsdiagramme 233 Strukturierung des Modells 237 1.4.1 Zustandsstrukturierung in der Hierarchie 237 1.4.2 Elementspezifikation 241 1.4.3 Objektverzeichnis 242 Vom Flussdiagramm zum Zustandsdiagramm 245 1.5.1 Hierarchie von Flussdiagramm und Zustandsdiagramm 245 1.5.2 Schrittweises Vorgehen 247 1.5.3 Schritt 1: Ziel und Anforderungen an das Projekt festlegen 248 1.5.4 Schritt 2: Flussdiagramm ergänzen 248 1.5.5 Schritt 3: Prozessverhalten spezifizieren 249 Empfehlungen und Richtlinien 251 1.6.1 Empfehlungen für Zustandsdiagramme 251 1.6.2 Bestandteile eines POA-Modells 252 Anwendungsbeispiel: Tankstelle 254 Simulationsmodell 259 Einleitung 260 Simulationsmodell: Wozu? 261 2.2.1 Zweck 261 2.2.2 Anwendung 261 2.2.3 Abgrenzung 263 Von Flussdiagramm zu Programmcode 265 2.3.1 Schrittweises Vorgehen 265 2.3.2 Schritt 1: Zweck und Anforderungen des Projekts spezifizieren 265 2.3.3 Schritt 2: Systemstruktur mit Flussdiagramm festlegen 266 2.3.4 Schritt 3: Prozessverhalten mit Zustandsdiagramm modellieren... 268 2.3.5 Schritt 4: Benutzeroberfläche erstellen 270 2.3.6 Schritt 5: Jedes Programmmodul codieren 271 2.3.7 Schritt 6: Systemverhalten testen 273 Unterschiede im Codieren von Simulationsmodell und Echtzeitsteuerung... 274 2.4.1 Vergleich Simulationsmodell und Echtzeitsteuerung 274 2.4.2 Codieren eines Simulationsmodells 276 2.4.3 Weitere Schritte mit dem Simulationsmodell 278
XII Inhaltsverzeichnis 2.5 Einsatz marktgängiger Simulationswerkzeuge 280 2.5.1 Zusammenhang POA und Werkzeuge für diskrete Simulation 280 2.5.2 Evaluation marktgängiger Simulationswerkzeuge 281 2.5.3 Anwendungsbeispiel: Tankstelle mit Simulationsprogramm 284 2.6 Anwendungsbeispiel: Tankstelle 288 2.6.1 Statisches und dynamisches Modell der Tankstelle 288 2.6.2 Benutzeroberfläche 291 2.6.3 Programmcodierung 292 D3 Echtzeitsteuerung 299 3.1 Einleitung 300 3.2 POA bei Echtzeitsteuerung: Wozu? 301 3.2.1 Zweck 301 3.2.2 Anwendung 302 3.2.3 Abgrenzung 303 3.2.4 Definitionen 305 3.3 Betriebszustände von Produktionsmaschinen 306 3.3.1 Produktive und nicht-produktive Zustände 306 3.3.2 Überwachen des Systemzustands 308 3.3.3 Fehlerbehandlung 311 3.4 Systemsicht in der Zustandsdomäne 313 3.4.1 Zweck 313 3.4.2 System mit diskreten Parametern 314 3.4.3 System mit kontinuierlichen und diskreten Parametern 317 3.4.4 System mit kontinuierlichen Parametern 319 3.5 Programmdesign und Codierung 323 3.5.1 Codierung 323 3.5.2 Programmdesign 323 3.5.3 Programmcodierung 325 3.6 Speicherprogrammierte Steuerung eines Heizlüfters 327 3.6.1 Systemstruktur 327 3.6.2 Systemverhalten 328 3.6.3 Risikoanalyse 330 3.6.4 Programmiersprachen für SPS 331 3.7 Anwendungsbeispiel: Tankstelle 334 3.7.1 Steuerung der Zapfsäule 334 3.7.2 Programmcodierung 338
nhaltsverzeichnis XIII : Fallstudien 341 : 1 Systemanalyse eines Dienstleistungsbetriebes 343 1.1 Betrieb einer Bar kennen lernen 344 1.2 Modell erstellen 345 1.2.1 Zu untersuchendes System Bar spezifizieren 345 1.2.2 Detaillierung der Diagramme 348 1.3 Erkenntnisse aus der Fallstudie mit POA 354 Ökonomische Analyse einer Weberei mit integrierter Veredlung 357 Modell einer textilen Produktion 358 Firma und Produkt 359 Vorgehen beim Erstellen des Modells 360 Wertfluss-Diagramme von WebEdel 364 2.4.1 Kontextdiagramm 364 2.4.2 WFD Ebene 1: Produziere Gewebe" 366 2.4.3 WFD der tieferen Ebenen 372 2.4.4 Fiktiver Wertfluss für Kostenabwälzung 377 Erkenntnisse aus der Fallstudie mit POA 379 Exergieanalyse in der Backwarenindustrie 381 Energieanalyse der Croissant-Linie 382 Ressourcenfiuss-Diagramm der Croissant-Linie 383 3.2.1 Kontextdiagramm 383 3.2.2 Ressourcenfiuss-Diagramm Produktionsebene 384 Massenberechnung der Croissants 387 3.3.1 Energieberechnung der Ressourcenflüsse 388 3.3.2 RFD der zweiten Ebene und Produktionslayout 388 Exergieanalyse des Backprozesses 393 3.4.1 Zweck der Exergiebilanz 393 3.4.2 Exergieberechnung der Croissants 394 3.4.3 Exergieberechnung der Energieflüsse 396 3.4.4 Exergetische Effizienz des Backprozesses 397 Erkenntnisse aus der Fallstudie mit POA 398 Konzept und Steuerung einer Entmagnetisierlinie für Fernsehbildröhren 399 Entmagnetisieren von Bildröhren 400 Neukonzeption einer Entmagnetisierlinie 401 Systemgestaltung der neuen Produktionslinie 403
XIV Inhaltsverzeichnis 4.4 Prozesssteuerung für die Bearbeitung der Masken 407 4.5 Erkenntnisse aus der Fallstudie mit POA 410 F5 Simulation einer Hochleistungsweberei 411 5.1 Neues Produktionssetup für eine Weberei 412 5.2 Modell einer Weberei 413 5.2.1 Schritt 1: Kontextdiagramm 413 5.2.2 Schritt 2: Flussdiagramm erste und zweite Ebene 414 5.2.3 Schritt 3: Zustandsdiagramm 416 5.2.4 Schritt 4: Zustandsspezifikation und Zustandsliste 417 5.3 Simulationsmodell für Arbeitsorganisation 418 5.3.1 Programmdesign 418 5.3.2 Benutzeroberfläche 420 5.3.3 Initialisierung 421 5.3.4 Online-Anzeige 421 5.4 Resultate der Simulation der M8300 422 5.5 Erkenntnisse aus der Fallstudie mit POA 425 F6 Reengineering einer Standseilbahn 427 6.1 System einer Standseilbahn 428 6.2 Technische Aufdatierung des Transportsystems 429 6.3 Fluss- und Zustandsdiagramme 430 6.3.1 Flussdiagramm des Transportsystems 430 6.3.2 Zustandsdiagramm des Antriebs 432 6.3.3 Systemhierarchie 435 6.4 Transportsimulation 436 6.4.1 Fernsteuerung 436 6.4.2 Benutzeroberfläche 436 6.4.3 Programmcode 438 6.5 Erkenntnisse aus der Fallstudie mit POA 440 A Anhang 443 A.l Abkürzungen 443 A.2 Glossar 445 A.3 Literaturverzeichnis 447