Grundlagen der computergestützten Produktion und Logistik W1332

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1 Grundlagen der computergestützten Produktion und Logistik W1332
Vorlesung Grundlagen der computergestützten Produktion und Logistik W1332 llllllllllllllllllll Fakultät für Wirtschaftswissenschaften W. Dangelmaier

2 Inhalt Einführung: Worum geht es hier? System Modell
Modellierung von Gegenständen Strukturmodelle (Gebildestruktur) Verhaltensmodelle (Prozessstruktur) Produktion Digitale Fabrik Datenorganisation und Datenmanagement Datenintegration/Funktionsintegration Kommunikationssysteme, Internet, World Wide Web und Lab 2.0 E-Commerce / E-Business IT-Governance Systementwicklung Entscheidungsunterstützung Planung von Investitionsalternativen Wirtschaftlichkeitsrechnung Glossar

3 3. Modell Modell ... Ein Modell ist ein bewusst konstruiertes Abbild der Wirklichkeit, das auf der Grundlage einer (Gegenstands-) Struktur-, Funktions- oder Verhaltensanalogie zu einem entsprechenden Original von einem Subjekt eingesetzt bzw. genutzt wird, um eine bestimmte Aufgabe lösen zu können, deren Durchführung mittels direkter Operation am Original zunächst oder überhaupt nicht möglich bzw. unter den gegebenen Bedingungen zu aufwendig oder nicht zweckmäßig ist... Verwendungszweck Darstellen von Ideen, Zusammenhängen Erklären eines Tatbestandes Gewinnen von Einsichten in das Verhalten des Systems Vorraussagen über das Verhalten eines Systems Optimieren von Systemstruktur, -verhalten und/oder -funktion

4 3. Modell Modellbildung Ein Modell stellt kein möglichst vollständiges Abbild der Realität dar, sondern enthält zur Reduktion von Aufwand und Komplexität gemäß Modelldefinition und -zweck nur die zu untersuchenden Gesichtspunkte Strukturanalogie ... liegt vor, wenn die Abbildung eines Systems auf ein Modell insbesondere die Struktur dieses Systems korrekt wiedergibt ... Verhaltensanalogie ... liegt vor, wenn die Abbildung eines Systems auf ein Modell insbesondere das Verhalten dieses Systems korrekt wiedergibt ... Funktionsanalogie ... liegt vor, wenn die Abbildung eines Systems auf ein Modell insbesondere die Funktionsweise dieses Systems korrekt wiedergibt ...

5 3. Modell Modell „Overhead“ Licht-quelle Folie Spiegel Leinwand Strom
Abluft Folie Bild Funktionsmodell: Zusammenwirken der Subsysteme Verhaltensmodell: Zusammenhalten von Input und Output Strukturmodell: Ordnung der Subsysteme

6 3. Modell Modellklassifikation Die Modellklassifikation hilft a priori, also vor der Modellierung, deren Ziel und damit auch die anzuwendenden Methoden und Vorgehensweisen zu konkretisieren. Nach der Reihenfolge ihres Auftretens bzw. ihrer Verwendung bei der Systemmodellierung lassen sich folgende Modellklassen unterscheiden: Modellklasse: Gedankliche Modelle Gedankliche Modelle sind die notwendige Zwischenstufe, die von jedem realen System zu dessen modellartiger Darstellung durchschritten werden muss. Sie sind somit der Ausgangspunkt jeder schöpferischen Modellkonstruktion.

7 3. Modell Modellklasse: Verbale Systembeschreibungen
Verbale Systembeschreibungen sind Abbildungen mit Hilfe von sprachlichen und/oder graphischen Symbolen... Beschreibungsmodelle beschreiben empirische Erscheinungen ohne Erklärung oder Analyse Erklärungsmodelle beschreiben Ursachen, Zusammenhänge und liefern Hypothesen Entscheidungsmodelle erleichtern Bestimmung optimaler Handlungsweisen der in einem Erklärungsmodell gewonnenen Erkenntnisse auf einen Anwendungsbereich

8 3. Modell Modellklasse: Gegenständliche Modelle
Gegenständliche Modelle liefern eine Systembeschreibung mittels räumlicher Objekte Objektbeschreibungen Darstellung spezieller (statischer) Eigenschaften (Designstudie) Strukturmodelle Darstellung struktureller Eigenschaften (Molekülaufbau) Verhaltensmodelle Darstellung des Systemverhaltens (Windkanalmodelle) Funktionsmodelle Darstellung der Systemfunktionen (Eisenbahnanlage)

9 3. Modell Modellklasse: Formale Modelle
Will man ein System in seiner Struktur, seinem Verhalten oder seiner Funktion optimieren, so macht dies einen Formalismus erforderlich. Systembeschreibungen folgen hier einem a priori definiertem Formalraum Objektbeschreibungen Darstellung spezieller (statischer) Eigenschaften: Technische Zeichnung nach DIN-Norm, Beschreibung eines Objektes mit Finite Elemente Methode Strukturmodelle Darstellung struktureller Eigenschaften: 3D-Objekt als Topologie, Graphen, Tabellen Verhaltensmodelle Darstellung des Systemverhalten: Modelle von Reglern, PPS-System zur Mengenplanung und Minimierung des Bestands Funktionsmodelle Darstellung einer Systemfunktion: NC-Programm zur Optimierung von Werkzeugbewegungen oder der Bewegung eines Fördergeräts

10 3. Modell Modellklasse: Operative Modelle Beispiel: Travelling-Salesman-Problem Zielfunktion: Gleichgewichtsbedingungen: (jeder Knoten hat genau eine eingehende Kante) (jeder Knoten hat genau eine ausgehende Kante) Randbedingung Xij = 0 oder 1 1 3 2 4 j j dij 1 2 3 4 - 9 8 xij 1 2 3 4 i i Distanzmatrix Lösungsmatrix 1 3 2 4

11 3. Modell Merkmale Der Modellbegriff lässt sich durch drei Merkmale beschreiben: Abbildungsmerkmal Ein Modell ist immer Abbild eines Originals. Die Abbildung wir durch eine Zuordnung zwischen den Eigenschaften des Modells und des Originals realisiert. Verkürzungsmerkmal Nur relevante Eigenschaften des Originals werden erfasst. Pragmatik Ein Modell wird immer nur innerhalb gewisser Zeitspannen zu einem ganz bestimmten Zweck für ein Original eingesetzt.

12 3. Modell Aufgabe Modell oder nicht? – Äußere Verwandtschaft täuscht ... Fall 1: Modelleisenbahn Fall 2: Simulation mit Modellbaukasten & EDV-Systemen Fall 3: Hooke‘sche Feder und Gummiband Fall 4: Anordnung von Abteilungen Diskutieren Sie, für welchen Anwendungsfall/Zweck ein solches Modell eingesetzt werden kann. Förderentfernungen Fördermengen Förderleistungen N V . A B C D E x 2 4 3 5 N V . A B C D E x 5 3 1 4 N V . A B C D E x 10 12 2 9 15

13 Matrix A Transportmengen
3. Modell Matrix A Transportmengen 1 2 3 4 5 6 7 U  87 23 110 101 30 131 19 83 14 20 136 12 94 112 25 29 38 16 108 88 10 100 895

14 Matrix B Transportdistanzen
3. Modell Matrix B Transportdistanzen 1 2 3 4 5 6 7 10 19 23 17 12 14 13 11 9 15 18 16 29

15 Matrix C Transportleistungen
3. Modell Matrix C Transportleistungen 1 2 3 4 5 6 7 U 870 437 1212 390 228 747 256 300 108 564 174 450 494 304 880 70 1548 1757 921 820 1184 1358 7658

16 3. Modell Transportdistanzen im Direktverkehr Abt. 4 Abt. 6 Abt. 5
19 7 13 10 29 6 9 14 12 15

17 3. Modell Transportdistanzen im Ringverkehr Abt. 4 Abt. 6 Abt. 5
(13) (12) (9) (6) (7) (10)

18 3. Modell Fall 5: Ermitteln der optimalen Auslegung
Einfache mathematische Modelle Analytisches Lösen des Modells Extremwert – Berechnung („geschlossene Lösung“) Heuristische (Näherungs-)Verfahren Dreidimensionale und komplizierte mathematische Modelle Lösung durch experimentelles Betreiben des Modells (Simulation) „Keine“ Hilfe für die Lösungssuche Nur Aufzeigen der Auswirkungen von gewählter Struktur, Dimensionierung und Steuerung auf Leistungsfähigkeit Durchlaufzeit Durchsatz Leistungsgrad Stillstandszeit

19 3. Modell Simulation mit „Fischer-Technik“-Modell Hohe Anschaulichkeit
Hohe Genauigkeit  Geeignet als Funktions-/Demonstrationsmodell Kurzer Simulationszeitraum Nicht ausreichende Aussagebasis Mangelnde Änderungsfreundlichkeit Mangelnde Richtigkeit  Weniger geeignet für die Konzeptionsphase

20 3. Modell Rechner-unterstützte Simulationen
Experimentelles Betreiben eines mathematischen Modells eines Produktionssystems auf einer Rechenanlage Geringe Anschaulichkeit  Weniger geeignet als Funktions-/Demonstrationsmodell „Beliebig“ langer Simulationszeitraum „Beliebig“ umfassende Aussagebasis Hohe Änderungsfreundlichkeit Hohe Genauigkeit Richtigkeit nur von Datenqualität abhängig  Unentbehrlich für die Konzeptionsphase

21 3. Modell Modellierung Modellierung ist der Prozess der Überführung eines Realitätsausschnittes in ein Modell. Eine Modellierungsmethode ist eine Methode, mit deren Hilfe ein Subjekt einen bestimmten Typ von Aufgaben löst, indem es ein Modell herstellt (zweckentsprechend) und zur Informationsgewinnung über das Original benutzt. Eine Modellierungsmethode umfasst immer Konstrukte mit spezieller Bedeutung (Semantik), Regeln zur richtigen Benutzung der Konstrukte (Syntax), und eine Beschreibung zur Vorgehensweise bei der Modellierung.

22 3. Modell Fertigungsanlage

23 3. Modell Konstrukte zur Erstellung der Ablaufstruktur (unbewegliche Elemente)

24 3. Modell Eingabe der „beweglichen Elemente“

25 3. Modell Walzwerk

26 3. Modell Entscheidungstabellen „Verteilen von Stellbock / WWZ-Waage“

27 3. Modell Entscheidungstabellen „Verteilen von Walze / Verteilen von WWA-Waage“ Entscheidungstabelle „Verteilen von Pal-Aus“

28 3. Modell Entscheidungstabelle „Verteilen von Pal-Ein“
Entscheidungstabelle „Verteilen von WW-ÜST“

29 3. Modell Kriterien zur Methodenauswahl
Benutzereffizienz Zeitaufwand für Datensammlung und Aufbereitung, sowie Erstellung einer korrekten Beschreibung. Benutzerfreundlichkeit Erlernbarkeit, die Ergonomie und die Unterstützung des Benutzers. Eindeutigkeit Inwiefern wird eine bestimmte Beschreibung von verschiedenen Benutzern so gleich verstanden, das es keine Widersprüche gibt, und alle notwendigen Informationen bereit stehen. Flexibilität Anwendungsbreite bezüglich unterschiedlicher Aufgaben. Darstellbarkeit Welche Sichten sind abbildbar? Wie können sie integriert werden?

30 3. Modell Kriterien zur Methodenauswahl
Interpretierbarkeit Anschaulichkeit des erstellten Modells. Abhängig von der Modularität, Umfang und Redundanz der Beschreibung, Übersichtlichkeit und der erforderlichen Qualifikation des Benutzers. Veränderung des Detaillierungsgrades Verfeinerung der Darstellung ebenso wie ggf. die Zusammenfassung zu übergeordneten Strukturen. Manipulierbarkeit Inwiefern können einzelne Elemente verändert werden, und werden Abhängigkeiten sichtbar? Analysierbarkeit Menge an Methoden, mit denen das Modell untersucht werden kann. Rechnerunterstützung Existenz von unterstützenden Software-Tools.

31 3. Modell Frage 1: Zur Modellierung von Produktionssystemen erhalten Sie einen Baukasten „Fischertechnik“. Diskutieren Sie die Kriterien zur Methodenauswahl. Frage 2: Beschreiben Sie die wesentlichen Eigenschaften eines Modells Erläutern Sie die Begriffe Abbildungsmerkmal, Verkürzung und Pragmatik. Was bedeutet Struktur- und Verhaltensanalogie? Was ist ein operatives Modell, und über welche Schritte gelangt man zu einem solchen Modell? Nennen Sie mindestens 5 Kriterien zur Auswahl einer Modellierungsmethode. Gliedern Sie einen handelsüblichen Kompressor-Kühlschrank mit Eisfach in Sub- und Teilsysteme. Erstellen Sie ein Funktions-, Verhaltens- und Strukturmodell. Systeme lassen sich nach den Kriterien „statisch/dynamisch“ und „offen/geschlossen“ klassifizieren. Erläutern Sie beide Klassen und geben Sie jeweils ein Beispiel.

32 3. Modell Frage 3: Kann ein Modell immer richtig sein? Frage 4: Gegeben seien zwei mit einem gespannten Draht verbundene Konservendosen. Ist das ein „gutes“ Modell zur Erklärung Ihrer Telefonanlage? Was ist Ihrer Meinung nach der wesentliche Fehler? Frage 5: Gegeben sei folgende Rechenaufgabe: „Ein Blumenbeet ist 1,5 m lang. Der Abstand zwischen 2 Blumen ist 50 cm. Wie viele Blumen stehen in einer Reihe?“ Welches Modell liegt dieser Aufgabe zugrunde?

33 3. Modell Frage 6: In die Produktionsprogrammplanung (siehe Produktionsplanung und -steuerung) wird neben den 3 Bohrmaschinen ein externer Dienstleister eingeführt, der beliebig viel Kapazität bereitstellen kann. Die Kosten für die einzelnen Erzeugnisse sind bekannt. Wie verändert sich das Modell? Frage 7: Die Kosten des externen Dienstleisters sind in allen Fällen (alle Erzeugnisse, alle Bohrmaschinen) niedriger als die Kosten des Unternehmens. Wie verändert sich das Modell jetzt? Was heißt das? Frage 8: Das „“-Zeichen für die Erzeugnisse E1, E2, E3, E4 wird in „<„ geändert. Was heißt das? Und was heißt „“?

34 Verfügbarkeit in diesem Monat
3. Modell Frage 9: Produkt I und Produkt II werden aus demselben Rohstoff und auf denselben Maschinen hergestellt. Welche Mengen von Prod. I bzw. Prod. II sollen in diesem Monat produziert werden, damit der Gewinn maximal ausfällt? (Antwort: 25 Stück Prod. I; 60 Stück Prod. II, erzielbarer Gewinn € 5.400,00) Bedarf pro Stück Verfügbarkeit in diesem Monat Prod. I Prod. II Rohstoff (kg) 2 1 110 Masch.‘Std. auf A 4 160 Masch.‘Std. auf B 200 Prod. I Prod. II Ziel: Gewinn (€/Stück) 120 40 maximal

35 3. Modell Frage 10: Erstellen Sie ein verbales (Sprache + Grafik) Strukturmodell einer Spülmaschine. Das Modell soll dazu dienen den Wasserfluss im Gerät zu beschreiben. Erstellen Sie ein verbales Verhaltensmodell einer Postfiliale mit 5 Schaltern und einer gemeinsamen Warteschlange für alle Schalter (bspw. die Filiale in der Paderborner Liliengasse). Kunden können mitgebrachte Sendungen aufgeben oder im Laden etwas kaufen. Gehen Sie insbesondere auf das Verhalten der Warteschlange ein und die Zuordnung von Kunden zu Schaltern. Erstellen Sie ein verbales Funktionsmodell einer gelungenen Silvesterparty. Beachten Sie die Teilnehmer, den zeitlichen Ablauf, die nötigen Verbrauchs- und Gebrauchsmittel, den Ort und ggf. die gegenseitigen Abhängigkeiten. Erläutern Sie Ihre Lösung.

36 3. Modell Frage 11: Modell Es liegen folgende Aussagen zum „Modell“ vor: Ein Modell ist ein Abbild der Wirklichkeit das immer richtig ist. das immer auf einem Computer dargestellt wird. das bewusst und mit Absicht konstruiert wurde. das ein möglichst vollständiges Abbild wiedergibt. das nur in der Betriebswirtschaft verwendet wird. Strukturmodelle zeigen die Relationen zwischen den Subsystemen. Verhaltensmodelle zeigen das Zusammenwirken von Input und Output. Funktionsmodelle zeigen das Zusammenspiel der Subsysteme bezüglich einer bestimmten Funktion, bspw. der Funktion: „Veränderung des Materials“. Der Modellbegriff wird durch die Kategorien Pragmatik, Abbildung, Verkürzung charakterisiert. Der Modellbegriff wird durch die Kategorien Dogmatik, Semantik, Ethik charakterisiert. Was ist richtig?