Plant Simulation und SimTalk

Praxishandbuch Plant Simulation und SimTalk Anwendung und Programmierung in über 150 Beispiel-Modellen e ell n od vo m n iel sio sp er ei ov B m die ch De 0; Bu D: 1 em f C tion d Au ula aus m Si nt Pla Steffen Bangsow

Steffen Bangsow Praxishandbuch Plant Simulation und SimTalk

Steffen Bangsow Praxishandbuch Plant Simulation und SimTalk Anwendung und Programmierung in über 150 Beispiel-Modellen

Der Autor: Steffen Bangsow, Zwickau Alle in diesem Buch enthaltenen Informationen wurden nach bestem Wissen zusammen gestellt und mit Sorgfalt getestet. Dennoch sind Fehler nicht ganz auszuschließen. Aus diesem Grund sind die im vorliegenden Buch enthaltenen Informationen mit keiner Ver pflichtung oder Garantie irgendeiner Art verbunden. Autor und Verlag übernehmen infolge dessen keine Verantwortung und werden keine daraus folgende oder sonstige Haftung übernehmen, die auf irgendeine Weise aus der Benutzung dieser Informationen oder Teilen davon entsteht, auch nicht für die Verletzung von Patentrechten, die daraus resul tieren können. Ebenso wenig übernehmen Autor und Verlag die Gewähr dafür, dass die beschriebenen Verfahren usw. frei von Schutzrechten Dritter sind. Die Wiedergabe von Gebrauchs namen, Handelsnamen, Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt also auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz- Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benützt werden dürften. Bibliografische Information der deutschen Nationalbibliothek: Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen National bibliografie; d etaillierte bibliografische Daten sind im Internet unter http://dnb.d-nb.de abrufbar. Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte, auch die der Übersetzung, des Nachdruckes und der Vervielfältigung des Buches, oder Teilen daraus, vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form (Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren), auch nicht für Zwecke der Unterrichtsgestaltung, reproduziert oder unter Ver wendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden. 2011 Carl Hanser Verlag München Gesamtlektorat: Julia Stepp Herstellung: Stefanie König Sprachlektorat: Sandra Gottmann, Münster-Nienberge Umschlagkonzept: Marc Müller-Bremer, www.rebranding.de, München Umschlagrealisation: Stephan Rönigk Satz: Kösel, Krugzell Druck und Bindung: Kösel, Krugzell Printed in Germany ISBN 978-3-446-42782-2 E-Book-ISBN 978-3-446-42903-1 www.hanser.de

Inhalt 1 Simulationsmethodik... 1 1.1 Vorgehensmodell... 1.2 Zielvereinbarung... 1.3 Systembeschreibung... 1.4 Modellentwurf... 1.5 Modellbildung... 1.6 Verifikation... 1.7 Experimentplanung... 1.8 Experimentdurchführung und Auswertung... 1 2 3 4 6 6 6 8 2 Programmieren mit SimTalk... 9 2.1 2.2 Der Baustein Methode... 9 Das Methodenfenster... 11 2.3 2.4 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 2.2.5 2.2.6 Zeilennummern, Texteingabe... Lesezeichen... Codevervollständigung... Informationen über Attribute und Methoden... Vorlagen... Der Debugger... SimTalk-Sprachelemente... 2.3.1 Namen... 2.3.2 Anonyme Bezeichner... 2.3.3 Pfade... 2.3.4 Namensraum... 2.3.5 Kommentare... Variablen und Datentypen... 2.4.1 Variablen... 2.4.2 Lokale Variablen... 2.4.3 Globale Variablen... 11 12 12 12 14 14 15 15 15 17 17 17 18 18 19 20

VI Inhalt 2.5 Operatoren... 22 2.5.1 2.5.2 2.5.3 Mathematische Operatoren... Relationale Operatoren... Zuweisungen... 2.6 Verzweigungen... 2.7 Fallunterscheidung... 2.8 Schleifen... 2.8.1 Bedingungsschleifen... 2.8.2 Zählerschleifen... 2.9 Methoden, Funktionen... 2.9.1 Parameterübergabe... 2.9.2 Mehrere Parameter übergeben... 2.9.3 Funktionsergebnis... 2.9.4 SimTalk-Funktionen... 2.9.5 Methodenaufruf... 2.10 Unterbrechung von Methoden... 2.10.1 Wait-Anweisung... 2.10.2 Suspendierung von Methoden... 2.11 Debuggen, Optimieren... 2.11.1 Haltepunkte in Methoden... 2.11.2 Haltepunkte im Ereignisverwalter... 2.11.3 ErrorHandler... 2.11.4 Profiler... 22 23 24 25 26 27 27 28 30 30 31 32 34 35 46 46 46 49 49 51 51 54 3 Simulation von Produktionsprozessen... 57 3.1 Materialflussbausteine... 57 3.1.1 Allgemeines Verhalten der Materialflussbausteine... 58 3.3.1 3.3.2 3.3.3 3.3.4 68 73 75 78 78 78 80 82 85 85 85 89 92 3.2 Der Schichtkalender... 64 3.3 SimTalk-Attribute und -Methoden der Materialflussbausteine... 68 3.4 3.5 Zustände der Materialflussbausteine... Rüsten... Fertigmeldungen... Belegung der Materialflusselemente... Bewegliche Elemente... 3.4.1 Standardmethoden der beweglichen Elemente... 3.4.2 Länge, Breite und Buchungspunkt... 3.4.3 Fördergut und Förderhilfsmittel... Systemgrenzen, Quelle und Senke... 3.5.1 Grundverhalten der Quelle... 3.5.2 Einstellungen der Quelle... 3.5.3 Benutzerdefinierte Quelle mit SimTalk... 3.5.4 Die Senke...

Inhalt VII 3.6 Einzelbearbeitung... 92 3.6.1 3.6.2 Einzelstation, starr verkettete Maschinen... 92 Losweise Fertigung... 93 3.7 Gleichzeitige Bearbeitung von mehreren Teilen... 98 3.7.1 Die Parallelstation... 98 3.7.2 Mehrfachaufspannungen mit der Parallelstation simulieren... 101 3.7.3 Kontinuierliche Bearbeitungen, starre Transferstraßen... 103 3.7.4 Der Takt, flexible Taktstraßen... 104 3.8 Montageprozesse... 106 3.8.1 Die Montagestation... 107 3.8.2 Montagevorgänge mithilfe von SimTalk simulieren... 108 3.9 Demontage... 111 3.9.1 Die Demontagestation... 111 3.9.2 Demontage mit SimTalk... 115 3.10 Ausschuss und Nacharbeit... 117 3.10.1 Die Flusssteuerung... 117 3.10.2 Ausschuss mithilfe des Ausgangsverhaltens simulieren... 119 4 Informationsfluss... 123 4.1 4.2 Der Listeneditor... 123 Eindimensionale Listen... 124 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.2.1 4.2.2 4.2.3 Die Kartei... 124 Stapel und Warteschlange... 126 Suchen in eindimensionalen Listen... 126 Die Tabelle... 127 4.3.1 Methoden und Attribute der Tabelle... 127 4.3.2 Suchen in Tabellen... 128 4.3.3 Subtabellen und Sublisten... 132 Die Zeitleiste... 133 4.4.1 Der Baustein Zeitleiste... 133 4.4.2 Zeitleiste mit Tabelle und SimTalk... 135 Der Trigger... 137 4.5.1 Der Baustein Trigger... 137 4.5.2 Trigger mit SimTalk und Tabellen... 139 Der Generator... 146 4.6.1 Der Baustein Generator... 146 4.6.2 Benutzerdefinierter Generator mit SimTalk... 148 Der Attributverwalter... 149 Ereignisverwalter... 152

VIII Inhalt 5 Die Arbeit mit Zufallswerten... 153 5.1 Arbeit mit Verteilungstabellen... 153 5.2 Arbeiten mit Wahrscheinlichkeits verteilungen... 159 5.3 5.2.1 Verwendung von DataFit zur Ermittlung von Wahrscheinlichkeits verteilungen... 159 5.2.2 Verwendung von Gleichverteilungen... 162 Der Experimentverwalter... 163 6 Simulation von Transportprozessen... 167 6.1 Förderstrecke... 167 6.1.1 6.1.2 Attribute der Förderstrecke... 168 Kurven und Ecken... 169 6.2 Eckumsetzer und Drehtisch... 171 6.2.1 Einstellungen des Eckumsetzers... 173 6.2.2 Einstellungen des Drehtisches... 173 6.3 Die Drehplatte... 174 6.3.1 Grundverhalten der Drehplatte... 174 6.3.2 Einstellungen der Drehplatte... 174 6.4 Der Umsetzer... 176 6.4.1 Einstellungen des Umsetzers... 176 6.5 Der Weg... 179 6.6 Sensoren auf längenorientierten Bausteinen... 180 6.6.1 Funktion und Einsatz von Sensoren... 180 6.6.2 Lichtschrankenmodus... 183 6.6.3 Just-in-Sequence-Anlieferung... 185 6.6.4 Sensoren automatisch erzeugen... 186 6.7 Das Fahrzeug... 188 6.7.1 Eigenschaften des Fahrzeuges... 189 6.7.2 Fahrzeuge be- und entladen... 191 6.7.3 SimTalk-Methoden und -Attribute des Fahrzeuges... 192 6.7.4 Anhalten und losfahren... 192 6.7.5 Losfahren nach einer bestimmten Zeit... 194 6.7.6 Wegsuche... 196 6.7.7 Sensorposition, Sensor-ID, Richtung... 204 6.7.8 Anfahrverzögerungsdauer... 208 6.7.9 Ladeflächentyp Förderstrecke, Querverschiebewagen... 213 6.7.10 Zugmaschine... 218 6.7.11 Fahrzeuge mit Batterie simulieren... 226

Inhalt IX 7 7.1 Simulation von Robotern und Handhabungstechnik... 231 Pick and Place... 231 7.1.1 7.1.2 7.1.3 Eigenschaften des Pick-and-Place-Objektes... 232 Sperrwinkel... 234 Zeitfaktor... 235 7.2 Simulation von Robotern... 236 7.2.1 Ausgangsverhalten zyklische Folge... 236 7.2.2 Be- und Entladung von Maschinen mit Robotern (Einfachgreifer)... 237 7.2.3 Beladung von Maschinen durch Roboter mit Doppelgreifer... 239 7.2.4 Montage mit Roboter... 240 7.2.5 Benutzerdefinierte Transport- und Prozesszeiten berücksichtigen... 243 7.2.6 Vorteile und Grenzen des PickAndPlace-Objektes... 246 7.3 Handlingroboter mit Weg und Fahrzeug simulieren... 246 7.3.1 Grundmodell und allgemeine Steuerung... 246 7.3.2 Teilparametrisierte Steuerungsentwicklung... 254 7.3.3 Berücksichtigung der Handling- und Prozesszeiten des Roboters... 258 7.3.4 Synchrone und asynchrone Steuerung des Roboters... 266 7.4 Der Schutzkreis... 272 7.5 Portalroboter... 274 8 Simulation von Lagerprozessen... 281 8.1 8.2 Der Puffer... 281 Der Sortierer... 282 8.3 8.2.1 8.2.2 Grundverhalten... 282 Sortierer-Eigenschaften... 282 Das Lager... 285 8.3.1 Lagerbaustein... 285 8.3.2 Chaotische Lagerung... 286 8.3.3 Virtuelle Lagerhaltung... 294 9 Simulation von Werkern... 301 9.1 Ressourcenbausteine... 301 9.1.1 9.1.2 9.1.3 9.1.4 9.1.5 9.1.6 9.1.7 Werker-Werkerpool-Arbeitsplatz-Fußweg-Konzept... 301 Der Broker... 302 Der Werkerpool... 303 Der Werker... 304 Der Fußweg... 305 Der Arbeitsplatz... 305 Teiletransport durch den Werker... 306 9.2 Simulation von Werkern mit Fahrzeug und Weg... 308

X Inhalt 10 Hierarchische Simulation... 313 10.1 Das Netzwerk... 313 10.2 Der Übergang... 313 10.3 Animationsstrukturen und Referenzpunkte... 317 10.3.1 Referenzpunkt festlegen... 317 10.3.2 Animationsstrukturen in Bausteinen... 318 10.4 Animation von Netzwerkbausteinen... 320 11 Kosten in der Simulation... 323 11.1 Produktionsbegleitende Kalkulation... 323 11.2 Umlaufvermögen... 325 11.3 Maschinenstundensatzrechnung... 327 12 Statistik... 331 12.1 Statistikerfassungszeit... 331 12.2 Statistische Methoden und Eigenschaften... 333 12.2.1 12.2.2 12.2.3 12.2.4 12.2.5 12.2.6 Statistikdaten in eine Datei schreiben... 334 Durchschnittswerte ermitteln... 336 Aufzeichnen von Werten... 338 Daten der Senke... 339 Statistikwerte des Bausteins Variable... 340 Statistik des Fahrzeugs... 341 12.3 Anzeigebausteine... 344 12.3.1 Diagramm... 344 12.3.2 Das Sankey-Diagramm... 352 12.3.3 Die Engpassanalyse... 355 12.3.4 Das Display... 356 12.3.5 Der Kommentar... 357 12.4 Der Bericht... 358 12.4.1 Automatischer Ressourcenbericht... 358 12.4.2 Berichtskopf... 359 12.4.3 Berichtsdaten... 359 12.4.4 Texte in Berichten... 361 12.4.5 Objekte in Berichten anzeigen lassen... 363 12.4.6 Bilder auf Berichten anzeigen lassen... 365 12.5 Oberflächen-Bedienelemente... 365

Inhalt XI 13 Datenaustausch... 367 13.1 DDE mit Plant Simulation... 367 13.2 13.3 13.4 13.5 14 13.1.1 13.1.2 13.1.3 13.1.4 Plant Simulation-Daten aus Excel heraus lesen... 367 Excel-Daten in Plant Simulation einlesen... 369 Plant Simulation aus Excel heraus fernsteuern... 370 DDE-Hotlinks... 372 Die Dateischnittstelle... 373 Die ODBC-Schnittstelle... 375 13.3.1 Eine ODBC-Datenquelle einrichten... 375 13.3.2 Daten aus einer Datenbank lesen... 378 13.3.3 Daten in eine Datenbank schreiben... 381 13.3.4 Daten in einer Datenbanktabelle löschen... 382 13.3.5 SQL-Befehle... 382 SQLite-Schnittstelle... 384 13.4.1 SQLite... 384 13.4.2 Datenbanken und Tabellen anlegen... 385 13.4.3 Arbeiten mit SQLite-Datenbanken... 386 13.4.4 SQL-Funktionen... 391 XML-Import und -Export... 391 13.5.1 Einführung XML... 391 13.5.2 XML-Dateien in Tabellen einlesen... 392 13.5.3 Die XML-Schnittstelle... 393 Benutzerdefinierte Dialogfenster... 401 14.1 Dialogelemente... 401 14.2 Der Dialogbaustein... 402 14.2.1 14.2.2 14.2.3 14.2.4 14.2.5 14.2.6 14.2.7 14.2.8 14.2.9 14.2.10 14.2.11 14.2.12 Callback-Funktion... 405 Das statische Textfeld... 406 Textfelder (Eingabefelder)... 406 Bilder auf Dialogen... 407 Schaltflächen... 408 Optionsfelder... 410 Kontrollkästchen (Checkbox)... 412 Drop-down-Listenfeld... 412 Listenansicht... 414 Register-Steuerelemente... 416 Gruppenfeld... 416 Menüs und Menüeinträge... 416 14.3 Zugriff auf Dialoge... 418 14.4 Methoden und andere Bausteine schützen... 418 14.5 Prüfung von Benutzereingaben... 419

XII Inhalt 14.6 Meldungsfenster... 420 14.7 HTML-Hilfe... 421 15 Plant Simulation3D... 423 15.1 Einführung in Plant Simulation 3D... 423 15.2 Bewegung in der Szene... 424 15.3 Formatierung der 3D-Objekte... 425 15.3.1 15.3.2 15.3.3 15.3.4 3D-Grafik laden... 425 Transformation... 427 3D-Animationspfade bearbeiten... 429 Kamerafahrten... 431 Index... 433

Hinweise zur Buch-CD und zur Demo-Lizenz CD zum Buch Als Käufer des Buches haben Sie die Möglichkeit, die im Buch beschriebenen Modelle selbst nachzubauen. Alle größeren Beispiele aus dem Buch finden Sie auf der beiliegenden CD und auf meiner Webseite unter http://www.bangsow.de. Auf der CD finden Sie darüber hinaus auch die Demoversion für Siemens Plant Simulation Version 10. Nach Installation der Software können Sie auf der Webseite http://www. emplant.de/demo/index.html nach vollständiger Registrierung inklusive Angabe Ihrer persönlichen Code-Nummer, die Sie auf der ersten Seite dieses Buches finden, eine DemoLizenz anfordern. Ausführliche Informationen zur Installation finden Sie in der Datei in stall.pdf auf der CD. Die Demo-Lizenz ist auf 80 Materialflussobjekte beschränkt und nicht übertragbar. Weitere Informationen finden Sie auf obiger Webseite. Minimale PC-Konfigurationen für Plant Simulation 10 sind: Microsoft Windows 2000 mit SP 4, Windows XP mit SP 1 oder höher, Windows Vista oder Windows 7 Microsoft Internet Explorer 7 oder höher INTEL Pentium III Prozessor oder vergleichbares Produkt 500 MB verfügbarer Speicherplatz auf der Festplatte 1 GB RAM Grafikauflösung von 1024 x 768 Pixeln Netzwerkkarte mit fixer Ethernet-ID (MAC-Adresse) Hinweise zur Begrenzung auf 80 Materialflussobjekte Die Anzahl der in der Demo-Lizenz zulässigen Materialflussobjekte ist auf 80 begrenzt. Dabei zählen die Objekte in der Klassenbibliothek mit. Plant Simulation zählt folgende Objekttypen nicht: Methode, Kommentar, Variable, Kante, Übergang, Fördergut, Förderhilfsmittel, Fahrzeug, Listen und Tabellen. Achtung: Viele der Werkzeuge auf der Registerkarte Tools sind zusammengesetzte Objekte, die wiederum eine gewisse Anzahl Objekte enthalten, die mit zählen. Das kann dazu führen, dass nach dem Einsetzen eines solchen Tools die Grenze von 80 Objekten bereits erreicht ist.