Integriertes Simulationsmodell für den Werkzeug- und Formenbau
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Um die Simulation als Steuerungs- und Planungswerkzeug für den Werkzeug- und Formenbau nutzbar zu machen wurden ein durchgängiges Datenmodell und Methoden zur Planungs- und Entscheidungsunterstützung entwickelt. Die Gesamt-Methode besteht aus Methoden zur Angebotsplanung und zur Reaktion auf Änderungsanforderungen sowie Verfahren zur Belegungsplanung der Integration der Simulation in den PPS-Regelkreis. Als Möglichkeit zur Planungsoptimierung wurden genetische Algorithmen angewendet, die ein Ergänzungsbestandteil der Simulationssoftware sind. Um die Optimierung zu beschleunigen, wurde außerdem der Einfluss von Vereinfachungen des Modells auf die Prognosegüte betrachtet. Mit der Methode zur Angebotsplanung wird die Produktstruktur des Werkzeugs festgelegt. Für jedes Einzelteil und jede Baugruppe werden in diesem Modell die Arbeitsgänge erfasst, die für die Herstellung notwendig sind. Daraus ergibt sich ein Netzplan, der die Bearbeitungsreihenfolge aller Bestandteile des Werkzeugs repräsentiert. Jedes Werkzeug wird von einer Basisstruktur abgeleitet. In dieser Basisstruktur können für jedes Bauteil Formeln zur Berechnung von Materialkosten und Merkmale definiert werden, für jeden Arbeitsgang Formeln zur Ermittlung der Bearbeitungszeit. Außerdem können Bauteile und Arbeitsgänge mit Optionen verbunden werden. Ob und wie häufig ein Bauteil oder Arbeitsgang für ein Werkzeug angelegt wird, hängt dann von der Wahl der Optionen ab. Die Ausprägungen der Merkmale werden beim Anlegen eines Werkzeugs in die Formeln der Basisstruktur eingesetzt, um den Bearbeitungsaufwand der Arbeitsgänge und die Materialkosten für die Bauteile zu berechnen. Die Merkmale können bei der Verknüpfung mit der Belegungsplanung auch als Prozessmerkmale verwendet werden und beispielsweise die Größe des Werkstücks angeben. Damit wird überprüft, ob ein Arbeitsgang eines Bauteils an einem bestimmten Arbeitssystem durchgeführt werden kann, also zum Beispiel der Arbeitsraum groß genug ist, Die Belegungsplanung verbindet Planungs-, Fertigungs- und Montageprozesse mit Arbeitssystemen. Für jede vorhandene Kombination von Prozess und Arbeitssystem wird angegeben, wie hoch der Leistungsfaktor ist, welche einschränkenden Prozessmerkmale das Arbeitssystem hat und ob das Arbeitssystem für den Prozess regulär zur Verfügung steht oder nur als Ausweichmöglichkeit bei Kapazitätsengpässen. Außerdem werden die Schichtmodelle und Maschinenstundensätze in diesem Teilmodell verwaltet. Die Verknüpfung der Modelle mit der Simulation ermöglicht die automatisierte Generierung der Arbeitssysteme und Aufträge für die Simulation und die Belegungsplanung. Über Dialog- Fenster kann man Planungsintervall und -horizont festlegen. Im Rahmen des Vorhabens wurden Zufallszahlen genutzt, um die Abweichungen von der geplanten Bearbeitungszeit, Störungen und Änderungsanforderungen darzustellen. Auf diese Weise konnte das Modell verifiziert werden. Bei einer Anwendung in der Praxis werden stattdessen Rückmeldedaten verwendet. Die Simulation ist in den PPS-Regelkreis integriert worden. Der Planer kann angeben, welche Maßnahmen beim Auftreten von Störungen ergriffen werden sollen und die Auswirkungen unterschiedlicher Alternativen miteinander vergleichen. Auf diese Weise bietet das integrierte Simulationsmodell dem Planer die Möglichkeit zu entscheiden, wie schnell und umfassend auf Verzögerungen reagiert werden soll und welche Kosten dafür in Kauf genommen werden. Um eine reaktionsschnelle Optimierung der Belegungsplanung zu ermöglichen, wurde das Model! um das automatisierte Durchführen von Optimierungsläufen auf Basis der in eMPlant enthaltenen genetischen Algorithmen erweitert. Das Simulationsmodell wurde auf verschiedene Weisen vereinfacht, um die Rechenzeit für die Optimierung zu senken. Anschließend wurden die Ergebnisse verglichen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Siegbert, J.: Simulationsmodell für den Werkzeug- und Formenbau. IFW-Ko!loquium, Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinenbau der Universität Hannover, 30. Mai 2005, Hannover
- Tönshoff, H. K.; Reinsch, S.; Siegbert, J.: Flexible Planung für den Werkzeug- und Formenbau, wt Werkstattstechnik online, Band 95 (2005), Heft 11/12, S. 858-861.
- Tönshoff, H. K.; Siegbert, J.: Simulation Based Production Control for Die and Mold Manufacturing. Annals of the German Academic Society for Production Engineering (WGP), Band 13 (2006), Heft 1, S, 135-138.
