Materialflusssimulation in der FabrikplanungMaterialflusssimulation in der Fabrikplanung

Fabrikplanung wird zunehmend komplexer. Materialflusssimulation unterstützt Entscheidungen, indem sie Prozesse realitätsnah quantifiziert. Sie kann auch zufällige Einflüsse wie Maschinenausfälle und zeitliche Abhängigkeiten zuverlässig darstellen.

Auf einen Blick

Die Planung und der Betrieb von Fabriken werden zunehmend komplexer. Mit der wachsenden Bedeutung von Sensorik und Aktorik sowie dem Einsatz von Softwaresystemen zur Datenerfassung, -verarbeitung, -analyse und -visualisierung kann die Produktion transparent dargestellt und Entscheidungen datenbasiert getroffen werden. Materialflusssimulation unterstützt diese Entscheidungen durch die realitätsnahe Abbildung von Prozessen und kann auch zufällige Einflüsse wie Maschinenausfälle oder variable Taktzeiten zuverlässig in Analysen darstellen. Gerade in komplexen Systemen bilden Daten für die Materialflusssimulation eine unverzichtbare Grundlage für die realitätsnahe Abbildung und Optimierung von Produktionsprozessen. Mit steigender Menge an Daten sowie der umfassenderen digitalen Darstellung von Produktionsanlagen und -abläufen wird die Simulation von Produktions- und Logistikprozessen auch in KMU eine zunehmende Bedeutung für die Verbesserung der betrieblichen Performance erfahren.

Potentiale für KMU

Im Zusammenspiel mit komplexeren Marktbedingungen, verwundbaren Lieferketten, stark variierenden Stückzahlen und Auftragslagen leistet die Materiaflusssimulation einen Beitrag, um weiterhin wettbewerbsfähig zu produzieren. Allgemeine Potentiale sind unter anderem Aussagen über:

  • die Minimierung von Kosten im System, wie z. B. Material- und Fertigungskosten
  • die Minimierung von Durchlaufzeiten und Beständen
  • die Erhöhung der Produktivität und Lieferbereitschaft
  • die Identifizierung von Engpässen
  • die Einsparung von Zeit und Kosten in Planung und Optimierung.

Ein konkretes Zukunftsszenario wird durch eine Studie der acatech-Deutsche Akademie der Technikwissenschaften [1] anhand eines Beispiels zur intelligenten Matrix-Produktion [2] dargestellt. Hierbei wird die Produktion durch eine umfassende Kommunikationsstruktur zwischen den einzelnen Produktions- und Transporteinrichtungen gesteuert. Algorithmen und Softwaresysteme bilden die Basis, um die komplexen Systeme interagieren zu lassen. Bisher erweist sich die Planung und Inbetriebnahme solcher Systeme als sehr zeit- und kostenintensiv. Materiaflusssimulationen können hier eingesetzt werden, um die Systeme zu planen und in Betrieb zu nehmen.

Anwendungsbereiche in KMU

Materialflusssimulation bietet vielseitige Einsatzszenarien entlang der Planung, Realisierung und Betriebsphase von Produktionssystemen. Die Planung kann durch Analysen zu Ausbringung und der Veränderung von Maschinenkapazitäten oder Produktionsplänen unterstützt werden. Innerhalb der Realisierung können Leistungstests von Anlagen durchgeführt werden. Art und Anzahl von benötigten Produktionsmitteln können realitätsnah getestet werden, um bspw. den Durchsatz oder Puffergrößen zu überprüfen. Während der Betriebsphase kann die Maschinenbelegung optimiert werden, um bessere Reihenfolgen für Produktionsaufträge zu bestimmen. Zudem bietet sich auch eine Optimierung von Transportwegen an, um Layoutanpassungen vorzunehmen oder Produktionsmittel zu entlasten [3].
Eine Studie des VDI-Verein Deutscher Ingenieure [4] skizziert ein konkretes Zukunftsszenario anhand einer Anwendung in der Intralogistik, bei der minimale Wegstrecken innerhalb eines Lagers identifiziert werden sollen. Ein weiteres Beispiel zeigt Anwendungen zur optimalen Planung von Lagerbeständen innerhalb eines Liefernetzwerkes und Möglichkeiten, wie Assistenzsysteme der Zukunft aufgebaut und eingesetzt werden können.

Herausforderungen

Eine generelle Herausforderung bei der Erstellung einer Simulation ist die Datengrundlage in Unternehmen. Ein Großteil der Zeit für Simulationsstudien beschäftigt sich mit der Akquise und Aufbereitung von Daten zu Maschinen und Anlagen, Produktionsprogrammen und Parametern. Oftmals sind die Daten im Unternehmen nur teilweise vorhanden, sodass Erfahrungswissen der Mitarbeiter erst zu nutzbaren Daten übersetzt werden muss. Zudem befinden sich die Informationen in verteilten Systemen. Nicht zuletzt ist jede Simulation nur ein Abbild der Realität und daher gilt hierbei besonders die Prämisse, dass nicht so genau wie möglich, sondern nur so genau wie nötig modelliert werden soll. Wird dies bei der Erstellung der Modelle beachtet, kann Simulation die Performance und Transparenz von Produktions- und Logistikprozessen in allen Bereichen deutlich erhöhen und Kosten senken.

Weiterführende Informationen

  1. hhttps://www.acatech.de/publikation/modellierungs-und-simulationsbedarfe-der-intelligenten-fabrik-expertise/
  2. https://www.fraunhofer-zukunftsfabrik.de/?p=3417
  3. https://www.vdi.de/richtlinien/details/vdi-3633-blatt-1-simulation-von-logistik-materialfluss-und-produktionssystemen-grundlagen
  4. https://www.vdi.de/ueber-uns/presse/publikationen/details/simulation-fuer-produktion-und-logistik-1