Optimale Materialflusssteuerung von Produktionslinien durch Multiskalen-Netzwerk-Modelle

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Simone Göttlich; Professor Dr.-Ing. Alexander Verl
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik ; Produktionssystematik, Betriebswissenschaften, Qualitätsmanagement und Fabrikplanung
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 251646252

• Erstellungsjahr: 2017

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Im Rahmen des Projekts „OptiFlow“ wurde an einem mehrskaligen Materialflussmodell geforscht, um das Transportverhalten von Materialflusssystemen besser modellieren und optimieren zu können. Dazu wurde ein Multiskalen-Netzwerk-Modell konzeptioniert und genutzt, welches je nach Anwendungsfall die Trajektorien der einzelnen Objekte (mikroskopische Ebene) oder das Transportverhalten der Gesamtheit der Objekte (makroskopische Ebene) widergibt. Damit ist es möglich, die Vorteile beider Modelle in einem zu vereinen und bestmöglich zu nutzen. Ebenso wurden spezielle Anforderungen und Randbedingungen von Materialflusssystemen berücksichtigt. Es wurde eine gemeinsame Grundsituation erstellt, um beide Simulationsebenen miteinander zu koppeln und gegeneinander testen zu können. Außerdem wurden zur Validierung der Ergebnisse immer wieder Realdaten herangezogen, die für diese Förderbandkonfiguration vorliegen. Zur Umrechnung von einer in die andere Ebene wurden effiziente Homogenisierungs- und Lokalisierungsmethoden entwickelt und implementiert. Dadurch ist ein Wechsel der Modellierungsebene zu jedem Zeitpunkt möglich. Bei der Betrachtung des Umrechnungsfehlers im weiteren Transportverlauf stellte sich heraus, dass der gemachte Fehler in der Größenordnung der Modellierungsfehler liegt. Erste Ansätze, um eine Durchsatzoptimierung mit mathematischen Mitteln zu berechnen, wurden untersucht und auf Beispielproblemen getestet. Um ein komplettes Transportsystem mit verschiedenen Kriterien optimieren zu können, bedarf es weiterer Forschungsarbeit. Im Bearbeitungszeitraum wurden mögliche Folgeuntersuchungen identifiziert, die in einem neuen Forschungsvorhaben betrachtet werden sollen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• (2018) Optimal packing of material flow on conveyor belts. Optim Eng (Optimization and Engineering) 19 (1) 71–96
  Erbrich, Markus; Göttlich, Simone; Pfirsching, Marion
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s11081-017-9362-5)
• Complex material flow problems: a multi-scale model hierarchy and particle methods. In: Journal of Engineering Mathematics, Vol. 92(1), pp. 15-29, 2015
  Göttlich, S.; Klar, A.; Tiwari, S.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1007/s10665-014-9767-5)
• Discontinuous Galerkin Method for Material Flow Problems. In: Mathematical Problems in Engineering, Vol. 2015, Article ID 341893, 15 pages
  Göttlich, S.; Schindler, P.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1155/2015/341893)
• Existence of a classical solution to complex material flow problems. In: Mathematical Methods in the Applied Sciences (MMAS), Vol. 39(14), pp. 4069-4081, 2016
  Che, J.; Chen, L.; Göttlich, S.; Wang, J.
  (Siehe online unter https://doi.org/10.1002/mma.3848)
• Hardware-in-the-Loop Simulation for Machines Based on a Multi-Rate Approach. In: 9th EUROSIM Congress on Modelling and Simulation (EUROSIM2016), 2016
  Scheifele, C.; Verl, A.
  (Siehe online unter https://dx.doi.org/10.3384/ecp17142715)
• Materialflussmodelle für die HiL-Simulation. In: wt Werkstattstechnik online, 3-2016, pp. 119-124, 2016
  Scheifele, C.; Lechler, A.; Verl, A.