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© Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn W2334-01Methoden der Planung und Organisation Prof. Dr.-Ing.

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1 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn W Methoden der Planung und Organisation Prof. Dr.-Ing. habil. W. Dangelmaier Modul Produktionssysteme (W2334)

2 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Inhalt 1.Einführung/Anwendungsszenarien 2.Planung des Produktionsprogramms 3.Gliederung der Produktionsaufgabe – Organisationskonzepte 4.Planung überbetrieblicher Strukturen – betriebliche Standorte 5.Planung betrieblicher Strukturen 6.Planung von Fertigungssystemen – Abläufe und Dimensionen 7.Fallstudie 8.Arbeitssysteme 9.Planung von Produktionssystemen W : Methoden der Planung und Organisation 2

3 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn 6.Planung von Fertigungssystemen – Abläufe und Dimensionen W : Methoden der Planung und Organisation 3

4 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Abläufe und Dimensionen Arbeitsplanerstellung Definition Arbeitsplan/Arbeitsvorgang Im Arbeitsplan sind die Folge der Fertigungs-/ Arbeitsvorgänge (Fertigungsablauf) und die Arbeitssysteme beschrieben, die für eine schrittweise Aufgabendurchführung erforderlich sind. Dabei sind mindestens das verwendete und veränderte Material sowie für jeden Arbeitsvorgang der Arbeitsplatz, die Betriebsmittel, die Vorgabezeiten und die Lohngruppen angegeben [VDI74]. Ein Arbeitsvorgang ist dabei ein Fertigungsvorgang, der einerseits in seinem Umfang so auf ein Arbeitssystem abgestimmt ist, dass sein Beginn und sein Ende mit dessen Grenzen übereinstimmen, und andererseits mit seinem Ergebnis einen unmittelbaren Beitrag im Hinblick auf das angestrebte (Zwischen-) Erzeugnis leistet. W : Methoden der Planung und Organisation 4

5 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Abläufe und Dimensionen Informationsgehalt und Gliederung eines Arbeitsplanes W : Methoden der Planung und Organisation 5

6 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Abläufe und Dimensionen Für die Fertigungsplanung kann sich die Aufgabe der Arbeitsplanerstellung in drei unterschiedlichen Fällen stellen: 1.Wiederholte Fertigung eines bereits früher gefertigten Teiles. 2.Wiederholte Fertigung eines bereits früher gefertigten Teiles, jedoch mit wesentlichen Änderungen. 3.Erstmalige Fertigung eines Teiles.  Das Anpassungsprinzip verändert ähnliche Arbeitspläne. Genau diese Ähnlichkeit muss über einen Klassifikationsschlüssel festgestellt werden können (Sachmerkmalleisten, z. B. [DIN ]). Eine Kopie des Arbeitsplans wird über Editierfunktionen verändert und als neuer Arbeitsplan – wieder mit einer entsprechenden Klassifikation – abgelegt.  systematische Arbeitsplanverwaltung und geeignete Verschlüsselung  Abspeicherung vollständiger Arbeitspläne  Aufbau von Arbeitsplänen über Textbausteine, die nur einmal gespeichert und über Verweise zu Arbeitsplänen zusammengesetzt werden (Enderzeugnisse, Materialien, Arbeitsvorgänge) W : Methoden der Planung und Organisation 6

7 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Verfahren der rechnerunterstützten Arbeitsplanerstellung  Das Variantenprinzip legt einen Grundtyp für gleichartige Werkstücke (Teilefamilien) fest. Variationsregeln definieren die technologischen und geometrischen Varianten, während der Standardarbeitsplan die für die gesamte Werkstückgruppe gültigen Daten zusammenstellt. Notwendig dafür sind geometrisch, vor allem aber fertigungstechnisch ähnliche Teile. Grundlage ist ein Standardarbeitsplan, der für einen bestimmten Werkstück-Grundtyp innerhalb festgelegter (Abmessungs-) Grenzwerte gültig ist. Veränderliche Zahlenwerte in Arbeitsplänen W : Methoden der Planung und Organisation 7

8 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Verfahren der rechnerunterstützten Arbeitsplanerstellung Dabei kann die Variabilität des Standardarbeitsplans unterschiedliche Umfänge annehmen.  Nur festgelegte Variable sind veränderbar (z. B. Rüst- und Stückzeiten).  Arbeitsvorgangstexte sind variabel.  Arbeitsvorgangsfolgen sind variabel:  Unterscheidung zwischen Kann-, Muss- und Alternativ-Arbeitsvorgängen.  Auswahl der geeigneten Arbeitsvorgänge mit Hilfe von Entscheidungstabellen und -regeln. W : Methoden der Planung und Organisation 8

9 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Verfahren der rechnerunterstützten Arbeitsplanerstellung Standardarbeitsplan für geometrisch und fertigungstechnisch ähnliche Teile W : Methoden der Planung und Organisation 9

10 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Verfahren der rechnerunterstützten Arbeitsplanerstellung Wahlarbeitsvorgänge im Standardarbeitsplan W : Methoden der Planung und Organisation 10

11 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Verfahren der rechnerunterstützten Arbeitsplanerstellung  Das Optimierungsprinzip beruht auf der Berechnung aller technisch möglichen Alternativlösungen. Die Alternativen entstehen aus der Verknüpfung der prinzipiell möglichen Materialarten, Verfahren und Fertigungsmittel. Anhand der vorgegebenen Daten wird ein Arbeitsplan komplett neu erzeugt. Die Einzelschritte beeinflussen einander; daher ist die Sequenz nicht als strenge Abfolge zu verstehen.  Die Arbeitsvorgangsbestimmung ist in der Regel eine Auswahl aus einer gegebenen Menge, keine analytisch-konstruktive Ermittlung. Folgende Vorgehensweise ist charakteristisch: W : Methoden der Planung und Organisation 11

12 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Verfahren der rechnerunterstützten Arbeitsplanerstellung 1.Es gibt eine generelle Reihenfolge der Bearbeitungsverfahrens-Klassen, innerhalb jeder Klasse gibt es 1 bis n unterschiedliche Verfahren. 2.Ausschluss einzelner Verfahren über die Geometrie des Erzeugnisses. 3.Zwischen einzelnen Verfahren innerhalb oder zwischen den Klassen bestehen Beziehungen bezüglich Reihenfolge und Ausschluss; diese Beziehungen werden über Entscheidungsregeln abgebildet. W : Methoden der Planung und Organisation 12

13 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Verfahren der rechnerunterstützten Arbeitsplanerstellung Verknüpfungsstrategie bei der Ermittlung der Arbeitsvorgangsfolge W : Methoden der Planung und Organisation 13

14 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Verfahren der rechnerunterstützten Arbeitsplanerstellung  Die Maschinenbestimmung umfasst die Festlegung der Maschinengruppen bzw. Handarbeitsplätze aus der Menge der vorhandenen Arbeitsplätze. Diese Auswahl erfolgt nach Regeln, die ihrerseits u. a. Bedingungen über die Geometrie des Bauteils (Arbeitsraum-, Spannmittelbestimmung), das Gewicht des Bauteils und die Genauigkeit der Bearbeitung berücksichtigen.  In der Fertigungsmittelauswahl erfolgt die Auswahl der zu den Bearbeitungsverfahren und Maschinen erforderlichen Werkstückhalter, Werkzeuge, Werkzeughalter und ggf. Messmittel.  Die Technologiedaten werden in der Fertigungstechnik in Form von Richtwerten aus Formeln, Tabellen oder Diagrammen bereitgestellt. Hier handelt es sich um Einstellbedingungen der Werkzeugmaschine, Schnittwerte (Schnittgeschwindigkeit und Vorschubschnitttiefe) für jede Werkstoff-/Schneidstoffkombination, Art des Werkzeugs mit Abmessungen/Einstellbedingungen usw. W : Methoden der Planung und Organisation 14

15 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Verfahren der rechnerunterstützten Arbeitsplanerstellung Entscheidungstabelle zur Maschinengruppenauswahl (Beispiel) W : Methoden der Planung und Organisation 15

16 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Verfahren der rechnerunterstützten Arbeitsplanerstellung  Die Zeitberechnung (Vorgabezeitermittlung) arbeitet mit Hilfe von Formeln und Tabellen aus den Maschinen- und Technologiedaten. Mögliche Verfahren sind das Schätzen (Erfahrungswerte) bzw. Vergleichen mit ähnlichen Arbeitsvorgängen, das Messen während der Arbeitsvorgangausführung, die Zerlegung in einzelne Arbeitselemente, deren Zeit ermittelt wird, oder das Berechnen mit Hilfe von Formeln. Gemessene und geschätzte Daten lassen sich über Regressionsanalysen in arithmetische Ausdrücke überführen.  Die Bestimmung des Rohmaterials ist abhängig von Fertigteil und Losgröße. Die Auswahl erfolgt unter dem Gesichtspunkt der Optimierung der Rohform und der Rohmaße. Die Bestimmung der Rohform ist abhängig von der Arbeitsvorgangsfolge und umgekehrt; bei mehreren möglichen Rohformen entscheiden Kostengründe. Bei Einzel- und Kleinserienfertigung muss die Verfügbarkeit des Materials (lagerhaltig) berücksichtigt werden, sofern eine Bestellung aus Termin- und Kostengründen nicht möglich ist. W : Methoden der Planung und Organisation 16

17 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Verfahren der rechnerunterstützten Arbeitsplanerstellung Beispiel: Aufbau eines Katalogs von Arbeitsplänen durch Variation der Ablaufgliederung Aufbau eines Beschreibungssystems für Hauptbearbeitungselemente an rotationssymmetrischen Werkstücken W : Methoden der Planung und Organisation 17

18 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Verfahren der rechnerunterstützten Arbeitsplanerstellung Aufbau eines Beschreibungssystems für Zusatzbearbeitungselemente an rotationssymmetrischen Werkstücken W : Methoden der Planung und Organisation 18

19 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Verfahren der rechnerunterstützten Arbeitsplanerstellung Beschreibung der Gesamtbearbeitung einer Steckhülse mit Einzelbearbeitungselementen W : Methoden der Planung und Organisation 19

20 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Verfahren der rechnerunterstützten Arbeitsplanerstellung Beschreibung der Bearbeitungsmöglichkeiten einer Drehmaschine unter dem Gesichtspunkt der Bearbeitungsanforderungen von Hauptbearbeitungselementen W : Methoden der Planung und Organisation 20

21 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Verfahren der rechnerunterstützten Arbeitsplanerstellung  Erzeugung von Ablaufvarianten Durch systematische Variation der Zuordnung der Einzelbearbeitungslemente zu Teilarbeitsvorgängen bzw. Fertigungseinrichtungen lassen sich alle bei einem vorgegebenen Bestand an Fertigungseinrichtungen realisierbaren Fertigungsablaufvarianten eines Werkstücks herleiten. Bearbeitungsgraph Steckhülse W : Methoden der Planung und Organisation 21

22 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Verfahren der rechnerunterstützten Arbeitsplanerstellung Kombinatorik zur Ableitung von Fertigungsablaufvarianten mit getrennten Teilarbeitsvorgängen für Haupt- und Zusatzbearbeitungselemente W : Methoden der Planung und Organisation 22

23 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Verfahren der rechnerunterstützten Arbeitsplanerstellung Beispiele möglicher Fertigungsablaufvarianten des Musterwerkstücks bei getrennter Zusammenfassung von Haupt- und Zusatzbearbeitungselementen W : Methoden der Planung und Organisation 23

24 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Verfahren der rechnerunterstützten Arbeitsplanerstellung Fertigungsablaufvarianten des Musterwerkstücks bei Mehrverfahrens- oder Mehrseitenbearbeitung W : Methoden der Planung und Organisation 24

25 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Verfahren der rechnerunterstützten Arbeitsplanerstellung Prozessmatrix für die Werkstücke eines Planetengetriebes (Ausschnitt) 6,2 W : Methoden der Planung und Organisation 25

26 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Verfahren der rechnerunterstützten Arbeitsplanerstellung Verteilung der mit und ohne Berechnung der kostenminimalen Verfahrensteilung ausgewählten Fertigungsablaufvarianten der Getriebewerkstücke W : Methoden der Planung und Organisation 26

27 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Verfahren der rechnerunterstützten Arbeitsplanerstellung Auslastung der zur Verfügung stehenden Fertigungseinrichtungen bei optimierter und nicht optimierter Verfahrensteilung W : Methoden der Planung und Organisation 27

28 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Abläufe und Dimensionen Vorgabezeitermittlung / Arbeitsbewertung Definition Vorgabezeit Unter Vorgabezeit versteht man diejenige Zeit, die zur ordnungsgemäßen Durchführung eines Auftrages bei Normalleistung benötigt wird. Sie ist eine der wesentlichsten Angaben im Arbeitsplan (Entlohnung bei Akkordlohn, Eingangsgröße für die Terminplanung). Definition Arbeitsbewertung Aufgabe der Arbeitsbewertung ist es, den Schwierigkeitsgrad einer Arbeit unabhängig von der individuellen Leistung zu beurteilen. Ziel der Arbeitsbewertung ist es, für die vielfältigen beruflichen Tätigkeiten einen in Zahlen auszudrückenden Arbeitswert als Grundlage einer gerechten Entlohnung zu finden. W : Methoden der Planung und Organisation 28

29 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Vorgabezeitermittlung Aufbau der Vorgabezeit nach REFA W : Methoden der Planung und Organisation 29

30 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Vorgabezeitermittlung  Zeitermittlung durch Zeitaufnahme Die Vorgabezeiten nach REFA werden durch Messen von Ist-Zeiten, Schätzen des Leistungsgrades und eine anschließende statistische Auswertung ermittelt. Leistungsgrad W : Methoden der Planung und Organisation 30

31 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Vorgabezeitermittlung - Arbeitsbewertung Zeitermittlung durch Systeme vorbestimmter Zeiten Zeitwerttabelle - Bewegung W : Methoden der Planung und Organisation 31

32 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Planung von Arbeitssystemen Definition möglicher Fertigungsstrategien über repräsentative Ablaufstrukturen Definition Fertigungsprinzip Das Fertigungsprinzip beschreibt die für ein bestimmtes Erzeugnisspektrum ausgewählten Fertigungsverfahren, deren Anordnung in Arbeitssystemen und der Reihenfolge, in der diese Arbeitssysteme zu durchlaufen sind. Definition Repräsentant Ein Repräsentant ist fiktiv, da er ja alle für die Gruppe „repräsentativen“ Attribute besitzt, wenn er nicht gerade zufällig mit einem konkreten Fertigungselement zusammenfällt (einzelne Attribute mit den Verhältnissen des Auftretens behaftet, z. B. „40 % der Teile haben Passfedernut“ oder „60 % der Teile sind gehärtet“). Definition Fertigungsstrategie Die Fertigungsstrategie ist der Arbeitsplan für einen Repräsentanten, der nicht unbedingt nur ein einziges Teil sein muss (z. B. fiktive Baugruppe; alle Teile auf einer Blechtafel; alle Teile, die aus einer Stange hergestellt werden). W : Methoden der Planung und Organisation 32

33 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Planung von Arbeitssystemen Für die festgelegten Repräsentanten sind auf der Basis der ins Auge gefassten Materialien (Universalmaterial - Einzweckmaterial) die den geplanten Arbeitsumfang beschreibenden Fertigungsstrategien zu entwickeln. Diese Fertigungsstrategien müssen  einerseits alle in der Teilefamilie vertretenen Objekte repräsentieren  andererseits unterschiedliche Technologie-Konzepte berücksichtigen. Damit entstehen ggf. alternative Ablaufstrukturen, die mengenmäßige Verzweigungen (80 % Vorgang x, 20 % Vorgang y oder 80 % Teil x, 20 % Teil y), z. B. Reihenfolgeaussagen (Rüstsequenzen) oder gemeinsam durchzuführende Vorgänge (z. B. Schachtelproblematik bei Blechteilen oder linke/ rechte Teile, die in einem Presswerkzeug hergestellt werden) usw. aufweisen können. Handelt es sich um eine Montage, müssen in der Ablaufstruktur alle Aussagen des Vorranggraphen enthalten sein. Restriktionen für einzelne Ablaufstrukturen könnten z. B. die Anzahl einzusetzender Werkzeuge, der Spannmittel oder der Ein- und Ausgabekanäle bei Blechbearbeitungsmaschinen sein. W : Methoden der Planung und Organisation 33

34 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Planung von Arbeitssystemen W : Methoden der Planung und Organisation 34

35 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Planung von Arbeitssystemen Halbzeugmaß - und -sortenbestimmung Kostenverursachung durch Rohmaterial- und Teilevielfalt W : Methoden der Planung und Organisation 35

36 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Planung von Arbeitssystemen Bildung möglicher Halbfabrikate-Stufen und -Stammbäume W : Methoden der Planung und Organisation 36

37 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Planung von Arbeitssystemen Ablaufplan Wellenfertigung – Zukünftige Fertigung W : Methoden der Planung und Organisation 37

38 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Integration von Arbeitssystemen in den Fertigungsablauf/Technische Integration Definition Fertigungsplatz Ein Fertigungsplatz besteht aus der Bearbeitungseinrichtung (Transformationsstelle), einem Eingangs- und einem Ausgangsspeicher sowie einer Förder-/Übergabe-/ Handhabungseinrichtung. Struktur eines Fertigungsplatzes W : Methoden der Planung und Organisation 38

39 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Integration von Arbeitssystemen in den Fertigungsablauf/Technische Integration Definition Automatisierung Automatisierung umfasst neben der Entlastung des Menschen von körperlicher Arbeit auch die Übernahme der während des Ablaufs eines Arbeitsprozesses notwendigen „geistige Arbeit“ des Menschen. Bei automatischer Ausführung einzelner Vorgänge muss ein selbsttätiger, programmierter Ablauf gewährleistet sein. Die Aufgaben des Menschen beschränken sich lediglich auf das Überwachen und gelegentliche Eingreifen bei Umstell- oder Umrüstarbeiten und bei Wartungs- und Instandhaltungstätigkeiten. Stellt man den Menschen in den Mittelpunkt der Betrachtung, dann heißt Automatisierung, „einen Vorgang mit technischen Mitteln so einzurichten, dass der Mensch weder ständig noch in einem erzwungenen Rhythmus für den Ablauf des Vorgangs tätig zu werden braucht“. W : Methoden der Planung und Organisation 39

40 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Integration von Arbeitssystemen in den Fertigungsablauf/Technische Integration Definition Automat Nach DIN ist ein Automat ein künstliches System, das selbsttätig ein Programm befolgt. Aufgrund des Programms trifft das System Entscheidungen, die auf der Verknüpfung von Eingaben mit den jeweiligen Zuständen des Systems beruhen und Ausgaben zur Folge haben. Wesentliches Merkmal eines Automaten ist das Vorhandensein von mindestens einer Verzweigung, also einer mit technischen Mitteln durchgeführten logischen Entscheidung im Programm mit verschiedenen Ablaufmöglichkeiten. Definition Fertigungssystem 1. Ordnung Ein Fertigungsplatz, der aus der Fertigungsaufgabe abgegrenzte und zugeordnete Funktionen erfüllt und dabei mindestens einen automatischen Teile- und/oder Aggregatefluss besitzt, wird als Fertigungssystem 1. Ordnung bezeichnet. Ein automatischer Fertigungsplatz ist demnach ein Fertigungssystem 1. Ordnung. W : Methoden der Planung und Organisation 40

41 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Integration von Arbeitssystemen in den Fertigungsablauf/Technische Integration W : Methoden der Planung und Organisation 41

42 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Integration von Arbeitssystemen in den Fertigungsablauf/Technische Integration Handhabungs-, Kontroll-, Förder- und Speichervorgänge W : Methoden der Planung und Organisation 42

43 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Integration von Arbeitssystemen in den Fertigungsablauf/Technische Integration Reihenfolgen in Puffern W : Methoden der Planung und Organisation 43

44 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Integration von Arbeitssystemen in den Fertigungsablauf/Technische Integration Realisierungsmöglichkeiten für wahlfreie Puffer W : Methoden der Planung und Organisation 44

45 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Integration von Arbeitssystemen in den Fertigungsablauf/Technische Integration Definition Verbindungselement Ein Verbindungselement verknüpft einerseits Fertigungsplätze und andererseits Hierarchieebenen über ihre Speicher zu Lösungen höherer Ordnung. W : Methoden der Planung und Organisation 45

46 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Integration von Arbeitssystemen in den Fertigungsablauf/Technische Integration W : Methoden der Planung und Organisation 46

47 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Integration von Arbeitssystemen in den Fertigungsablauf/Technische Integration W : Methoden der Planung und Organisation 47

48 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Integration von Arbeitssystemen in den Fertigungsablauf/Technische Integration Grundformen von Gestaltungslösungen W : Methoden der Planung und Organisation 48

49 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Integration von Arbeitssystemen in den Fertigungsablauf/Technische Integration W : Methoden der Planung und Organisation 49

50 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Integration von Arbeitssystemen in den Fertigungsablauf Die Erweiterung, Automatisierung und Aggregierung von Fertigungsplätzen ist nicht nur eine technische Angelegenheit; vielmehr muss diesen Maßnahmen auch eine Absicht zugrundeliegen, die ihrerseits ihren Niederschlag in einem Organisationskonzept findet. Definition Flexible Fertigungszelle Eine Flexible Fertigungszelle ist eine gesteuerte Maschine („Bearbeitungszentrum“), die durch entsprechende Zusatzeinrichtungen in die Lage versetzt wurde, eine begrenzte Zeit bedienerlos zu arbeiten. Die hier angesprochenen Zusatzeinrichtungen zielen auf die folgenden Funktionsklassen:  Werkstückspeicher und Werkstückwechseleinrichtung  Werkstückspeicher, der die Werkstücke auf Paletten oder als Einzelteile zur Bearbeitung bereithält.  Automatischer Werkstückwechsel  Speicher zur Aufnahme der fertig bearbeiteten Teile W : Methoden der Planung und Organisation 50

51 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Integration von Arbeitssystemen in den Fertigungsablauf Flexible Fertigungszelle … ist eine gesteuerte Maschine, die durch entsprechende Zusatzeinrichtungen in die Lage versetzt wurde, eine begrenzte Zeit bedienerlos zu arbeiten. W : Methoden der Planung und Organisation 51

52 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Integration von Arbeitssystemen in den Fertigungsablauf  Werkzeugüberwachung  Überwachung der eingesetzten Werkzeuge bezüglich Bruch und Verschleiß  Umschalten auf Schwesterwerkzeuge bei Überschreiten der Verschleißgrenze  Bearbeitungskontrolle/Qualitätskontrolle  Einsetzen eines geeigneten Messfühlers direkt in der Maschine, oder  Überprüfung außerhalb durch separate Messeinrichtungen.  direkte Beeinflussung der Werkzeugkorrekturwerte aufgrund der Messergebnisse W : Methoden der Planung und Organisation 52

53 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Integration von Arbeitssystemen in den Fertigungsablauf Definition Flexibles Fertigungssystem Ein Flexibles Fertigungssystem umfasst eine „Reihe von Fertigungseinrichtungen, die über ein gemeinsames Steuerungs- und Fördersystem so miteinander verknüpft sind, dass einerseits eine automatische Fertigung stattfinden kann, andererseits innerhalb eines gegebenen Bereiches unterschiedliche Bearbeitungsaufgaben durchgeführt werden können“. Kennzeichen:  Zusammenfassung mehrerer, unabhängig voneinander arbeitender NC-Maschinen zur Bearbeitung von nach Teilefamilien geordneten Werkstücken  Komplettbearbeitung  Automatisches Fördern von Bearbeitungsstation zu Bearbeitungsstation. Der Fördervorgang wird individuell gesteuert; er erfolgt nicht getaktet. W : Methoden der Planung und Organisation 53

54 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Integration von Arbeitssystemen in den Fertigungsablauf Flexibles Fertigungssystem für prismatische Teile W : Methoden der Planung und Organisation 54

55 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Integration von Arbeitssystemen in den Fertigungsablauf 1.Hochregallager für Euro-Paletten mit automatischem Regalförderzeug für Rohmaterial und Halbfabrikate; Lagerkapazität 360 Plätze. 2.Drehbare Spannplätze, denen jeweils eine Doppel-Rollenbahn des Hochregallagers zugeordnet ist, auf der die Euro-Paletten angeliefert werden. Am Spannplatz werden mit Unterstützung durch den Fertigungsleitrechner Rohteile auf-, Fertigteile ab- und Halbfabrikate umgespannt. 3.Fahrerloses Fördersystem zum automatischen Fördern der Werkstückträger und der Bohrköpfe auf Fördereinheiten innerhalb des flexiblen Fertigungssystems. 4.Bearbeitungszentren mit Palettenwechselstationen sowie Bohrkopfzentren mit Palettenwechselstationen und Bohrkopfübergabestation. 5.Entgratroboter, die jeweils mit einer Palettenwechselstation ausgerüstet sind. 6.Waschmaschine mit Palettenwechselstation. W : Methoden der Planung und Organisation 55

56 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Integration von Arbeitssystemen in den Fertigungsablauf 7.Messmaschine mit Palettenwechselstation. 8.Paletten-Speicherplätze zum Zwischenpuffern von Paletten. 9.Werkzeuglager mit einem Portallader zum automatischen Werkzeugtransport zwischen Lager und den Bearbeitungszentren sowie zwei Werkzeugwagen (nicht im Bild dargestellt). Die beiden Wagen dienen dazu, das Lager mit Werkzeugen zu ver- und entsorgen. Auf eine Automatisierung der Werkzeugwagen wurde auf Grund der geringen Anzahl von Fördervorgängen verzichtet. 10.Leitstand mit dem Leitrechner und dem Lager- und Transportrechner. W : Methoden der Planung und Organisation 56

57 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Integration von Arbeitssystemen in den Fertigungsablauf Definition Autonome Fertigungsinsel Eine autonome Fertigungsinsel fasst alle Arbeitsplätze, die zur weitgehenden Fertigbearbeitung einer Werkstückfamilie erforderlich sind, räumlich und organisatorisch zusammen. Wesentlichste Charakteristika:  Zusammenfassung von Werkstücken mit gleichen Bearbeitungsmerkmalen zu Teilefamilien.  Räumliche und ablauforganisatorische Zusammenfassung möglichst aller zur Komplettbearbeitung einer Teilefamilie benötigten Betriebsmittel.  Übertragung aller direkter (Werkstückbearbeitung, Qualitätskontrolle) und möglichst vieler indirekter Funktionen (Arbeitsplanung, Fertigungssteuerung, Fördern, Instandhaltung, Werkzeugwesen) an die Inselmitarbeiter.  Interne, autonome Disposition der an die Insel übergebenen Aufträge durch die Mitarbeiter selbst. Damit enthält eine Autonome Fertigungsinsel nicht notwendigerweise nur NC-Maschinen. Vielmehr werden konventionelle Maschinen und Handarbeitsplätze anzutreffen sein. Alle Mitarbeiter der Insel sollten für alle Tätigkeiten qualifiziert sein. W : Methoden der Planung und Organisation 57

58 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Dimensionierung von Fertigungssystemen Betrachtet man die innerbetrieblichen Vorgänge Fertigen, Lagern und Fördern als Elemente eines Fertigungssystems, so ist offensichtlich, dass für das wirtschaftliche Funktionieren eines Betriebes die Dimensionierung und Abstimmung der Kapazitäten dieser Elemente notwendig ist; sowohl eine Über- als auch eine Unterdimensionierung führt zu erhöhten Kosten, sei es z. B. durch eine erhöhte Kapitalbindung oder durch Maschinenstillstände. Um das breite Spektrum von Einzelproblemen universell einsetzbaren Hilfsmitteln zugänglich zu machen, ist eine Reduktion auf immer wiederkehrende Teilprobleme bzw. Komponenten erforderlich. Eine für diese Rückführung zweckmäßige Gliederung des Fertigungsprozesses erhält man anhand der konventionellen Gliederung in Aufträge und Betriebsmittel. W : Methoden der Planung und Organisation 58

59 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Dimensionierung von Fertigungssystemen Auf der Auftragsseite lassen sich die Komponenten  Eingang der Forderungen (Aufträge) aus den nachfragenden Bereichen,  Auflösung der Forderungen und Zuordnung zu den einzelnen Betriebsmitteln über Ablaufstrukturen,  Warteschlangenverhalten der Forderungen,  Gruppierung der Forderungen zu einem Bedienungsauftrag und  Durchführung des Bedienungsauftrages definieren. Auf der Betriebsmittelseite ist eine Trennung in  Eigenschaften der einzelnen Betriebsmittel und  Strukturierung der Betriebsmittel sinnvoll. Diese Gliederung macht deutlich, dass es sich bei Fertigungssystemen um Bedienungssysteme handelt. Damit können sie mit den für Bedienungssysteme entwickelten Methoden untersucht werden. W : Methoden der Planung und Organisation 59

60 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung betrieblicher Strukturen Endliche Warteschlangenlänge, unendliche Anzahl von Aufträgen Die mittlere Anzahl von Forderungen im Bedienungssystem berechnet sich wie folgt: Die mittlere Anzahl von Forderungen in der Warteschlange berechnet sich wie folgt: W : Methoden der Planung und Organisation 60

61 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung betrieblicher Strukturen Endliche Warteschlangenlänge, unendliche Anzahl von Aufträgen Beispiel: Endliche Warteschlangenlänge, unendliche Anzahl von Aufträgen Auf der Parkfläche werden n=6 Gabelstapler abgestellt. Die Mittlere Ankunftsrate der Aufträge ist λ‘ = 20/h, die mittlere Bedienungsrate λ=16 Damit ergibt sich für den Auslastungsgrad: Leerwahrscheinlichkeit: Für die einzelnen Zustands- wahrscheinlichkeiten gilt: … Abruf Eingang λ‘ = 20/h W : Methoden der Planung und Organisation 61

62 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung betrieblicher Strukturen Endliche Warteschlangenlänge, unendliche Anzahl von Aufträgen Beispiel 2: Endliche Warteschlangenlänge, unendliche Anzahl von Aufträgen Für die einzelnen Zustandswahrscheinlichkeiten gilt: p 0 = 0,163 X 0,955 0 = 0,163 p 1 = 0,163 X 0,955 1 = 0,155 p 2 = 0,163 X 0,955 2 = 0,148 p 3 = 0,163 X 0,955 3 = 0,142 p 4 = 0,163 X 0,955 4 = 0,135 p 5 = 0,163 X 0,955 5 = 0,129 p 6 = 0,163 X 0,955 6 = 0,124 Durchschnittliche Anzahl Gabelstapler auf der Parkfläche: W : Methoden der Planung und Organisation 62

63 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung betrieblicher Strukturen Endliche Warteschlangenlänge, unendliche Anzahl von Aufträgen Ungeduldige Forderungen Forderungen die sich nicht in die Schlange einreihen, wenn Wartezeit t w > t 1. Die bisher verwendete Ankunftswahrscheinlichkeit ist durch eine Eintrittswahrscheinlichkeit zu ersetzen. Es bestehen verschiedene Möglichkeiten diese Eintrittswahrscheinlichkeit festzulegen:  Feste Wartezeit  Abhängig von der Warteschlange  etc. Hier: Abhängig von der Wartezeit. Die erwartete Wartezeit beträgt: Der Anteil ungeduldiger Forderungen sein: W : Methoden der Planung und Organisation 63

64 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Wahrscheinlichkeit, dass eine Forderung sich in die Schlange einreiht: Planung betrieblicher Strukturen Endliche Warteschlangenlänge, unendliche Anzahl von Aufträgen w i+1,i w i,i w i-1,i-1 w 0,0 i+1 w i,i+1 w i+1,i ii-1 0 w i.1,i w i,i-1 W : Methoden der Planung und Organisation 64

65 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Es gilt für w i,i+1 : Und für w i-1,i : Es gilt für die Zustandsgleichungen: λ wird also durch die Eintrittsrate λ i = λ x γ i ersetzt. Für die Zustandswahrscheinlichkeiten gilt: Planung betrieblicher Strukturen Ungeduldige Forderungen w i+1,i w i,i w i-1,i-1 w 0,0 i+1 w i,i+1 w i+1,i ii-1 0 w i.1,i w i,i-1 W : Methoden der Planung und Organisation 65

66 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung betrieblicher Strukturen Ungeduldige Forderungen Es lässt sich zeigen: W : Methoden der Planung und Organisation 66

67 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Beispiel:An einer Getränkeausgabe kommen durchschnittlich λ=5 Mitarbeiter/min an. Bedienungsrate μ=3/min. Nur 10% der Mitarbeiter sind bereit zu warten, wenn die Warteschlange aus mehr als 4 Personen besteht. Bestimmung des Wertes von q: Bestimmung des Wertes von t w : Bei dieser Wartezeit warten 10%: Planung betrieblicher Strukturen Ungeduldige Forderungen W : Methoden der Planung und Organisation 67

68 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Anteil der Mitarbeiter, der sich zum Warten entschließt: Zahl i der Mitarbeiter vor der Getränkeausgabe: Anteil der Mitarbeiter, der sich zum Warten entschließt 01,00 10,63 20,40 30,25 40,16 50,10 60,06 70,04 8 …… Planung betrieblicher Strukturen Ungeduldige Forderungen W : Methoden der Planung und Organisation 68

69 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Zustandswahrscheinlichkeiten: Mit P = 1,666 (5/3) erhält man die Wahrscheinlichkeit des Zustands i in Abhängigkeit von p 0 als : p 0 +p 1 + p 2 +p 3 + p 4 +p 5 + p 6 +…. = 1 p o (1 + 1, , , , , ,021) = 1 Planung betrieblicher Strukturen Ungeduldige Forderungen p 1 = 1,666 x p 0 p 2 = 1,748 x p 0 p 3 = 1,156 x p 0 p 4 = 0,462 x p 0 p 5 = 0,128 x p 0 p 6 = 0,021 x p 0 W : Methoden der Planung und Organisation 69

70 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung betrieblicher Strukturen Ungeduldige Forderungen Zustandswahrscheinlichkeiten: p 0 +p 1 + p 2 +p 3 + p 4 +p 5 + p 6 +…. = 1 p o (1 + 1, , , , , ,021) = 1 p 0 = 0,161 p 1 = 1,666 x 0,161 = 0,268 p 2 = 1,748 x 0,161 = 0,281 p 3 = 1,156 x 0,161 = 0,186 p 4 = 0,462 x 0,161 = 0,074 p 5 = 0,128 x 0,161 = 0,020 p 6 = 0,021 x 0,161 = 0,003 W : Methoden der Planung und Organisation 70

71 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Die mittlere Anzahl Mitarbeiter vor dem Bedienungsschalter ist: Damit ist die mittlere Verweilzeit: 0 x p 0 = 0 x 0,161 = 0,000 1 x p 1 = 1 x 0,268 = 0,268 2 x p 2 = 2 x 0,281 = 0,562 3 x p 3 = 3 x 0,186 = 0,292 4 x p 4 = 4 x 0,074 = 0,296 5 x p 5 = 5 x 0,020 = 0,100 6 x p 6 = 6 x 0,003 = 0,018 L g = 1,802 Planung betrieblicher Strukturen Ungeduldige Forderungen W : Methoden der Planung und Organisation 71

72 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Die mittlere Anzahl wartender Mitarbeiter ist: Damit ist die mittlere Wartezeit: 0 x p 1 = 0 x 0,268 = 0,000 1 x p 2 = 1 x 0,281 = 0,281 2 x p 3 = 2 x 0,186 = 0,372 3 x p 4 = 3 x 0,074 = 0,222 4 x p 5 = 4 x 0,020 = 0,080 5 x p 6 = 5 x 0,003 = 0,015 L w = 0,970 Planung betrieblicher Strukturen Ungeduldige Forderungen W : Methoden der Planung und Organisation 72

73 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Eigenschaften des Bedienungssystems:  Poissonscher Forderungsstrom mit der Ankunftsrate λ  Warteraum mit unendlichen vielen Warteplätzen  Bedienungssystem besteht aus S parallel arbeitenden Bedienungskanälen  Bedienungszeit jedes Kanals ist exponentiell mit dem Parameter μ verteilt  Es gibt nur eine Warteschlange für alle Kanäle  Die Forderung an der Spitze der Schlange wird auf dem nächsten freiwerdenden Kanal bedient.  Jede Forderung wartet bis zum Abschluss der Bedienung. (reiht sich in die Warteschlange ein) Für den resultierende Bedienungsprozess gilt: und Planung betrieblicher Strukturen Parallele Bedienungskanäle und unbegrenzte Warteschlange W : Methoden der Planung und Organisation 73

74 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Dimensionierung von Fertigungssystemen Simulation von Fertigungssystemen Simulieren ist ein Experimentieren mit Modellen; da die Modelle in der Fertigung in der Regel komplex sind und man mit realitätsgetreuen Modellen wie dreidimensionalen Modellen (z. B. Technikbaukästen) oder Funktionsmodellen (z. B. Warteschlangen- Theorie) schnell an zeitliche und wirtschaftliche Grenzen gelangt, verwendet die Fertigungsplanung Modelle, die im Rahmen einer Simulation auf einem Computer ausgeführt werden können. Definition Rechnerunterstützte Simulation Rechnerunterstützte Simulation ist das experimentelle Betreiben eines Modells auf einer Rechenanlage. W : Methoden der Planung und Organisation 74

75 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Dimensionierung von Fertigungssystemen In der Regel ist die Struktur des Fertigungssystems, das simuliert werden soll, zumindesten für das betrachtete Experiment gegeben. Die an die Simulation gestellten Fragen zielen vor allem auf das zeitliche Verhalten eines Fertigungssystems bei gegebener Systemlast (z. B. Fertigungsprogramm, gegebene Menge von Förder- oder Lageraufträgen usw.) und gegebenem Ausgangszustand, um so Flüsse und Belegungen im Fertigungssystem für eine gezielte Einflussnahme auf Dimensionierung und/oder Struktur aufzeigen zu können. Der Horizont dieser Untersuchung ist vergleichsweise kurzfristig. Simulationen in der Fertigungsplanung betrachten daher die einzelnen Flüsse von Materialien, Fördermitteln, Förderhilfsmitteln, Menschen usw. nicht kontinuierlich, sondern als Flüsse der jeweils definierten Einheiten (Paletten, Fördervorgänge, Fertigungslose usw.). Simulationen in der Fertigungsplanung sind deshalb Simulationen mit Modellen, die ihren Zustand in diskreten Sprüngen ändern. Diese Zustandsänderung wird durch ein Ereignis oder eine Sequenz von Ereignissen bewirkt. Dementsprechend setzt sich der zeitliche Ablauf bei diskreten Modellen aus einer Folge von Ereignissen zusammen: Ein Ereignis wird durch den Übergang von einem Modellzustand zu einem anderen definiert. Der Zustand bleibt zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ereignissen unverändert. W : Methoden der Planung und Organisation 75

76 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Dimensionierung von Fertigungssystemen Beispiel Gegeben sei das folgende Fertigungssystem sowie die Ankunftszeiten und die Bearbeitungsdauern der einzelnen Werkstücke. W : Methoden der Planung und Organisation 76

77 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Dimensionierung von Fertigungssystemen Es sollen die Auslastung der Bearbeitungsmaschinen M1 bis M5, die mittlere und maximale Warteschlangen-Länge, die mittlere Wartezeit der Werkstücke in den Puffern und die mittlere Durchlaufzeit der Werkstücke für den Zeitraum vom Zeitpunkt 0 bis zum Zeitpunkt 30 ermittelt werden. W : Methoden der Planung und Organisation 77

78 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Dimensionierung von Fertigungssystemen  Zur Ermittlung der Auslastung sind je Maschine die belegten Zeitabschnitte zur Simulationsdauer ins Verhältnis zu setzen (Maschine 2: 29/ %).  Dasselbe gilt für die Warteschlangenlänge (Mittlere Warteschlangenlänge Maschine 2: 3 Zeitabschnitte mit Warteschlangenlänge 0, 15 Zeitabschnitte mit Warteschlangen- länge 1, 12 Zeitabschnitte mit Warteschlangenlänge 2; ( ) : 30 = 1,3) und  die Wartezeit im Puffer, die auf alle Werkstücke zu beziehen ist ( ) : 12 = 3,25 Zeitabschnitte.  Entsprechend berechnet sich die mittlere Durchlaufzeit zu  (Austrittszeitpunkt – Eintrittszeitpunkt) : Anzahl Werkstücke. W : Methoden der Planung und Organisation 78

79 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Rechnerunterstützte Simulation Simulationssystem SIMPLE ++ W : Methoden der Planung und Organisation 79

80 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Rechnerunterstützte Simulation Simulationssystem SIMPLE ++ W : Methoden der Planung und Organisation 80

81 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Rechnerunterstützte Simulation Simulationssystem SIMPLE ++ W : Methoden der Planung und Organisation 81

82 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Rechnerunterstützte Simulation Simulationssystem SIMPLE ++ W : Methoden der Planung und Organisation 82

83 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Rechnerunterstützte Simulation Simulationssystem SIMPLE ++ W : Methoden der Planung und Organisation 83

84 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Rechnerunterstützte Simulation Simulationssystem SIMPLE ++ W : Methoden der Planung und Organisation 84

85 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Rechnerunterstützte Simulation Simulationssystem SIMPLE ++ W : Methoden der Planung und Organisation 85

86 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Rechnerunterstützte Simulation Simulationssystem SIMPLE ++ W : Methoden der Planung und Organisation 86

87 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Rechnerunterstützte Simulation Simulationssystem SIMPLE ++ W : Methoden der Planung und Organisation 87

88 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Rechnerunterstützte Simulation Simulationssystem SIMPLE ++ W : Methoden der Planung und Organisation 88

89 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Rechnerunterstützte Simulation Simulation einer Fertigungsanlage Es wird eine Simulation einer Fertigungsanlage vorgestellt –FTS Förderstrecken –Die Namen aller Makros der Förderstrecken beginnen mit einem „W“ –W-Gerade: Das Makro der Gerade besteht aus einem Weg-Baustein verbunden mit einem Ein- und einem Ausgang –W-Kurve/W-U-Kurve: Diese unterscheiden sich nur im zugeordneten Symbol von dem Makro der Geraden –W-V2: Dieses Makro wird für die Aufzweigung einer Förderstrecke in zwei Förderstrecken benötigt W : Methoden der Planung und Organisation 89

90 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Rechnerunterstützte Simulation Simulation einer Fertigungsanlage - Aufzweigung – W-V3: Die Aufzweigung einer Förderstrecke in drei weiterführende Förderstrecken – W-Z2: Zusammenführung zweier Förderstrecken zu einer Förderstrecke – Walzwerke: Allen Walzwerken der Fertigungsanlage liegt die gleiche Ablaufstruktur und der selbe Satz zugehöriger Ablaufregeln zugrunde W : Methoden der Planung und Organisation 90

91 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Rechnerunterstützte Simulation Simulation einer Fertigungsanlage - Walzwerk W : Methoden der Planung und Organisation 91

92 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Rechnerunterstützte Simulation Simulation einer Fertigungsanlage Entscheidungstabellen Verteilen von Stellbock/WWZ Waage Wenn die Walze wieder beladen werden kann, werden die beiden folgenden Schritte ausgeführt W : Methoden der Planung und Organisation 92

93 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Rechnerunterstützte Simulation Simulation einer Fertigungsanlage Entscheidungstabellen Verteilen von Walze/Verteilen von WWA Waage Entscheidungstabelle WW-ÜST W : Methoden der Planung und Organisation 93

94 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Rechnerunterstützte Simulation Simulation einer Fertigungsanlage Entscheidungstabelle Verteilen von Pal-Aus Um eine Palette beladen und weiterleiten zu können, müssen also die folgenden Bedingungen erfüllt sein: – das Material auf der Walze muss austrittsbereit sein – auf der WWA-Waage muss eine Palette austrittsbereit sein – die Palette muss leer sein W : Methoden der Planung und Organisation 94

95 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Rechnerunterstützte Simulation Simulation einer Fertigungsanlage Entscheidungstabelle Verteilen von Pal-Ein W : Methoden der Planung und Organisation 95

96 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Operable Modelle zur Beschreibung dynamischer Systemeigenschaften Mischer W : Methoden der Planung und Organisation 96

97 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Operable Modelle zur Beschreibung dynamischer Systemeigenschaften Wenn eine Leerpalette austrittbereit ist, so wird die übergeordnete Steuerungsregel Leer- ÜST aktiviert Entscheidungstabelle Verteilen von PAL-Ein Entscheidungstabelle Leer-ÜST Entscheidungstabelle Verteilen von Mischer-Aus/Verteilen von Waage W : Methoden der Planung und Organisation 97

98 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Operable Modelle zur Beschreibung dynamischer Systemeigenschaften Entscheidungstabelle Mischer-ÜST Entscheidungstabelle Verteilen von Pal-Aus Wird die Mischer-ÜST aufgerufen, während auf der Waage eine Palette steht, diese aber nicht leer ist, so wird diese nach Pal-Aus umgelagert und Leer-ÜST aktiviert W : Methoden der Planung und Organisation 98

99 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Operable Modelle zur Beschreibung dynamischer Systemeigenschaften Fertigproduktlager W : Methoden der Planung und Organisation 99

100 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Operable Modelle zur Beschreibung dynamischer Systemeigenschaften Ist in einer der Auslagerbahnen eine Palette austrittsbereit, so muss ein FTS-Fahrzeug bestellt werden, um diese Palette abzuholen Entscheidungstabelle Verteilen von Auslager1/Verteilen von Auslager2 Entscheidungstabelle Verteilen von Quelle 1/Quelle 2 W : Methoden der Planung und Organisation 100

101 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Operable Modelle zur Beschreibung dynamischer Systemeigenschaften Entscheidungstabelle Leer-ÜST Diese ÜST wird von Quelle 1, Quelle 2 und von BE aktiviert, die Leerpaletten aus dem FPL benötigen Benötigt eine Anlage Pal-Ein eins Walzwerkabgangs eine Leerpalette, so trägt sie sich vor dem Aufruf der Leer-ÜST in die Leer-Warte-Liste des FPL ein W : Methoden der Planung und Organisation 101

102 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Operable Modelle zur Beschreibung dynamischer Systemeigenschaften  Hochregallager Das Makro Hochregallager hat zwei Wegstrecken Weg 1 hat den Eingang des Makros als Vorgänger, Weg 2 als ersten und die Anlage Einlager (Rutsche) als zweiten Nachfolger Von Weg 1 aus kann also ein FTS-Fahrzeug Material an die Einlagerbahn abgeben W : Methoden der Planung und Organisation 102

103 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Operable Modelle zur Beschreibung dynamischer Systemeigenschaften Weg 2 hat Weg 1 als ersten Vorgänger, die Anlage Auslager (Rutsche) als zweiten Vorgänger und den Ausgang des Makros als Nachfolger Von der Auslagerbahn kann ein FTS-Fahrzeug demnach Material aufladen, wenn es auf Weg 2 steht Entscheidungstabelle Verteilen von Einlager W : Methoden der Planung und Organisation 103

104 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Operable Modelle zur Beschreibung dynamischer Systemeigenschaften Entscheidungstabelle Verteilen von RBG Entscheidungstabelle Verteilen von Leer/Voll W : Methoden der Planung und Organisation 104

105 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Operable Modelle zur Beschreibung dynamischer Systemeigenschaften Entscheidungstabelle Leer-ÜST/Voll-ÜST Entscheidungstabelle Verteilen von Auslager W : Methoden der Planung und Organisation 105

106 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Operable Modelle zur Beschreibung dynamischer Systemeigenschaften Die FTS-Weg-Steuerung testet zunächst, ob ein Fahrzeug schon initialisiert wurde Wenn das nicht der Fall ist, so wird die Entscheidungstabelle FTS-Init aktiviert Entscheidungstabelle FTS-Weg W : Methoden der Planung und Organisation 106

107 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Operable Modelle zur Beschreibung dynamischer Systemeigenschaften Fortsetzung W : Methoden der Planung und Organisation 107

108 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Operable Modelle zur Beschreibung dynamischer Systemeigenschaften Entscheidungstabelle FTS-Init W : Methoden der Planung und Organisation 108

109 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Operable Modelle zur Beschreibung dynamischer Systemeigenschaften Bei dem Fahrplan handelt es sich um eine Tabelle in der auf der horizontalen Achse alle Wegverzweigungen mit Namen aufgeführt sind, auf der vertikalen sind alle möglichen Ziele eingetragen Ausschnitt aus dem Fahrplan des Modells Entscheidungstabelle FTS-Bestell W : Methoden der Planung und Organisation 109

110 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Operable Modelle zur Beschreibung dynamischer Systemeigenschaften Entscheidungstabelle Bringziel Entscheidungstabelle Bringziel-Anl W : Methoden der Planung und Organisation 110

111 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Operable Modelle zur Beschreibung dynamischer Systemeigenschaften Entscheidungstabelle FTS-Start W : Methoden der Planung und Organisation 111

112 © Prof. Dr.-Ing habil. Wilhelm Dangelmaier, Heinz Nixdorf Institut, Universität Paderborn Planung von Fertigungssystemen – Operable Modelle zur Beschreibung dynamischer Systemeigenschaften W : Methoden der Planung und Organisation 112


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