Simulation als betriebliche Entscheidungshilfe

Frontmatter

1. Optimierung mit Hilfe von Simulationsmodellen

Zusammenfassung

Es werden die drei Methoden Box-Verfahren (BOX-Mod), das modifizierte Evolutionsverfahren (EVOL) und das COMBI-Verfahren, das die Vorteile von beiden Verfahren in sich vereinigt, vorgestellt.

Alle drei Methoden wurden in GPSS-FORTRAN Version 3 implementiert und anhand ausgewählter Funktionen und Simulationsmodelle getestet. Teile dieser Testergebnisse werden vorgestellt.

Soewarto Hardhienata, István Molnár

2. Mensch-Maschine-Kommunikation in der Standortoptimierung

Zusammenfassung

Es wird über theoretische und empirische Untersuchungen zu zwei Modellfamilien der Standortplanung, das p-Median-Problem der kombinatorischen Optimierung und das p-Median-Problem in der euklidischen Ebene, berichtet. Im Zentrum steht die Aufbereitung von Optimierungsinformation in Form von Bildschirmgraphiken auf einem Personal Computer, um es so dem Benutzer zu ermöglichen, suboptimale Lösungen zu erzeugen, welche nicht im Modell enthaltene Zielvorstellungen berücksichtigen. Das zugehörige Projekt umfaßt im Kern die Entwicklung und Implementation geeigneter Interaktionsmöglichkeiten zwischen Benutzer und PC sowie Untersuchungen bezüglich Unterschieden zwischen euklidischer und Realentfernung in der Schweiz, Sensitivität und Lagrange-Multiplikatoren.

K. Boenchendorf, A. Klose, H. Mayrhofer, P. Stähly

3. Simulation und Optimierung einer flexiblen Fertigungslinie zur Bestückung von Elektronikflachbaugruppen

Zusammenfassung

Die vorliegende Arbeit berichtet über einige Aspekte eines in Zusammenarbeit mit der SIEMENS AG, Werk für Systeme Augsburg, durchgeführten Projekts zur Simulation und Optimierung eines flexiblen Fertigungssystems zur Bestückung von Leiterplatten.

Projektziel war die Erhöhung des Durchsatzes der Fertigungslinie durch Optimierung des Einschleusevorgangs, d. h. durch Bildung einer Reihenfolge für die einzuschleusenden Aufträge.

Es wurden zur Lösung des Problems einerseits Optimierungsheuristiken entworfen und programmiert und andererseits, zur Validierung der Optimierungsverfahren und zur Feinanpassung der Ergebnisse, ein Simulationsverfahren entwickelt und implementiert, das das Fertigungssystem mit hoher Genauigkeit abbildet und es erlaubt, eine Schicht innerhalb weniger Minuten auf einem PC zu simulieren.

Die Arbeit enthält nach einigen einleitenden Bemerkungen zur Simulation und Optimierung flexibler Fertigungssysteme, eine Beschreibung der von uns betrachteten Fertigungslinie, die Formulierung des zu lösenden Problems und, als Kern der Arbeit, die detaillierte Beschreibung der Simulationsmethode.

Petra Bauer

4. PROSIMO — die datengetriebene Simulation in der Bewährung einer Großreparaturwerkstatt

Zusammenfassung

PROSIMO ist eine objektbasierte Programmbibliothek mit vordefinierten Objektklassen zur Simulation diskreter Produktionssysteme. Physikalische Objektklassen bilden die Sach­verhalte gegenständlicher Natur ab, informationelle Objektklassen erfassen Produktionsplanungs- und -steuervorgänge. Lebenspläne aktiver Objekte erzeugen das dynamische Verhalten. Die Simulation wird mit Daten aus einer relationalen Datenbank initialisiert. Im hier beschriebenen Anwendungsfall wird der Simulator zur Planung und Steuerung einer Großreparaturwerkstatt eingesetzt. Durch den dynamischen Ablauf der Lebenspläne werden für vorliegende Reparaturaufträge unterschiedliche Montagepläne aufbauend auf unterschiedlichen Prioritätsregeln erzeugt und bewertet.

Jutta Brockhage, Thomas Witte

5. Neuronale Netze als Hilfsmittel für Aufgabenstellungen im betriebswirtschaftlichen Bereich

Zusammenfassung

Teile der Informatik beschäftigen sich in jüngerer Zeit verstärkt mit der Idee, intelligente Maschinen nach dem Vorbild des menschlichen Gehirns zu bauen. Für die sogenannten ”Neuronalen Netze” oder auch ”Konnektionistischen Systeme” werden der Aufbau und die Einsatzmöglichkeiten untersucht.

Nachfolgend wird analysiert, ob solche Anwendungen auch dazu beitragen können, betriebswirtschaftliche Problemstellungen zu lösen. Eine erste, allerdings noch geringe Zahl an Beispielen liegt mittlerweile vor.

Ausgehend von einer Einführung in Neuronale Netze werden ausgewählte Beispiele des betriebswirtschaftlichen Bereichs skizziert. Für die dabei identifizierten Aufgabenbereiche findet dann eine Abschätzung von Chancen und Grenzen des Neuronalen Netz-Einsatzes statt. Dabei wird auch untersucht, welche Beziehungen zwischen Simulationsmodellen und Neuronalen Netzen bestehen. Schließlich wird versucht, weitere potentielle Einsatzbereiche für Neuronale Netze in der Betriebswirtschaft aufzuzeigen.

Matthias Schumann

6. Simulation komplexer Fertigungssysteme mit Petri-Netzen zur Unterstützung von Investitionsentscheidungen

Zusammenfassung

Komplexe Fertigungssysteme verlangen nach neuen, anwendungsgerechten Methoden der Investitionsplanung, die die Praktiker vor Ort bei der Entscheidungsfindung wirksam zu unterstützen vermögen. Mit der Simulation von Modellen auf der Basis einer speziellen Klasse von Petrinetzen steht ein mächtiges Informationsverfahren zur Verfügung, das dank seiner universellen Einsetzbarkeit unterschiedlichste Informationsbedürfnisse befriedigen kann.

Anhand eines Beispiels aus der Praxis täglicher Investitionsplanung wird der Umgang und die Modellierung mit Petri-Netzen aufgezeigt. Eine ausführliche Darstellung und Bewertung der Ergebnisse der Modellexperimente dokumentiert das ”Erfolgspotential” der Investitionsplanung auf der Basis zeitbehafteter Prädikats-Transitionsnetze.

Christian Schmidt

7. Simulation und Reihenfolgebildung in der Automobilindustrie

Zusammenfassung

Zur Verringerung der Kapitalbindung im Montagebereich der Automobilindustrie trägt die dynamische Auftragsreihenfolgebildung entschieden bei. Um zu ganzheitlichen DV-Lösungen dieses Problems zu gelangen, ist eine Betrachtung aus mehreren Blickwinkeln erforderlich: Mathematik, Betriebswirtschaft, Systemgestaltung und Anwenderbereich gemeinsam liefern dabei wesentliche Impulse.

Programmiersprachen wie Smalltalk unterstützen durch ihren objektorientierten Ansatz im Rahmen eines ”rapid prototyping” die Nachbildung von Abläufen in der Fabrik entscheidend. Ein auf dieser Basis entwickeltes Modell kann sowohl im Rahmen von Simulation bei der Entwicklung geeigneter Optimierungsstrategien unterstützen als auch in eine Online-Umgebung integriert werden.

Rainer Roos

8. Simulation von leitungsvermittelten Telekommunikationsnetzen

Zusammenfassung

Derzeit bestehende Telekommunikationsnetze können ein größeres Verkehrsaufkommen bewältigen, wenn neben herkömmlichen Verkehrslenkungsverfahren neuere Methoden betrachtet und eingesetzt werden. Unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten wäre es bei mindestens gleicher Dienstgüte möglich, Investitionen später vorzunehmen oder einzusparen. Um sich Klarheit über mögliche Auswirkungen beim Einsatz neuer Strategien zur Verkehrslenkung in Netzen zu verschaffen, müssen vorab Erkenntnisse gesammelt werden und Einsicht in deren Wirkungsweise bestehen. Der Beitrag berichtet über die Simulation von digitalen Telekommunikationsnetzen als einem Lösungsansatz.

Wolfgang Koops

9. Entwurf eines Simulationsmodells zur Abbildung des Trailerzug-Systems

Zusammenfassung

Das in den vergangen Jahren stetig gestiegene Transportaufkommen in den westlichen Industrienationen führte zur Entwicklung von Systemen des sog. ”Kombinierten Verkehrs” (z.B. ”Rollende Landstraße”, Container bzw. Lkw-Wechselbrücken). Einige westeuropäische Eisenbahnverwaltungen erwägen nun die Einführung des sog. Trailerzug-Systems (Sattelaufleger für Straßen- und Schienenbetrieb). Die Fa. Dornier GmbH führte in diesem Zusammenhang eine Simulationsstudie durch, anhand derer zum einen die Kapazitäten bestimmt (Lokomotiven, Zugmaschinen usw.) und zum anderen ein Vergleich der Transportkosten zwischen dem TZ-System und dem konventionellen Güterfernverkehr ermöglicht werden sollte. Dazu wurde ein Straßen- und Schienennetz mit allen wesentlichen Elementen nachgebildet. Die Implementierung erfolgte mit der Simulationssprache SIMAN unter Zuhilfenahme des Modulprozessors (Prof. Dr. H. Tempelmeier, TU Braunschweig).

Gert W. Schade

10. Objektorientierte Simulation mit AMADEUS

Zusammenfassung

AMADEUS ist ein objektorientiertes Simulationswerkzeug (interaktive Benutzerschnittstelle, Animation), das eine prozeßorientierte Modellierung erlaubt. Der Prototyp von Amadeus ist bzw. wird in C++ und X-Window System ^TM implementiert. Die Grundlage von AMADEUS ist der Entity-Connection-Ansatz. Entsprechend diesem Ansatz setzt sich ein System aus Bausteinen (Entities) und den Interaktionen zwischen den Bausteinen (Connections) zusammen. In den Entity- Modulen wird der autonome Lebenslauf jedes Bausteins, in den Connections der interactionsspezifische Teil (Kommunikation, gegenseitige Beeinflussung) abgebildet. Dieser Ansatz erleichtert die Realisierung von Experimenten, die eine Änderung der Modellstruktur zum Inhalt haben, da deren Auswirkungen klar abgrenzbar sind. Aus diesem Grund ist AMADEUS auch für den Produktionsbereich (vor allem in der Entwurfsphase eines Produktionssystems) sehr gut geeignet.

Christa Wendelin

11. Integration der Fabrikplanung durch Simulation

Zusammenfassung

Fabrikplanung beschreibt eine Aufgabenstellung, die immer mehr in eine permanente Tätigkeit übergeht, da die Produktionszyklen und die Produktlebensdauer sich zunehmend verkürzen. Fabrikplanung und -organisation ordnen sich betrieblichen und marktorientierten Zielen unter. Anhand der Objekt-Subjekt-Modellrelation aus der Erkenntnistheorie wird ein Ansatz für ein Integrationskonzept mittels Simulation aufgezeigt und mit Fallbeispielen belegt.

Joachim Noblé

12. Die Modellierung von Produktionsanlagen

Die SIMPLEX Modellbank ISIS

Zusammenfassung

Die SIMPLEX-Modellbank ISIS ist ein leistungsfähiges Simulationssystem zur Modellierung von Produktionsanlagen.

Die SIMPLEX-Modellbank ISIS zeichnet sich durch die folgenden Eigenschaften aus:

• Es verfügt über den vollen Funktionsumfang von SIMPLEX (Siehe [1] [2] [3]).
• Es ermöglicht schnellen und fehlerarmen Modellaufbau mit Hilfe der Bausteintechnik.
• Es stellt eine anwendernahe Modellbeschreibungssprache zur Verfügung, mit deren Hilfe bereits bestehende Bausteine modifiziert oder neue Bausteine geschaffen werden können.
• Die SIMPLEX-Modellbank ISIS verfügt über eine C-Schnittstelle, die den Anschluß an CAD-, PPS-Systeme und dgl. ermöglicht.

Mit der Modellbank ISIS wird eine Struktur vorgestellt, die von einem objektorientierten Ansatz ausgeht. Sie kennt eigenständige Komponenten, die autonom arbeiten und für die das Klassenkonzept gilt. Die Kommunikation zwischen den Komponenten erfolgt über Botschaften.

Die vorgeschlagene Struktur ist so allgemeingültig, daß sie als Vorlage für vergleichbare Modelle herangezogen werden kann.

Es wird gewissenhaft zwischen den verschiedenen Steuerungen und den dazugehörigen Strategien unterschieden.

• Materialflußsteuerung
• Sie besorgt die Bearbeitung eines Werkstücks gemäß des Arbeitsplanes.
• Transportwagensteuerung
• Sie führt die freien Transportwagen den Transportaufträgen zu.
• Streckensteuerung
• Sie führt einen Transportwagen von einem Startpunkt zu einem Zielort.

Der Modellaufbau erfolgt ausschließlich über Dateneingabe. Die erforderlichen Daten werden über Masken vom Benutzer abgefragt. Die Strategien in den drei Steuerungen werden mit Hilfe von SIMPLEX-MDL beschrieben und sind daher modifizierbar.

Bernd Schmidt, Chengyan Shi

13. Wissensbasierte Generierung komplexer Simulationsmodelle

Zusammenfassung

Im Rahmen einer ganzheitlichen Betrachtung von Unternehmen sind gesamtbetriebliche Simulationsmodelle ein wichtiges Instrument der Analyse und Planung [4]. Der Einsatz dieser komplexen Simulationsmodelle scheiterte jedoch in der Vergangenheit an der aufwendigen Erstellung und den enormen Rechenzeiten.

Mit Hilfe von Verfahren aus der Expertensystemtechnologie läßt sich die Generierung der Simulationsmodelle heute jedoch weitgehend automatisieren. In einem ersten Schritt werden auf Abteilungsebene durch Analyse der betrieblichen Informationen Modellgleichungen abgeleitet und in einer zentralen Datenbank gespeichert. Nach der Formulierung einer Fragestellung werden in einem zweiten Schritt die erforderlichen Modellgleichungen selektiert und es wird ein Simulationsmodell in Form von Programm-Quellcode generiert. Nach der Simulation werden die Ergebnisse in einem dritten Schritt analysiert und aufbereitet.

Für den Einsatz in der betrieblichen Praxis wurde unter dem Systemnamen SIMUPLAN II ein Client-Server Konzept entwickelt. Der Client verwaltet die Modellgleichungen, führt den Dialog mit dem Benutzer und generiert das Simulationsmodell. Diese Komponente wurde in COBOL implementiert und kann so einfach auf viele betriebliche DV-Anlagen portiert werden. Das Simulationsmodell kann wahlweise als FORTRAN- oder C-Programm generiert werden und wird auf einem leistungsfähigen Compute- Server übersetzt und ausgeführt.

Das System SIMUPLAN II soll dazu beitragen, daß bei der Modellierung der betrachtete Prozeß (nicht das Modell) im Vordergrund steht. Der Generator sollte so bedienungsfreundlich sein, daß er vom betrieblichen Entscheidungsträger selbst zur Generierung geeigneter Modelle eingesetzt werden kann [2].

Thomas Kretschmar

14. Zeitdynamische Simulation zur Fertigungsdisposition unterstützt durch Expertensysteme (Praxisbeispiel)

Zusammenfassung

Zeitdynamische Simulation wird zusammen mit einem Expertensystem zur Unterstützung der Fertigungsdisposition angewendet. Dabei stellt das Simulationssystem FACTOR die Schnittstelle für ein Expertensystem zur Verfügung, das auch der Anwender ohne EDV-Spezialkenntnisse mit Hilfe einer einfachen Regelsprache selbst erstellen kann. An einem Praxisbeispiel wird gezeigt, wie die vom Expertensystem vorgenommenen Änderungen der Einlastungsstrategie zu wesentlichen Verbesserungen der Produktion führen, wobei die Termintreue für Kundenaufträge als Zielsetzung für die Produktion erhalten bleibt.

Günter Schmidt-Weinmar, Kent R. Snyder, Manfred Wirbel

15. Tabellenfunktionen in SIMPLEX-II

Zusammenfassung

Tabellenfunktionen finden besonders dann Anwendung, wenn lediglich einige Meßwerte bei bestimmten Eingaben in ein System bekannt sind. SIMPLEX-II erlaubt die Berechnung ein- und zweidimensionaler kontinuierlicher und diskreter Tabellenfunktionen sowie von Treppenfunktionen.

Besondere Bedeutung kommt den kontinuierlichen Funktionen zu, deren Funktionswerte fast immer nur durch Interpolation zu ermitteln sind. Beim eindimensionalen Typ werden kritische Stellen im Funktionsverlauf berücksichtigt. Zur genaueren Interpolation besonders an Randbereichen ist die Vorgabe der ersten Ableitung möglich.

Der Vortrag beschäftigt sich anhand von Beispielen mit der Berechnung verschiedener Tabellenfunktionen aus den obengenannten Klassen.

Norbert Grebe

16. Möglichkeiten zur Unterstützung der Simulation durch wissensbasierte Systeme

Zusammenfassung

Im vorliegenden Beitrag werden Möglichkeiten untersucht, inwieweit und in welchen Phasen das Simulation-Life Cycle wissensbasierte Systeme zur Unterstützung und Verbesserung der Simulation herangezogen werden können. Grundsätzlich kann man zwei Ziele unterscheiden, die mit dem Einsatz derartiger Systeme verfolgt werden und damit einem breiteren Anwenderkreis zur Problemlösung zur Verfügung stehen, zum anderen wächst heutzutage die NOtwendigkeit der Modellierung immer komplexer werdender Systeme.

Wolfgang Fenske, Harry Mucksch

17. Die Simulation von Losgrößen- und Reihenfolgeproblemen unter Einsatz der Lagrange-Relaxation exakter Optimierungsmodelle

Zusammenfassung

Losgrößen- und Reihenfolgeprobleme sind wegen ihrer Komplexität einer exakten Optimierung i.a. nur schwer zugänglich. In der Praxis wird deshalb unter Verzicht auf einen Optimalitätsnachweis auf die Simulation ausgewichen. Der Beitrag zeigt am Beispiel der Fließfertigung mit beschränkter Aggregatkapazität, wie die Simulation durch die Lagrange- Relaxation mathematischer Modelle effizient unterstützt werden kann. Das Verfahren der Lagrange- Relaxation wird mit dem Ziel angewendet, Steuergrößen für die Simulation zu gewinnen und die Güte der mit der Simulation auf heuristischen Wege gefundenen Ablaufpläne abzuschätzen.

Wilhelm Hummeltenberg

18. Unternehmensplanspiel EPUS — eine experimentell ausgerichtete Unternehmenssimulation

Zusammenfassung

Das Unternehmensplanspiel EPUS ist eine spezielle Unternehmenssimulation und konkurrenzbezogen auf den Absatzmärkten mit besonderen Eignungen für Modellexperimente.

Ein Unternehmen wird von Teilnehmern geleitet und steht in Konkurrenz mit vier anderen Unternehmen, denen Entscheidungen bereits für eine Zahl von Entscheidungsrunden fest vorgegeben sind.

Die Teilnehmer haben die Möglichkeit, die Ergebnisse ihrer Entscheidungen zu kontrollieren und jeweils in einem Wiederholungslauf zu korrigieren. Die Entscheidungen der vier Konkurrenten bleiben unveränderlich.

Das Planspiel EPUS eignet sich so besonders für die Beobachtung von Lehr- und Lerneffekten und für Experimentierzwecke in speziell eingestellten Unternehmenssituationen.

Jürgen Bloech, Herbert Rüscher

19. Unternehmenssimulation für Produktionssysteme als Ausbildungsinstrument

Zusammenfassung

Simulationen auf Unternehmensebene werden in der Ausbildung von Führungskräften eingesetzt, um das Handeln in komplexen ökonomischen Situationen zu trainieren. Am Interdisziplinären Graduiertenkolleg der Universität Göttingen wurde unter Anleitung von Prof. Dr. Bloech das Unternehmensplanspiel SUBPRO entwickelt, welches im Beitrag dargestellt wird. Aufbauend auf der langjährigen Erfahrung mit solchen Ausbildungsinstrumenten und anhand der Entwicklung von SUBPRO werden Überlegungen angestrengt, die Entwicklung und den Einsatz komplexer Management-Spiele zu erleichtern und attraktiver zu gestalten.

Jürgen Bloech, Hannelore Goertzen, Uwe Maurer

20. Informationssysteme in heterogenen Computernetzwerken

Zusammenfassung

Die Verbindung von EDV-Anlagen zu Kommunikationszwecken erlebt eine rasche und turbulente Verbreitung. Lokale Kommunikationsnetzwerke werden über private und/oder öffentlichen Leitungen zu großflächigen Netzwerken verbunden. Dies führt zwangsläufig zur vermehrten bezugslosen Ablage von Information auf einer EDV-Anlage. Die Information ist in der Regel sehr heterogen (Text, Tabellen, Bilder) und weist unterschiedliche Quellen auf. Das vorgestellte Informationssystem verbindet interne und externe Information in innerbetriebliche (Datenbank-)Beziehungsnetze ein (auch Bilder). Grundlage ist die einfache aber sehr wirkungsvolle Philosophie, eine Datenbank zur Steuerung der gesamten EDV-Anlage einzusetzen. Die Menge bezugsloser Dokumente in einem EDV-System wird dadurch reduziert bzw. vollständig beseitigt. Vom Informationssystem heraus kann direkt die heterogene Information gesichtet, verarbeitet, ausgegeben und neu zugeordnet werden.

Jorge Cendales

21. Anwendung der Simulationsmodelle „Reservekapazität und -volumina im Erdgassystem BEB“ als Hilfsmittel für strategische Investitionsentscheidungen

Zusammenfassung

In einem Erdgasproduktions- und Liefersystem sind Störungen nicht auszuschließen. Um eine sichere Versorgung der Erdgas-Abnehmer mit den vertraglich festgeschriebenen Leistungen gewährleisten zu können, muß das Erdgas-Versorgungssystem mit entsprechenden Reservekapazitäten ausgestattet werden. Die Höhe der zu installierenden Reservekapazität bestimmt den Umfang der zu tätigenden Investitionen.

Im Auftrag von BEB, einer Gesellschaft, die sich mit der Produktion, dem Import und der Verteilung von Erdgas befaßt, hat das Institut für Bergbauwissenschaften der TU Berlin zu diesem Zwecke Analyse- und Simulationsmodelle entwickelt, mit denen die Betriebsaufschreibungen aller BEB-Aufkommen analysiert werden können. Die Analyse-Ergebnisse können in Simulationsmodellen benutzt werden, um jede Art von Liefer- und Bedarfssituation zu simulieren. Aus den Ergebnissen kann die erforderliche Reservekapazität abgeleitet werden.

Auf dem Simulationsmodell der Reservekapazität aufbauend wurde ein Modell entwickelt, das Entscheidungshilfen für die Festlegung der Höhe von Reservevolumina liefert.

Die aus den Simulationsrechnungen resultierenden Reservevolumina sind an die bereitzustellende Reservekapazität gekoppelt und werden zusätzlich durch Jahresvolumenbeschränkungen in den Aufkommen beeinflußt.

Veit Kolar, Dieter Sieber

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