Simulation

Globale Produktionsnetzwerke binden Partner mit herausragender Expertise ein und bedienen sich regionaler Kostenvorteile bei Beschaffung und Produktion. Diese Entwicklung führt zu einer steigenden strukturellen Komplexität der Netzwerke, die mit einer Verknüpfung dynamischer Logistikprozesse einhergeht. Die resultierende Dynamik eines großskaligen Produktionsnetzwerks ist gekennzeichnet durch die Dynamik einzelner Logistikprozesse, die Dynamik der Netzwerkstruktur und der Dynamik externer Prozesse, die auf das Produktionsnetzwerk einwirken. Für die Analyse und Gestaltung dieser Netzwerke fehlen in der Praxis jedoch häufig geeignete Vorgehensweisen. Diesen Bedarf greift der vorliegende Beitrag auf und stellt Werkzeuge und Methoden für die Modellierung und Approximation großskaliger Produktionsnetzwerke, die Analyse ihrer Dynamik sowie die robuste Dimensionierung der Netzwerkressourcen vor.

Planung, Ausgestaltung und laufende Verbesserung der heute vorliegenden komplexen Unternehmensstrukturen und technischen Systeme erfordern umfassende Kenntnisse über Technik, Prozesse und IT. In diesem Zusammenhang stellt der effektive und effiziente Einsatz von Planungs- und Simulationswerkzeugen Planer und Anlagenbetreiber mehr denn je vor die Herausforderung, ihr Wissen zielorientiert für ihre Planungsaufgaben zu nutzen und in kreativen Prozessen zu erweitern. Wissen wird somit immer mehr ein entscheidender Produktivitätsfaktor und ein wichtiger Bestandteil des Unternehmenskapitals. Vor diesem Hintergrund diskutiert dieser Beitrag Möglichkeiten zur Systematisierung und Standardisierung des simulationsgestützten Engineerings und hier insbesondere die Nutzung von Assistenzfunktionen sowie von systematischen Bewertungsmethodiken, um die Produktivität des Simulationseinsatzes zu erhöhen.

Komplexität beherrschbar zu machen ist eines der Kernthemen von produzierenden Unternehmen weltweit. Es ist hierbei zu beobachten, dass die in Unternehmen noch immer oft anzutreffende funktionsorientierte Organisation zwar die Komplexität der Einzelprozesse reduziert und somit kontrollierbar macht, jedoch häufig lokale Zielsysteme erzeugt, die im Gegensatz zu den globalen Unternehmenszielen stehen. Diese Problematik spiegelt sich auch in den IT-Systemen der Unternehmen wieder. In diesem Beitrag soll ein Ansatz vorgestellt werden, wie diese starren, funktionsorientierten Abläufe über gemeinsame Planungsprozesse sowie übergreifende IT-Systeme, sogenannte Logistische Assistenzsysteme (LAS), mehr Integration erfahren können. Zur Verdeutlichung des beschriebenen Ansatzes wird das Problem der integrierten Auftragsreihenfolge- und Transportplanung in der Automobilindustrie vorgestellt und eine Lösung anhand einer prototypischen Umsetzung illustriert.

Angesichts der demographischen Entwicklung ergeben sich Fragen bezüglich der langfristigen Leistungsentwicklung von Arbeitssystemen bei einer immer älter werdenden Belegschaft. Diese Fragen sind besonders dann dringlich, wenn Arbeitssysteme mit vorwiegend mentalen Anforderungen über viele Jahre hinweg betrieben werden sollen. Das Simulationsverfahren ESPE-AS kann dabei helfen, die Leistungsentwicklung eines Arbeitssystems bei einer vorhandenen Belegschaft für zukünftige Planungszeiträume zu prognostizieren. Der Beitrag beschreibt einen ersten Ansatz dieser simulationsunterstützten Planungsmethode und veranschaulicht sie anhand der Routinetätigkeit in einer Arbeitsplanungsabteilung.

Bedingt durch Dynamik und Komplexität in Produktions- und Zulieferernetzwerken ist die Kundennachfrage nach Produkten eines Unternehmens innerhalb eines solchen Netzwerkes häufig starken Schwankungen unterworfen. Zur Gewährleistung einer effektiven Produktionsplanung und -steuerung müssen jedoch zukünftige Kundenbedarfe möglichst exakt prognostiziert werden. Klassische statistische Prognosemethoden sind meist leicht anwendbar, allerdings nicht dazu in der Lage, ausreichend auf dynamische Strukturen innerhalb der Bestelldaten zu reagieren. Methoden der Nichtlinearen Dynamik berücksichtigen zusätzlich zu quantitativen, auch qualitative Informationen, um mögliche deterministische Strukturen zu identifizieren und Zeitreihen besser vorherzusagen. Dieser Beitrag stellt einen Ansatz zur Entwicklung einer Datenbank mit Handlungsempfehlungen zur Auswahl geeigneter Prognoseverfahren in unterschiedlichen Unternehmenssituationen vor.

Container-Terminals sind komplexe Logistiksysteme. Um hochproduktive Umschlagsprozesse und einen effizienten Ressourceneinsatz zu erreichen, werden in der Praxis Optimierungsverfahren und Simulationsmodelle eingesetzt. Dieser Beitrag zeigt in einer Fallstudie vom Container-Terminal Altenwerder in Hamburg, wie Simulation und Optimierung angewendet werden können, um den Umschlag von Kühlcontainern effizient zu gestalten. Es wird gezeigt, welche Potenziale Optimierungsverfahren zur Steuerung des operativen Einsatzes der sogenannten Kühlhandwerker bieten und wie Simulationsmodelle bei der Konzeption und Bewertung dieser Verfahren eingesetzt werden können.

Virtuelle Prototypen gewinnen zunehmend an Bedeutung, da sie die frühzeitige Erprobung von Maschinen erlauben und den Kunden von Anfang an in die Entwicklung des Produkts einbeziehen. Die Erstellung virtueller Prototypen ist aber immer noch ein ressourcenintensives Projekt. Im Rahmen des BMBF geförderten Forschungsprojekts INPROVY wurde eine modellgestützte Methode entwickelt, die eine systematische Erstellung von virtuellen Prototypen erlaubt. Wiederverwendung von Simulationskomponenten sowie die Integration der Produktmanagement-Perspektive sind die Stärken dieser Methode. Am Beispiel einer mobilen Baumaschine wird gezeigt, wie sich Simulationsmodelle für verschiedene Anforderungen effizient erstellen lassen und unterschiedliche Varianten eines Produkts verwaltet werden können.

Im Rahmen des Forschungsprojekts LUPO wird ein hybrides Simulationslabor geschaffen, in welchem die Vorteile der Computersimulation mit denen einer Modellfabrik kombiniert werden. Zur systematischen Aufnahme, Darstellung und Analyse verschiedener Fertigungsprozesse wurde ein Vorgehensmodell geschaffen, welches auf die speziellen Anforderungen (schnelle, flexible, aufwandsarme Ermittlung belastbarer Ergebnisse) des Projekts eingeht. Eine Bibliothek an Produktionsobjekten ermöglicht die Wiederverwendung bereits bestehender Maschinen und damit eine Reduzierung des Simulationsaufwands.

Wandlungsfähigkeit beschreibt die Fähigkeit einer Organisation, Veränderungen nachhaltig zu etablieren. Bereits in der Planungsphase die Wandlungsfähigkeit eines Systems richtig planen und gestalten zu können, ist ein entscheidender Faktor, der bei der Betrachtung wandlungsfähiger Logistiksysteme berücksichtigt werden muss. Hieraus ergibt sich die Notwendigkeit der konzeptionellen Veränderung eingesetzter Planungsmethoden. Die Modularisierung von Simulationsmodellen im Rahmen der ereignisdiskreten Simulation, als etablierte Planungsmethode, ist ein möglicher erster Schritt in diese Richtung, sodass auch die Wandlungsfähigkeit in die modellgestützte Analyse einbezogen werden kann. Vor diesem Hintergrund diskutiert der Beitrag Möglichkeiten zum Aufbau modularer Simulationsmodelle und zeigt auf, wie eine Modularisierung in der Praxis vorzunehmen ist.

Aufgrund des ständig wachsenden Energiebedarfs Brasiliens gewinnen zunehmend regenerative Energien an Bedeutung. Neben der in Brasilien bereits intensiv genutzten Wasserkraft bietet sich insbesondere für die küstennahen Regionen im Norden Brasiliens zusätzlich die Windkraft zur Energieerzeugung an. In der Entwicklung befindliche Windkraftanlagen zeigen einen deutlichen Trend: größer, leistungsstärker und vor allem wirtschaftlicher. Längst sind die Grenzen der physikalischen Machbarkeit mit der traditionellen Massivbauweise von Bauteilen wie z. B. den Generatorwellen aufgrund des hohen Gewichts erreicht. Eine Gewichtsreduktion bei gleichzeitiger Steigerung der wartungsfreien Einsatzdauer ist die zu lösende Aufgabe eines brasilianisch-deutschen Forscherteams. Das Institut für Bildsame Formgebung der RWTH Aachen erarbeitet im Rahmen der „Brazilian German Collaborative Research Initiative in Manufacturing Technology“ (BRAGECRIM) gemeinsam mit der „Universidade Federal do ...