Simulation in Produktion und Logistik

Präsentation zum Thema: "Simulation in Produktion und Logistik"—  Präsentation transkript:

1 Simulation in Produktion und Logistik
Anwendungsfelder der Simulation Ablauf einer Simulation Arbeiten mit Simulationsbausteinen Nutzenpotentiale von Simulation

2 Anwendungsfelder der Simulation
Simulation im Marketing Simulation in der Neuplanung Produktionsplanung Um- und/ oder Erweiterungsplanung

3 Anwendungsfelder der Simulation
Simulation in der Neuplanung Überprüfung des Planungskonzepts einer neuen Produktionsstruktur, Grundlagen für Auslegungen für Standort, Immobilien, Mobilien, etc.

4 Anwendungsfelder der Simulation
Um- und/ oder Erweiterungsplanung Veränderung der Produktionsstruktur, Umpositionieren, Hinweg- oder Hinzunahme von Betriebsmitteln, Szenarien vergleichen, Vergleich zum Ist-Zustand.

5 Anwendungsfelder der Simulation
Produktionsplanung Bei vorgegebener Produktionsstruktur und bei schwankender Auftragsbelastung logistische Kenngrößen, Prozeß- und Produktkostenstruktur ermitteln, Systemgrenzen analysieren.

6 Anwendungsfelder der Simulation
Simulation im Marketing 1 Hohe Markttransparenz: Das Risikokapital kann durch das Planungswerkzeug Simulation in höherem Maße abgesichert werden. Auftragseinzelfertigung: Bei der Erarbeitung einer Problemlösung dient Simulation dem Anbieter und Nachfrager als gemeinsame Plattform zur Evaluation der jeweiligen Planungsstati????. Variabilität des Lieferumfangs und Auftragsinhalts: Simulation ist durch parametrisierbare, modulare Modellerstellung in der Lage, Änderungen während der Planungsphase zu bewerten und unterschiedliche Lösungen vergleichbar zu machen. Zudem werden Planungsprozesse bei Änderungen maßgeblich beschleunigt. Zu 2

7 Anwendungsfelder der Simulation
Simulation im Marketing 2 Abbau des Know-how-Gefälles: Das im Anlagengeschäft häufig bestehende Know-how Gefälle zwischen Anbieter und Nachfrager kann durch Simulation nivelliert werden, indem Wissen auf eine gemeinsame Abstraktionsebene transferiert wird. Dem Nachfrager werden die komplexen Zusammenhänge der geplanten Anlage durch dynamische Bilder verdeutlicht. Dadurch kann er beurteilen, inwieweit seine Leistungserwartungen erfüllt werden. Kooperative Anbietergemeinschaften: Unterschiedliche Planungsvoraussetzungen und -beschränkungen lassen sich frühzeitig erkennen, da alle erforderlichen Daten in eine Simulationsanalyse integriert werden müssen. Verluste durch Schnittstellen können dadurch minimiert werden. Zurück zu1

8 Ablauf einer Simulation
Planung der Studie Definition des Systems Modellieren des Systems Szenarien simulieren Ergebnisanalyse Ergebnisdokumentation

9 Ablauf einer Simulation
Planung der Studie Definieren der Ziele Bestimmung der Beschränkungen/ Freiheitsgrade Vorbereiten einer Simulationsbeschreibung Definition des Systems Bestimmung des Budgets und des Zeitplans Modellieren des Systems Szenarien simulieren Ergebnisanalyse Ergebnisdokumentation

10 Ablauf einer Simulation
Planung der Studie Definieren der Ziele Bestimmung der Beschränkungen/ Freiheitsgrade Vorbereiten einer Simulationsbeschreibung Definition des Systems Bestimmung des Budgets und des Zeitplans Modellieren des Systems Es gibt mannigfaltige Ziele, die mit Hilfe der Simulation verfolgt werden können, z.B.: Verhaltensanalysen = Wie verhält sich mein System bei gegebenen Bedingungen hinsichtlich logistischer Kennzahlen (Durchlaufzeiten, Benutzung, Wartezeiten, Ausbringung, etc.) Ursache-/ Wirkungsanalyse = Welche Beziehungen bestehen zwischen einer oder mehreren Variablen und dem Anwortverhalten des Systems? Optimierungsstudie = Welche Kombination der Eingangswerte ermöglicht die besten Ergebnisse Vergleichstudie = Wie gut verhält sich ein System im Vergleich zu einem System mit veränderter Produktionsstruktur? Szenarien simulieren Ergebnisanalyse Ergebnisdokumentation

11 Ablauf einer Simulation
Planung der Studie Definieren der Ziele Bestimmung der Beschränkungen/ Freiheitsgrade Vorbereiten einer Simulationsbeschreibung Definition des Systems Bestimmung des Budgets und des Zeitplans Modellieren des Systems Die Ziele müssen im Hinblick auf ihre Beschränkungen überprüft werden. Beschränkungen wie z.B. das Budget, der Fertigstellungstermin sowie die Verfügbarkeit von Daten und Hilfsmitteln, lassen die Erreichbarkeit von Zielen erahnen und ermöglichen somit eine realistische Einschätzung des Projekts. Szenarien simulieren Ergebnisanalyse Ergebnisdokumentation

12 Ablauf einer Simulation
Planung der Studie Definieren der Ziele Bestimmung der Beschränkungen/ Freiheitsgrade Vorbereiten einer Simulationsbeschreibung Definition des Systems Bestimmung des Budgets und des Zeitplans Modellieren des Systems Mit klar definierten Zielen und Beschränkungen kann die Simulations- beschreibung (Spezifikation) erfolgen, die folgende Aspekte berücksichtigt: - Umfang: Vielseitigkeit des Modells und welche Anlagen das Modell umfaßt. - Grad der Detailgenauigkeit: Detaillierungsgrad des Modells, Grenzen liegen zwischen Black Box und Darstellung eines jeden Arbeitschritts an der Maschine der Genauigkeitsgrad hängt in erster Linie von der Güte der zur Verfügung stehenden Daten ab. - Art der Ergebnisdarstellung: d.h. Umfang und Detaillierung der Simulationsdokumentation. Szenarien simulieren Ergebnisanalyse Ergebnisdokumentation

13 Ablauf einer Simulation
Planung der Studie Definieren der Ziele Bestimmung der Beschränkungen/ Freiheitsgrade Vorbereiten einer Simulationsbeschreibung Definition des Systems Bestimmung des Budgets und des Zeitplans Modellieren des Systems Bestimmung des Budgets und des Zeitplanes ????? Szenarien simulieren Ergebnisanalyse Ergebnisdokumentation

14 Ablauf einer Simulation
Planung der Studie Anforderungen an Daten beschränken Benutzung von geeigneten Datenquellen Annahmen treffen, wo nötig Definition des Systems Konvertieren der Daten in eine benutzbare Form Dokumentieren und Akzeptieren der Daten Modellieren des Systems Szenarien simulieren Ergebnisanalyse Ergebnisdokumentation

15 Ablauf einer Simulation
Planung der Studie Anforderungen an Daten beschränken Benutzung von geeigneten Datenquellen Annahmen treffen, wo nötig Definition des Systems Konvertieren der Daten in eine benutzbare Form Dokumentieren und Akzeptieren der Daten Modellieren des Systems Der erste Schritt bei der Datenerfassung ist das Beschränken der Daten auf die für die Erstellung des Modells notwendigen Daten. Dies sollte bestimmt sein, durch den benötigten Umfang und Grad an Datailgenauigkeit, der für das Erreichen der Ziele wichtig ist. Szenarien simulieren Ergebnisanalyse Ergebnisdokumentation

16 Ablauf einer Simulation
Planung der Studie Anforderungen an Daten beschränken Benutzung von geeigneten Datenquellen Annahmen treffen, wo nötig Definition des Systems Konvertieren der Daten in eine benutzbare Form Dokumentieren und Akzeptieren der Daten Modellieren des Systems Informationen kommen selten aus einer Datenquelle. Sie sind zumeist das Ergebnis von Datenauswertungen und Interviews mit der Belegschaft, genauen Beobachtungen und dem Treffen von Annahmen. Szenarien simulieren Ergebnisanalyse Ergebnisdokumentation

17 Ablauf einer Simulation
Planung der Studie Anforderungen an Daten beschränken Benutzung von geeigneten Datenquellen Annahmen treffen, wo nötig Definition des Systems Konvertieren der Daten in eine benutzbare Form Dokumentieren und Akzeptieren der Daten Modellieren des Systems Komplette, genaue und absolute aktuelle Daten für alle benötigten Punkte zu bekommen, ist kaum zu erreichen, insbesondere dann, wenn es sich um eine Neuplanung handelt. Annahmen sind nicht verkehrt, solange man wahrnimmt, daß es sich um Annahmen handelt. Szenarien simulieren Ergebnisanalyse Ergebnisdokumentation

18 Ablauf einer Simulation
Planung der Studie Anforderungen an Daten beschränken Benutzung von geeigneten Datenquellen Annahmen treffen, wo nötig Definition des Systems Konvertieren der Daten in eine benutzbare Form Dokumentieren und Akzeptieren der Daten Modellieren des Systems Normalerweise sind einige Analysen und Konvertierungen nötig, um die Daten in benutzbare Eingabedaten für die Simulaton umzuformen. Zufallsphänomene werden auf eine Art Standartwert gebracht oder durch mathematische Modelle angenährt. Szenarien simulieren Ergebnisanalyse Ergebnisdokumentation

19 Ablauf einer Simulation
Planung der Studie Anforderungen an Daten beschränken Benutzung von geeigneten Datenquellen Annahmen treffen, wo nötig Definition des Systems Konvertieren der Daten in eine benutzbare Form Dokumentieren und Akzeptieren der Daten Modellieren des Systems Wenn alle relevanten Informationen zusammengetragen sind, werden diese in Form von Tabellen, Graphiken, die die Beziehungen untereinander aufzeigen sowie den Annahmen dokumentiert. Diese Dokumente sollten von verschiedenen Personen durchgesehen werden, die in der Lage sind, die Richtigkeit der Daten und der Annahmen zu überprüfen. Szenarien simulieren Ergebnisanalyse Ergebnisdokumentation

20 Ablauf einer Simulation
Planung der Studie Zunehmende Verfeinerung Modulare Erweiterung Verifikation Definition des Systems Validation Modellieren des Systems Szenarien simulieren Ergebnisanalyse Ergebnisdokumentation

21 Ablauf einer Simulation
Planung der Studie Zunehmende Verfeinerung Modulare Erweiterung Verifikation Definition des Systems Validation Modellieren des Systems Eine angenehme Tatsache an Simulationen ist es, daß Modelle nicht alle letzen Details enthalten müssen, bevor sie ablaufen können. Dies erlaubt die Nutzung einer Strategie von zunehmender Verfeinerung, wobei Details aus mehreren aufeinanderfolgenden Stadien hinzugefügt werden können. Szenarien simulieren Ergebnisanalyse Ergebnisdokumentation

22 Ablauf einer Simulation
Planung der Studie Zunehmende Verfeinerung Modulare Erweiterung Verifikation Definition des Systems Validation Modellieren des Systems Zusätzlich zum Hinzufügen von Komplexität in Etappen sind Modelle von großem Umfang einfacher in Teilmodellen zu erstellen. Siehe hierzu auch die Konfiguration von Simulationsmodellen. Szenarien simulieren Ergebnisanalyse Ergebnisdokumentation

23 Ablauf einer Simulation
Planung der Studie Zunehmende Verfeinerung Modulare Erweiterung Verifikation Definition des Systems Validation Modellieren des Systems Hierbei handelt es sich um die Überprüfung des Modells hinsichtlich seiner fehlerfreien Abarbeitung der Prozesse, d.h. um den Nachweis, ob das Modell korrekt funktioniert. Szenarien simulieren Ergebnisanalyse Ergebnisdokumentation

24 Ablauf einer Simulation
Planung der Studie Zunehmende Verfeinerung Modulare Erweiterung Verifikation Definition des Systems Validation Modellieren des Systems Die Feststellung, inwieweit das Modell dem realen System entspricht oder sich zumindest mit der Spezifikation deckt, wird als Gültigkeitsnachweis (Validation) bezeichnet. Szenarien simulieren Ergebnisanalyse Ergebnisdokumentation

25 Ablauf einer Simulation
Planung der Studie Endliche oder unendliche Simulation Vergleichen von alternativen Systemen Factorial Design Definition des Systems Benutzung von Zufallsreihen Modellieren des Systems Szenarien simulieren Ergebnisanalyse Ergebnisdokumentation

26 Ablauf einer Simulation
Planung der Studie Endliche oder unendliche Simulation Vergleichen von alternativen Systemen Factorial Design Definition des Systems Benutzung von Zufallsreihen Modellieren des Systems Simulationen werden gewöhnlich in endliche oder unendliche Simulationen eingeteilt. Der Unterschied zwischen diesen beiden Typen hat damit zu tun, ob wir an dem Systemverhalten über einen bestimmten Zeitabschnitt interessiert sind, oder an dem Verhalten im statistischen Zustand. Szenarien simulieren Ergebnisanalyse Ergebnisdokumentation

27 Ablauf einer Simulation
Planung der Studie Endliche oder unendliche Simulation Vergleichen von alternativen Systemen Factorial Design Definition des Systems Benutzung von Zufallsreihen Modellieren des Systems Simulationen werden des öfteren dazu benutzt, zwei oder mehrere alternative Anordnungen miteinander zu vergleichen. Die Vergleiche basieren auf einer oder mehreren Entscheidungsparametern, wie z.B. Pufferkapazität, Terminplan, Verfügbarkeit, etc. Szenarien simulieren Ergebnisanalyse Ergebnisdokumentation

28 Ablauf einer Simulation
Planung der Studie Endliche oder unendliche Simulation Vergleichen von alternativen Systemen Factorial Design Definition des Systems Benutzung von Zufallsreihen Modellieren des Systems Diese Methode beschreibt die Vorgehensweise bei der Auswahl unterschiedlicher Eingabevariablen zur Analyse des Systems. Die Auswahl der Eingabevariablen (Faktoren) wird bei großer Anzahl ausgesucht, indem strategisch geschickt eine Untermenge von zu testenden Kombinationen ausgesucht wird, um unwichtige Faktoren, die nur eine geringe oder gar keine Auswirkung auf die Leistungsfähigkeit des Systems haben, auszublenden. Szenarien simulieren Ergebnisanalyse Ergebnisdokumentation

29 Ablauf einer Simulation
Planung der Studie Endliche oder unendliche Simulation Vergleichen von alternativen Systemen Factorial Design Definition des Systems Benutzung von Zufallsreihen Modellieren des Systems Eine der wertvollsten Eigenschaft von Simulationen ist die Fähigkeit, Abläufe exakt zu wiederholen und Abläufe durch Einbeziehung von Zufallsreihen zu verändern. Szenarien simulieren Ergebnisanalyse Ergebnisdokumentation

30 Wissensebenen Simulationsrelevante Daten Interner Aufwand Planung
Auswertung Simulationsbedienung Nutzen Simulationserstellung Dienstleistung Kosten Anwendung Simulationssoftwarecode Kosten Produkt Software Rechner

31 Wissen durch vordefinierte Modelle vorhalten
Planung Simulationsrelevante Daten Simulationsbedienung Auswertung A B C D Anwendung Simulationserstellung Software Simulationssoftwarecode Rechner Simulationsbausteine

32 Struktur- und Produktionsplanung
Strukturplanung Simulationssoftwareumgebung Anlagen Steuerungen A B C D Modellierte Submodelle Layout Anwendungspezifisches Simulationsmodell Aktuelle Produktionsdaten Produktionsprogramm Stückliste Arbeitsplan Anlageparameter An+3 Cn Cn+1 Dn An+2 An+1 An Realistische Daten zur Steuerung des Produktions-verhaltens Konfigurieren einer Produktions- struktur Standardformate (z.B. txt-File) Hohe Wiederverwendbarkeit und reduzierter Entwicklungsaufwand durch vordefinierte, parametrisierte und validierte Submodelle Kosten und Zeit minimieren!

33 Vorteile und Nutzen von Simulation 1
Vermeiden von Fehlplanungen durch Überprüfung der Projektplanung sowohl qualitativ als auch quantitativ vor der Realisierung Kosteneinsparung durch Reduzierung von Beständen und Durchlaufzeiten sowie Optimierung der Kapazitätsauslastungen und des Ressourceneinsatzes Höhere Entscheidungssicherheit durch ein besseres Verständnis komplexer betrieblicher Abläufe sowie durch statistisch abgesicherte Ergebnisse Quantitiative Grundlage für Szenariendiskussionen (Was-wäre-wenn Analysen) Überprüfen des Einflusses von Änderungen der Eingangsparameter auf das System (Stabilität der Lösung) Überprüfen der Auswirkungen unterschiedlicher Steuerungsstrategien uvm zu 2

34 Weitere gute Gründe für den Einsatz von Simulation
Erhöhter Wettbewerb führt zu einer verstärkten Automatisierung, um Produktivität und Qualität zu verbessern und Kosten zu senken. Da automatische Systeme zumeist komplexer sind, ist eine Analyse meist nur noch mit Hilfe der Simulation möglich. Die Verfügbarkeit graphischer Animation fördert das Verständnis (Vertrauen) für das Produktionssystem und deren Nutzung durch Entscheidungsträger. Vorstrukturierte Simulationssoftware verkürzt zunehmend den Projektaufwand und verringert damit die Kosten. Die ständig billiger werdende Rechenleistung (Hardware) schafft zunehmend günstigere Voraussetzungen für den Einsatz von Simulationswerkzeugen.

35 Praxisbeispiele Simulation
Integrierte Logistikplanung für eine Schiffswerft Simulation eines Hüttenwerkes Mögliche Anwendungsszenarien

36 Praxisbeispiele Simulation
Integrierte Logistikplanung für eine Schiffswerft Projektinhalte: Modellierung, Simulation und Optimierung der Produktions- und Auftragslogistik für die folgenden Bereiche: Vorfertigung Sektionsmontage Dockmontage Piermontage Ergebnisse: Marktorientierte, wirtschaftliche, organisatorische und technische Produktionsprozesse durch: Durchlaufoptimierung Auslastungoptimierung Bestandsoptimierung Bitte klicken auf das Symbol, um eine Demonstration zu starten

37 Praxisbeispiele Simulation
Simulation eines Hüttenwerks als Grundlage eines Baukastens aus Simulations-Submodulen Projektinhalte: Modellierung und Simulation einer Referenzanlage als Grundlage zum Aufbau eines Simulationsbaukastens zur Erstellung von Hüttenwerkmodellen Überprüfung der Leistungsfähigkeit der Anlage hinsichtlich Durchsatz und Auslastung der Transportlogistik. Ergebnisse: Quantifizierung der notwendigen Transportressourcen und Anlagen Optimierung des Materialflusses und des Durchsatzes durch regelbasierte Einsteuerung Planungsgrundlage zur kurzfristigen Erstellung von anwenderspezifischen Simulationsmodellen Bitte klicken auf das Symbol, um eine Demonstration zu starten

38 A B C D A B C D Mögliche Anwendungsszenarien
Klassische Simulationsanwendung mannigfaltige Planungsalternativen Planungsteam A B C D Planung Auswahl und Auswertung einer Planalternative Plandaten Auswertung Simulationanalyse Anwendung Erstellung eines Simulationslayout Strukturfestlegung Software A B C D Simulations- software mannigfaltige Anwendungsfelder Rechner

39 Simulationsanwendungen mit Datenvariabilität
Planungs- team mannigfaltige Planungsalternativen Planung Auswahl und Auswertung mehrerer Planalternativen Plandaten Auswertung Simulationanalysen Anwendung Erstellung eines Simulationslayout Strukturfestlegung Software Simulations- software mannigfaltige Anwendungsfelder Rechner

40 Simulationsanwendungen mit Strukturvariabilität
Planungs- team mannigfaltige Planungsalternativen Planung Auswahl und Auswertung mehrerer Planalternativen Plandaten Auswertung Simulationanalysen Anwendung Erstellung mehrerer Simulationslayouts Strukturfestlegung Software Simulations- software mannigfaltige Anwendungsfelder Rechner