Modellierung und Optimierung von Produktionsprozessen
Was macht Prozeß-Simulation so wichtig?
Reale Probleme aus dem Bereich der Produktionsplanung oder Prozeß-Steuerung können oftmals nur als dynamische und nicht-deterministische Optimierungsprobleme formuliert werden. Hier eignet sich die Computer-Simulation - integriert in ein CIM-Konzept - als mächtiges Werkzeug zur Erhöhung der Produktionsleistung einer industriellen Anlage.
Für unseren Projektpartner, ein Unternehmen der ostdeutschen Braunkohleindustrie (Lausitzer Braunkohle AG, LAUBAG), erstellten wir deshalb ein objektorientiertes Simulations-System, welches statistische Auswertung, Visualisierung und Optimierung der Produktionsvorgänge ermöglicht. Dieses Simulationswerkzeug wurde dazu benutzt, die Leistung der Brikettfabrik "Mitte" - speziell komplexe Transport- und Verpackungsvorgänge - zu optimieren.
Aufgrund der Resultate unserer Simulations-Studien wurde eine erhebliche Erhöhung der Produktionsleistung der genannten Fabrik erzielt.
Kann Prozeß-Simulation Ihre Probleme lösen?
Für den Entwurf und die Konstruktion von Produktionsanlagen werden Simulationen schon lange eingesetzt, z.B. um die Anordnung der Produktionseinrichtungen festzulegen, Betriebsmittel zu bestimmen, Pufferbereiche zu dimensionieren, Arbeitspläne und Produktionsreihenfolge zu optimieren oder die Qualifikation des Personals zu ermitteln.
Unsere Simulation geht weit darüber hinaus, da die Logik zur Kontrolle von Fabrik-Systemen entwickelt werden kann und damit die Bereiche Steuerung und Simulation miteinander verknüpft werden.
Die Simulationsumgebung ermöglicht es, Fördersysteme, Roboter-Zellen und manuelle Montagestationen einfach zu simulieren.
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Weiterhin dient sie als Modell zur Verifikation von SPS-Code (SPS: Speicherprogrammierbare Steuerung).
Das bedeutet, daß simulierte und reale Sensoren, Aktoren und Stellglieder so realitätsnah wie nur möglich sind.
Eigenschaften des Systems
Graphische Benutzeroberfläche: Der Anwender kann während der Simulation Parameter des gewünschten graphischen Objekts mittels Dialog-Boxen einstellen und ändern.
Integrierte Modellierung und Simulation:
Alle mechanischen Vorrichtungen, Sensoren, Aktoren und Stellglieder sind mit ihren physikalischen oder logischen Eigenschaften in die Simulation eingebunden, d.h. insbesondere Förderer, Lichtschranken, Stoppvorrichtungen etc.
On-line Visualisierung:
Der Zustand der Fabrikationsanlage kann jederzeit graphisch dargestellt, quantifiziert und analysiert werden.
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Statistische Analyse:
Zahlreiche statistische Kenngrößen oder Diagramme können sowohl aus simulierten als auch protokollierten echten Daten erzeugt und ausgedruckt werden.
Einstellbare Geschwindigkeit:
Die Geschwindigkeit, mit der die Simulation abläuft und dargestellt wird, kann in Echtzeit oder bis zu 30-mal schneller erfolgen.
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State of the art Software-Techniken:
Objektorientierte Techniken erleichtern die Anpassung der Simulation an neue Problemstellungen.
Optimierung:
Zur Optimierung der zahlreichen Parameter der simulierten Fabrik wurden geeignete Algorithmen in die Simulation integriert.
SPS-Programmierung:
Zwischen den Eingaben zur Kontrolle der Simulation und denen einer realen Produktionsanlage existiert kein Unterschied. Solange alle I/Os der Produktionsanlage durch die Simulation emuliert werden sollen, kann die Logik der SPS vollständig in der Simulationsumgebung geschrieben und getestet werden.
Vollständige Problem-Lösung
In der Regel kann die Produktionsleistung erhöht werden, wie es z.B. nachfolgende Graphik für ein Projekt mit einem unserer Industriepartner exemplarisch darstellt.
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Veröffentlichungen zu diesem und anderen Forschungschwerpunkten unseres Lehrstuhls finden Sie auf unserer Publikationsseite.
Ansprechpartner: Dipl.-Math. Stephan Würll, Dipl.-Math. Jochen Biedermann
Kooperation: Lausitzer Braunkohle AG