Ablaufsimulation in der Automobilindustrie

Frontmatter

1. Einleitung

Zusammenfassung

Die Einleitung führt zunächst kurz in die ereignisdiskrete Simulation zur Analyse und Bewertung von Produktions- und Logistiksystemen ein und erläutert ebenfalls ihre Rolle im Kontext der Digitalen Fabrik für die Automobilindustrie. Zudem werden einige Hinweise zum Aufbau des Buches gegeben. Im Anschluss verdeutlicht ein kurzer Überblick den aktuellen Stand der Technik zu den verwendeten Simulationswerkzeugen in der deutschen Automobilindustrie. Ergänzend werden die Facetten der Standardisierung zur Unterstützung der Simulationsexperten und zur Einbindung der Ablaufsimulation in die betriebliche Organisation vorgestellt.

Gottfried Mayer, Carsten Pöge, Sven Spieckermann, Sigrid Wenzel

2. Ablaufsimulation von Karosseriebauten

Zusammenfassung

Der Karosseriebau ist geprägt durch hohe Automatisierung und einen Anspruch an größtmögliche Flexibilität im Hinblick auf baubare Typen und Derivate. Der Artikel zeigt am Anfang, wie die Ablaufsimulation den Karosseriebau-Planungsprozess in den einzelnen Phasen unterstützt. Im Anschluss wird anhand eines virtuellen Beispielprojektes aufgezeigt, wie ein Karosseriebau in einem abstrakten Simulationsmodell abgebildet, analysiert und simuliert werden kann. Das Beispiel beginnt mit der Aufbereitung der Daten, deren Validierung und Verifikation und erstreckt sich bis zur Simulation und deren Auswertung. Die Basis dafür bilden Standardbausteine, die in vielen Unternehmen der deutschen Automobilindustrie und bei deren Zulieferern verwendet werden.Abschließend wird im Ausblick dargestellt, wo sich die Simulation von Karosseriebauten zwischen aktuellem Stand und der Zukunftsvision Industrie 4.0 bewegen könnte.

Claudia Wick, Michael Lüdemann, Gottfried Mayer

3. Ablaufsimulation von Karosseriebauanlagen

Zusammenfassung

Dieser Artikel befasst sich mit der Ablaufsimulation eines typischen Bereichs im Karosseriebau mit der starren Verkettung von einzelnen Roboterzellen und -stationen. Im Gegensatz zur Robotersimulation ist es nicht das Ziel, die Programme der Roboter zu erstellen oder die geometrische Erreichbarkeit der Teile abzusichern, sondern die grundlegende Funktion der Karosseriebauanlage im Hinblick auf Ausbringung, Taktzeiten und Bauteilreihenfolge sicherzustellen. Die Vorgehensweise selbst ist nicht auf Roboteranlagen beschränkt, sie ist auf beliebige, hochautomatisierte Anlagen übertragbar.

Claudia Wick, Karina Schäfer, Volker Habicht, Gottfried Mayer

4. Simulation eines Farbsortierspeichers und eines Nacharbeitsbereiches einer Lackiererei der Automobilindustrie

Zusammenfassung

Die Simulation als Planungs- und Analyse-Werkzeug vor Produktionsbeginn sowie später produktionsbegleitend hat sich in den vergangenen zwei Dekaden einen hervorragenden Ruf erarbeitet und ist heutzutage aus dem Produktionsplanungsprozess und dem Produktionsprozess nicht mehr wegzudenken. Gleichwohl ist zu erwarten, dass ihr auch in Zukunft eine immer wichtigere Rolle zukommen wird. In diesem Beitrag wird deswegen in mehreren Abschnitten am Beispiel eines konkreten Produktionsbereiches beschrieben, was die wesentlichen Aspekte für den Einsatz der Simulation sind. Dabei wird die ökonomische Notwendigkeit für die Simulation dargestellt, der Produktionsbereich in seiner technischen Funktionsweise beschrieben und dann auf den sehr spezifischen Aufbau des Simulationsmodells eingegangen. Dabei ist das Ziel, einerseits die Komplexität aufzuzeigen, die in sehr erheblichem Umfang von den verschiedensten Einflüssen, wie zum Beispiel dem Nacharbeitsbereich oder der Forderung nach Sequenzstabilität, abhängt. Andererseits soll aber auch dargestellt werden, wie eminent wichtig eine systematische und strukturierte Herangehensweise an solch eine Simulationsaufgabe ist. Im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit, aber auch im Hinblick auf die Beantwortung der Aufgabenstellung ist dies unumgänglich.

Georg Mehlig

5. Ablaufsimulation in der Fahrzeugendmontageplanung – Eine einheitliche und transparente Simulationsmethodik fördert die Nachvollziehbarkeit und das Vertrauen

Zusammenfassung

Die Erstellung komplexer Simulationsmodelle und die Durchführung von Simulationsstudien erfordern neben modernen Simulationstools auch spezielle Expertise, die nur von technischen Spezialisten auf dem Gebiet der Simulation geleistet werden kann. Darüber hinaus ist es absolut notwendig, dass Fabrik- und Prozessplaner an Simulationsstudien mitarbeiten, die Inhalte verstehen, Vertrauen zu den Ergebnissen haben und letztendlich die Erkenntnisse umsetzen.

Um den Ansprüchen beider Seiten gerecht zu werden, sollte der Simulationsexperte eine einheitliche und transparente Projektmethodik etablieren, die einen Leitfaden für alle Projekte darstellt. Dieser Beitrag stellt die Integration der Ablaufsimulation in die Fabrikplanung am Beispiel des Fertigungsbereichs Endmontage vor und liefert Beispiele für allgemein verständliche Vorgehensweisen.

Joachim Opp

6. Ablaufsimulation gekoppelt mit Arbeitsplatzsimulation im Bereich der Montage Automobilsitze

Zusammenfassung

Ablaufsimulationen dienen inzwischen seit langer Zeit als Werkzeuge zur Planung, Validierung, Analyse und Verbesserung von konzeptionierten oder bestehenden Anlagen. Auf der Basis von ereignisdiskreten Modellen und eingelesenen Auftrags-, Fluss- und Zustandsdaten ermöglichen sie ein breites Einsatzspektrum von der Dimensionierungsplanung, über die virtuelle Inbetriebnahme bis hin zur Analyse des operativen Betriebs. Lag der Fokus bisher auf detaillierten Abbildungen der Maschinen und ihrer Integration in die Planung, folgen aktuelle Trends dem Anspruch auch Mitarbeitende und ihre Arbeitsplätze durch immer komplexe und parametrisierbare Simulationselemente abzudecken.

Am Beispiel Faurecia, einem der weltweit größten Automobilzulieferer, soll der Einsatz einer Ablaufsimulation zur Planung von Arbeitsplätzen demonstriert werden. In Kombination mit individuellen Produktions- und Materialflussplänen wird die Verarbeitung der einzelnen von Mitarbeitenden und Arbeitsplätzen transportierten und prozessierten Unterprodukte abgebildet. Auf dieser Grundlage wird es möglich, arbeitsplatzbasierte Produktionsabläufe zu erfassen und zu simulieren.

Heike Wilson, Karsten Wendt

7. Simulationsbasierte Ausbringungssteigerung der Endmontageprüfstände einer Lkw-Fertigung

Zusammenfassung

Im letzten Prozessschritt einer Lkw-Fertigung durchlaufen die bereits fertig montierten Lkw Rollenprüfstände, auf denen zur Qualitätssicherung alle Funktionen der Lkw geprüft werden. Prüf- und Nacharbeitszeiten hängen stark von Lkw-Typ und Ausstattung ab. In der real existierenden Produktion erweisen sich die Prüfstände je nach Fertigungsprogramm und Nacharbeitsaufkommen immer wieder als Produktionsengpässe.

Im Rahmen des Beitrags werden mittels einer Simulationsstudie basierend auf historischen Produktionsdaten alternative Algorithmen zur Belegung der Rollenprüfstände sowie strukturelle Alternativen untersucht, um den Engpass zu beseitigen. Das Simulationsprojekt ist in zwei Phasen unterteilt. In der ersten Phase wird die aktuelle Ist-Situation abgebildet und mit realen Daten validiert. Eingangsdaten für das zu validierende Modell sind u. a. das Schichtmodell, die Anzahl Werker im Einsatz, die Verfügbarkeiten, die Steuerstrategien und Nacharbeitsquoten sowie eine Mitschrift des Produktionsprogramms über mehrere Monate. Letzteres ermöglicht die Ermittlung der typ- und ausstattungsbedingten Prüf- und Nacharbeitszeiten. In der zweiten Phase wird versucht, durch eine verbesserte Steuerstrategie zur Aufteilung der Lkw auf die Rollenprüfstände einen höheren Durchsatz zu erreichen.

Niklas Rommelspacher

8. Simulation in der mechanischen Fertigung im Bereich Antriebsstrang

Zusammenfassung

Die Adam Opel AG, Bereich ME Propulsion Systems, Manufacturing Support, Simulation & Analysis setzt seit mehr als 15 Jahren Ablaufsimulation in zahlreichen Projekten erfolgreich ein. Untersuchungsgegenstände sind neben Motor- und Getriebemontagelinien die vorgelagerten Einzelteilfertigungen (mechanische Fertigung), die den Schwerpunkt dieses Beitrags bilden. Neben den speziellen Herausforderungen im Bereich mechanische Fertigung bilden die Aufgabenstellung, das eingesetzte Simulationstool und die grundlegende Arbeitsweise weitere Schwerpunkte.

Arnim Steinel, Stefan Sutter, Jörg Kemper, Sven Spieckermann

9. Möglichkeiten, Grenzen und Herausforderungen der Ablaufsimulation hinsichtlich der Gestaltung moderner Motorenmontagekonzepte

Zusammenfassung

Das Kapitel beschreibt die Anwendung der Simulation im Rahmen der Planung und Gestaltung von Powertrain-Montagesystemen. Zuerst werden Montageprinzipien sowie verwendete Technologien vorgestellt. Aufbauend auf den planerischen Fragestellungen werden unterschiedliche Modellierungsansätze für die Montagesimulation erläutert sowie deren Anwendungsfälle und Grenzen aufgezeigt. Für die spätere Auswertung der Ergebnisse eines Simulationsmodells der Montage spielt auch die Festlegung der in solchen Systemen vorkommenden Zustände eine elementare Rolle. Daher werden die in diesem Zusammenhang relevanten Zustände diskutiert.

Des Weiteren wird die Simulation von Personal in Montagesystemen thematisiert; in diesem Zusammenhang werden die tatsächlich anfallenden Personalaufgaben in einer Montage sowie die Möglichkeiten ihrer Abbildung in einem Simulationsmodell diskutiert. Die Festlegung des zu modellierenden Personalumfangs wird dabei stets mit den planerischen Fragestellungen und den zur Verfügung stehenden Eingangsdaten abgestimmt.

Jasmin Pennicke, Thomas Strigl

10. Simulation der Inbound-Logistik

Zusammenfassung

Automobilfabriken sind praktisch immer in globale Lieferketten integriert. Um die Versorgung dieser Werke sicherzustellen, müssen Lieferketten so robust gestaltet werden, dass sie mögliche Störeinflüsse ausgleichen können. Für die Gestaltung von Lieferketten stellt sich daher die Frage, wo Standorte für Konsolidierungspunkte aufgebaut werden sollen, wie hoch die Bestände in Pufferlägern sein müssen oder wie viele Transporte und Containerbewegungen bewältigt werden müssen. Zur Beantwortung der skizzierten Fragestellungen stellt der Beitrag eine Vorgehensweise und ein methodisches Konzept zur Modellbildung vor. Die Simulationstechnik bietet die Chance, dynamische Einflüsse und die vielfältigen Wechselwirkungen dieser Prozesse zu untersuchen. Dies umfasst auch die Standortoptimierung zur Analyse von Varianten für den Aufbau möglicher Transport- und Lagerungskonfigurationen der betrachteten Lieferketten. Anhand eines Fallbeispiels, das sich auf die Inbound-Logistik bezieht, werden in diesem Beitrag die Anwendung der Simulation erläutert und mögliche Untersuchungsaspekte präsentiert. Es wird aufgezeigt, wie zu untersuchende Risiken in Szenarien umgesetzt werden können und wie sich Versorgungsketten stabilisieren lassen.

Bernd Noche, Mathias Bös, Nan Liu

11. Simulation der Transportverkehre

Zusammenfassung

Durch eine fortschreitende Vernetzung aller Partner und Prozesse innerhalb von Lieferketten ergeben sich neue Risiken bei der Fabrik- und Logistikplanung. Geschäftsprozesse werden immer stärker gekoppelt, so dass Sicherheiten innerhalb dieser Prozesse weiter reduziert werden. Gleichzeitig steigt marktbedingt die Dynamik innerhalb der Lieferketten, wohingegen die Vorhersagbarkeit dieser Dynamik nur schwer möglich ist. Dies führt zu Systemen, die immer stärker situativ (zustandsorientiert) gesteuert werden.

Die Automobilindustrie ist Vorreiter bei der Vernetzung mit Lieferanten. Gleichzeitig reduziert sie noch weiter bestehende Sicherheiten in den Lieferketten (Supply Chains). Dies hat Auswirkungen auf die Fabrik- und Logistikplanung. Neben den Abläufen innerhalb der Gebäude geraten auch die Prozesse auf dem Werksgelände außerhalb der Gebäude immer stärker in den Blickpunkt der Planung. Dies beinhaltet die Werkverkehre, um Produktion und Logistik mit Material oder Ware zu versorgen sowie den Versand (Abtransport) von Ware. Diese Werkverkehre resultieren in einem Güterverkehr, der über das Werksgelände geführt (und dazu gesteuert) werden muss. Bei Schichtwechsel werden diese Verkehre zudem durch Individualverkehre der Mitarbeiter überlagert.

Bernd Noche, Mathias Bös

12. Simulation von Behälterumläufen

Zusammenfassung

Die Simulation von Behälterumläufen ist eigentlich nicht vergleichbar mit der klassischen Materialflusssimulation. Sie hat Merkmale, die sie eher als Geschäftsprozesssimulation klassifiziert. Allerdings hat sie eben auch Bezug zu Produktionsprozessen und der Simulation von Lieferketten. Im Beitrag wird ein Entscheidungsunterstützungssystem vorgestellt, das mit Hilfe der Simulationstechnik Aussagen zu Behälterbeständen liefert. Ausgangspunkt ist die Nachbildung der Prozessabläufe eines Behälterumlaufes, der zwischen verschiedenen Produktionswerken etabliert ist. Mit Hilfe eines Lastgenerators wird für die Simulation der Teileverbrauch auf der Basis einer Programmplanung generiert. Die Beschreibung der zu analysierenden Szenarien erfolgt über diese Datengenerierung, die durch ergänzende Steuerungsinformationen vervollständigt wird. Stochastische Einflüsse kommen durch den schwankenden Verbrauch in den Produktionswerken und durch Unsicherheiten der Transportketten in die Modelle. Im Beitrag wird die Vorgehensweise zur Nutzung des Instrumentariums aufgezeigt und es werden einzelne Statistiken, die für die Analyse von Behälterumläufen besonders interessant sind, vorgestellt. Abgeschlossen wird der Beitrag mit einer beispielhaften Vorgehensweise zur Ermittlung realistischer Behälterbestände.

Bernd Noche, Carsten Stange, Mathias Bös

13. Bereitstellungssimulation

Zusammenfassung

Die vielfältiger werdenden Ausstattungsvarianten in der Automobilindustrie erhöhen in zunehmendem Maße die Anforderungen an die Logistik und Materialbereitstellung. Immer mehr Teilevarianten müssen zum richtigen Zeitpunkt am richtigen Einbaupunkt sein. Verstärkt wird dieser Effekt durch Mehrmodell-Fabriken, in denen nicht nur Teile eines Modells, sondern gleich mehrerer Modelle an die gleichen Einbaupunkte geliefert werden müssen. Diese erhöhte Vielfalt ist zusammen mit dem Anspruch einer beliebigen Fahrweise der Produktion durch rein statische Planung nicht mehr beherrschbar, sodass dynamische Lösungen zur Absicherung der Planungsansätze mit Hilfe von Simulationsmodellen zum Einsatz kommen.

Dieser Beitrag zeigt, wie die Planung der Materialversorgung des Karosseriebaus mit Einsatz von Routenzügen durch den Einsatz der Ablaufsimulation unterstützt und optimiert wird.

Thorsten Sprock, Frank Hilmer

14. Einsatz der Ablaufsimulation in der Planung des Zentralen Ersatzteillagers der Porsche AG in Sachsenheim

Zusammenfassung

Die Investitionen für das neue Ersatzteilzentrum der Dr. Ing. h.c. F. Porsche AG in Sachsenheim (Landkreis Ludwigsburg) belaufen sich auf mehr als 100 Millionen Euro.

Um den Kundenanforderungen bei gleichzeitig sehr hoher Teilevielfalt gerecht zu werden, ist das Ziel, Logistikprozesse zu implementieren, die kurze Auftragsdurchlaufzeiten garantieren. Gleichzeitig sollen diese Prozesse Porsche-typisch einfach, überschaubar und effizient sein.

Porsche bedient sich der Simulation, um bereits in einer frühen Phase die geplanten Abläufe abzusichern. Mit Hilfe einer Mengenstromsimulation kann schnell abgeschätzt werden, wie viele Transportressourcen erforderlich sein werden. Mit zunehmender Planungsgenauigkeit und Ausarbeitung der Materialflussstrategien wird das Simulationsmodell verfeinert.

Ein Schwerpunkt der Untersuchung bildet das automatische Kleinteilelager (AKL). Wie bereits erste Simulationen vor Beauftragung eines Anlagenlieferanten zeigten, kamen einige der angebotenen Systeme schnell an die Grenzen der von Porsche geforderten Leistung. Ein ausgeklügeltes System, das neben den eigentlichen Lagergassen über sehr leistungsfähige Behälterpuffer an den Kommissionierplätzen verfügt, kann Porsche schließlich überzeugen – nicht zuletzt deshalb, weil in der Simulation nachgewiesen werden kann, dass dieses System das Tagesvolumen überzeugend abarbeiten kann.

Laut Porsche bestätigen sich in der Realität die Erkenntnisse, die mit Hilfe der Simulation in der Planungsphase gewonnen werden konnten. Sowohl die Schleppzüge für den Behältertransport als auch das AKL laufen souverän.

Ulf Peters, Dirk Wortmann

15. Herausforderungen bei der Dimensionierung eines zentralen Entkopplungsmoduls in der Variantenfließfertigung und Darstellung eines selbstregulierenden Kreislaufsystems für Transportmittel

Zusammenfassung

Der Beitrag zeigt die methodische Vorgehensweise zur Durchführung einer Ablaufsimulation im Produktionsverbund sowie die daraus resultierenden Herausforderungen. Im Rahmen eines Simulationsprojektes wird ein zentrales Entkopplungsmodul zwischen den Gewerken Karosseriebau, Lackiererei und Fahrzeugmontage dimensioniert. Die Kapazität ergibt sich aus den folgenden drei Funktionen des Entkopplungsmoduls: Ausgleich von wechselseitigen Störungen (Volumenstabilität), Wiederherstellung der eingeplanten Sequenz in der Fahrzeugmontage (Reihenfolgestabilität) und Handhabung der asynchronen Fahrweise der Gewerke (Glättung unterschiedlicher Schichtmodelle und Taktzeiten). Der Fokus liegt auf der Modellierung der Ausgleichseffekte eines zentralen Puffers mit wahlfreiem Zugriff und der Abbildung einer reihenfolgestabilen Variantenfließfertigung sowie des selbstregulierenden Transportskidkreislaufs.

Mareike Müller, Ulrich Burges

16. Integrierte Simulation von Auftragsabwicklungs- und Supply Chain-Prozessen

Zusammenfassung

Die Erhöhung der Transparenz im übergreifenden Prozess zwischen Auftragserteilung durch die Kunden bis zur Auslieferung der bestellten Fahrzeuge ist eine anspruchsvolle Aufgabe, zu deren Erreichung die Simulation neue Möglichkeiten bietet. Kritische Herausforderungen auf dem Weg hierzu sind die Bereitstellung repräsentativer Aufträge lange bevor die Kunden die Fahrzeuge bestellen, bei deren Erzeugung eine große Zahl von Regeln zu beachten ist, und die Komplexität des abzubildenden Systems, welches durch eine sehr große Anzahl an Elementen gekennzeichnet ist, die in vielfältigen Beziehungen zueinander stehen. An zwei Beispielen aus der Automobilindustrie werden im Folgenden Lösungen dieser Herausforderungen aufgezeigt und ein Einblick in die Möglichkeiten des Simulationseinsatzes in diesem Bereich gegeben.

Axel Wagenitz, Katja Klingebiel, Michael Toth, Marco Motta, Dirk Weibels

17. Simulation von Lieferantennetzwerken: Grundlagen und Anwendungen bei der ZF Friedrichshafen AG

Zusammenfassung

Die Betrachtung von Lieferketten ist in der Automobilindustrie seit vielen Jahren Gegenstand von Verbesserungsmaßnahmen. Die Simulation stellt hier einen geeigneten Ansatz dar, Lieferketten mit allen dynamischen Abhängigkeiten abzubilden und Design-Entscheidungen abzusichern sowie die wesentlichen Parameter zur Steuerung der Lieferketten zu kalibrieren. Nach einer kurzen Einführung werden mögliche Problemstellungen und Zielsetzungen beschrieben, die mit Hilfe der Supply Chain Simulation bearbeitet werden können. Anschließend werden typische Bausteine und ihre Interaktionen am Beispiel des Werkzeuges SimChain der Firma SimPlan AG sowie ein typisches Praxisbeispiel vorgestellt. Die bei der ZF Friedrichshafen AG durchgeführte Fallstudie befasst sich mit einer Problemstellung aus dem Bereich „globale versus lokale Beschaffung“. Ziel ist es, mit Hilfe verschiedener Szenarien die Potenziale spezifischer lokaler Beschaffungsstrategien darzustellen, um die Frage zu beantworten, um wie viel Prozent der Materialpreis im lokalen Markt maximal teurer sein darf als im globalen Markt bei geringeren Gesamtkosten.

Kai Gutenschwager, Philipp Arnold

18. Simulationsbasierte kombinierte Instandhaltungs- und Produktionsplanung

Zusammenfassung

Bestehende Ansätze zur Integration der Produktions- und Instandhaltungsplanung bleiben auf die Koordination weniger Teildisziplinen der Produktions-/Instandhaltungsplanung begrenzt. Zudem wird die Komplexität realer Produktionssysteme unzureichend bzw. unter stark restriktiven Annahmen abgebildet, so dass wesentliche Erkenntnisse hinsichtlich der Interdependenzen der Produktions- und Instandhaltungsplanung als auch einer Koordination auf den einfachsten Fall eingeschränkt bleiben und kaum auf industrielle Anwendungen übertragbar sind. Daher wurde am Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen ein dynamischer Planungsansatz zur Koordination der Produktions- und Instandhaltungsplanung mittels Simulationstechnik entwickelt und umgesetzt. Hierdurch werden die Defizite bestehender Ansätze aufgehoben, die Komplexität, Dynamik und Stochastik realer Produktionssysteme berücksichtigt und eine hohe Planungsqualität gewährleistet. Grundlage für den Transfer dieser Methodik in die Praxis ist deren Erweiterung um eine einfache und schnelle Modellerstellung und -pflege durch selbstparametrierende bzw. anlernende Simulationsmodelle (z. B. mit Echtzeitdaten aus den datenverarbeitenden Systemen der Produktion).

Berend Denkena, Karl Doreth, Marian Köller, Sören Wilmsmeier, Florian Winter

19. Virtuelle Inbetriebnahme mittels Ablaufsimulation in der Automobilindustrie

Zusammenfassung

Durch die virtuelle Inbetriebnahme, auch als „Emulation“ bezeichnet, werden Steuerungssysteme vor der realen Inbetriebnahme auf Funktion und unter Last getestet. Dafür wird das in Betrieb zu nehmende Steuerungssystem in einer Testumgebung bereitgestellt und der gesteuerte Bereich (materialflussintensives Produktions- oder Logistiksystem) in einem Simulationsmodell nachgebildet, welches die im realen IT-System relevanten Schnittstellenprotokolle beherrschen muss.

Die Hauptanwendungsfälle der virtuellen Inbetriebnahme, die sich hinsichtlich ihres Detaillierungsgrads, der Auswahl des Simulators und weiterer Kriterien unterscheiden, finden sich im Bereich der Materialflussrechner und der speicherprogrammierbaren Steuerungen. Durch die konsequente Einführung der virtuellen Inbetriebnahme verändert sich auch der Projektablauf, da zum Zeitpunkt des Beginns der Emulation bereits viele Eingangsinformationen benötigt werden.

Torben Meyer, Ulrich Grillitsch

20. Simulation des Personaleinsatzes in der Automobilindustrie

Zusammenfassung

Der Beitrag geht der Frage nach, welche Rolle das Personal als Systemelement in der Ablaufsimulation spielt. Die Möglichkeit, Personal als eigenständige Ressource in Simulationsmodellen abzubilden, besteht im Prinzip bereits seit Anfang der 1980er-Jahre, wenn auch anfänglich noch nicht in der Automobilindustrie, wo die Personaleinsatzsimulation inzwischen die Materialflusssimulation zunehmend ergänzt. Der Beitrag zeigt auf, dass Simulationsanwendungen aus vielen anderen Industriebereichen ohne Weiteres auf die Simulation von Arbeitssystemen in der Automobilindustrie übertragen werden können. Hierzu werden Beispiele aufgeführt, die von der Simulation variantenreicher End- und Komponentenmontagen über Anwendungen in der Teilefertigung bis hin zur Simulation von produktionsvorbereitenden und - begleitenden Aufgaben wie Instandhaltung und innerbetriebliche Logistik reichen. Darüber hinaus werden auch neuere Aspekte angesprochen, wie die Simulation des Einflusses einer alternden Belegschaft auf die Produktivität von physiologisch geprägten Arbeitssystemen. Die Einbeziehung ergonomischer Kriterien in die Ablaufsimulation zeichnet sich als eine zukünftige Aufgabe der Weiterentwicklung entsprechender Methoden und Verfahren ab.

Gert Zülch

21. Der Energiebedarf der Automobilproduktion im Fokus der Simulation

Zusammenfassung

Die steigenden Energiepreise, der politische Entschluss zur Energiewende sowie die internationalen Bestrebungen zur Senkung des CO₂-Ausstoßes machen Energie zunehmend zu einem Gestaltungsfaktor der Produktionsplanung. Im Rahmen des Programms Think Blue Factory kommt daher von Volkswagen der Anstoß, Energie als neuen Parameter in die Funktionen seiner Digitalen Fabrik aufzunehmen. Ein Schwerpunkt der heutigen Aktivitäten ist die Roboterkinetik zur Planung energieeffizienter Positionen und Bewegungsabläufe der Roboter. Ein weiteres Handlungsfeld ist die Simulation des Fertigungsablaufs mit integrierter Energieprognose. Bei dieser Methode wird bislang sowohl der Strom- als auch der Druckluftverbrauch betrachtet. Das Verhalten der Heizung und Lüftung im Zusammenspiel mit der Produktion ist ein weiteres wesentliches Element einer ganzheitlichen Simulationsbetrachtung. Auf allen Gebieten zeigt sich die Eignung der Simulation von Energie als Werkzeug zur Erreichung der ökologischen und ökonomischen Ziele bei der Herstellung von Fahrzeugen.

Dieter Geckler, Holger Fliege, Joachim Nagel, Uwe Bracht, Marco Seewaldt, Daniel Wolff

22. Bereitstellung und Verwaltung von Simulationseingangsdaten

Zusammenfassung

Daten bilden die Grundlage für die Ablaufsimulation. Ist die Qualität der bereitgestellten Daten unzureichend, so kann kein gutes und aussagekräftiges Ergebnis von der Simulation erwartet werden. Plakativ wird in diesem Zusammenhang auch von „garbage in, garbage out“ gesprochen.

Die benötigten Eingangsdaten für Untersuchungen der Ablaufsimulation liegen oft in unterschiedlichen Quellsystemen vor. Meist erfolgt die Datenbereitstellung dezentral, d. h., die Daten müssen seitens der Simulation separat und explizit angefordert werden. Viele Daten können nicht direkt abgefragt werden und sind aus diesem Grund manuell oder teilautomatisiert in die Simulationsmodelle zu übertragen.

In der Automobilindustrie werden unterschiedliche Planungssysteme in den einzelnen Unternehmensbereichen eingesetzt. Auf die für die Ablaufsimulation relevanten Planungssysteme und ihre Daten wird in diesem Artikel eingegangen. Des Weiteren werden unterschiedliche Herangehensweisen für die Datenbereitstellung, typische Datenquellen und Möglichkeiten für die Datenhaltung beschrieben.

Marielouise Mieschner, Gottfried Mayer

23. Automatische Modellgenerierung – Stand, Klassifizierung und ein Anwendungsbeispiel

Zusammenfassung

Die automatische Modellgenerierung (AMG) ist ein Ansatz, der darauf abzielt, sowohl die Aufwände einer Simulationsstudie zu senken als auch die Qualität der erzeugten Modelle zu verbessern. Unter automatischer Modellgenerierung werden im Kontext der Simulation verschiedene Ansätze subsumiert, die es erlauben, Simulationsmodelle oder zumindest Teile von Simulationsmodellen mittels Algorithmen zu erzeugen. Eine umfassende Klassifizierung der Ansätze nach verschiedenen Merkmalen ist Ausgangspunkt weiterer Betrachtungen des Beitrags, in denen u. a. verschiedene technische Ansätze zur Modellgenerierung diskutiert werden. Weiterhin werden ergänzende Techniken, die die eigentliche Modellgenerierung flankierenden, wie z. B. die automatische Modellinitialisierung, diskutiert.

Als ein möglicher Lösungsansatz wird beispielhaft ein Framework zur automatischen Modellgenerierung, -initialisierung und -adaption, welches das standardisierte Core Manufacturing Simulation Data (CMSD) Format als Basis nutzt, beschrieben.

Sören Bergmann, Steffen Straßburger

24. Methoden und Werkzeuge der Simulationsassistenz

Zusammenfassung

In der Automobilindustrie ist die Ablaufsimulation ein etabliertes Mittel zur Planung und Optimierung von Produktions- und Logistikprozessen. In Abhängigkeit vom Anwendungsfall und dem Detaillierungsgrad des Simulationsmodells sind während der unterschiedlichen Phasen einer Simulationsstudie oftmals für diese Phase typische Herausforderungen zu bewältigen. Diese können zu Verzögerungen im Projektablauf führen und bergen ein erhöhtes Fehlerpotenzial. Simulationsassistenz kann die Durchführung einer Simulationsstudie beschleunigen und die Planungssicherheit steigern, indem sie die Ausführung komplexer Tätigkeiten vereinfacht und hilft, Fehler zu vermeiden. Dieses Kapitel soll einen Überblick über verschiedene Ansätze für Simulationsassistenz geben sowie Beispiele für im Einsatz befindliche Methoden und Werkzeuge vorstellen.

Kristina Sokoll, Matthias Clausing

25. Einsatzmöglichkeiten von Simulation und Optimierung in der Planung der Automobilindustrie

Zusammenfassung

Das Geschäft der Automobilzulieferindustrie ist geprägt von langfristigen Rahmenverträgen über Mengenkontingente, die im Laufe einer meist mehrjährigen Laufzeit anhand kurzfristiger Abrufe erfüllt werden. Die Schwankungen in den Vorschaudaten und die Schwankungen der zuletzt gültigen Abrufmenge sind zumeist inkompatibel mit der Reaktionsfähigkeit des Produktionssystems, welches vielfältigen logistischen, technologischen und kapazitiven Restriktionen und Abhängigkeiten unterliegt. Um einerseits die Kundenanforderungen und eine hohe Produktivität erfüllen zu können und andererseits die Bestände in Grenzen zu halten, bedarf es abgestimmter Ebenen und Stufen der Planung, die, je kürzer der Planungshorizont ist, umso mehr die realen Wirkzusammenhänge der Produktionseinheiten berücksichtigen müssen. Dabei können die Methoden der Ablaufsimulation und Optimierung helfen, Entscheidungsgrundlagen im Sinne eines Gesamtoptimums in Abhängigkeit der aktuell vorliegenden Bedarfs- und Auslastungssituation anzubieten.

Lothar März

26. 3D-Visualisierung von simulierten Montageprozessen

Zusammenfassung

Visualisierung ist ein unverzichtbares Hilfsmittel bei der Validierung von Simulationsmodellen und der Präsentation von Simulationsresultaten. Die weitverbreiteten 2D-Visualisierungen können die gestiegenen Anforderungen an die Simulation nicht mehr abdecken. Für eine breitere Verwendung von 3D-Visualisierungen simulierter Prozesse ist es notwendig, den zeitlichen und monetären Aufwand zur Bereitstellung und Integration der benötigten Daten zu reduzieren. Dadurch können die Vorteile der 3D-Visualisierungen besser genutzt werden. Industrial Virtual Reality Modelle sind ein Weg zur Beschleunigung. Die Vorteile von 3D-Modellen zur Montagesimulation und die Komponenten von den IVR-Modellen werden aufgezeigt. Anhand einer prototypischen Anwendung aus der Fahrzeugmontage werden die verwendeten Techniken und Methoden erläutert. Schwerpunkte sind dabei die Adaption von vorhandenen geometrischen Modellen zur Beschreibung von Montageprodukten, Arbeits- und Produktionssystemen sowie dem Fabriklayout und die Integration der benötigten Datenmodelle zu einem IVR-Modell.

Steffen Masik, Thomas Schulze, Paul Greif, Marco Lemessi

27. Ausblick

Zusammenfassung

Die Vielfalt der Anwendungsfälle in diesem Buch zeigt in beeindruckender Weise Breite und Tiefe des Einsatzes der ereignisdiskreten Simulation in der Automobilindustrie. Zahlreiche Automobilhersteller haben diese Ablaufsimulation zu einem festen Bestandteil ihrer Planungsprozesse gemacht. Bei so gut wie allen Produktions- und Logistikprozessen gibt es nicht nur Beispiele für einzelne Simulationsstudien, vielmehr ist der regelmäßige Simulationseinsatz bei jeder Neu- oder Umplanung Stand der Technik. Kaum eine andere Technologie unterstützt heute so gut wie Simulation dabei, geplante Abläufe allen Beteiligten transparent zu machen, Unzulänglichkeiten in der Planung frühzeitig zu erkennen und schnell ein tiefgreifendes Verständnis für die Prozesse in Produktions- und Logistiksystemen zu erarbeiten.

Gottfried Mayer, Carsten Pöge, Sven Spieckermann, Sigrid Wenzel