Simulationssystem für Fertigungsprozesse mit Stückgutcharakter: Ein gegenstandsorientiertes System mit parametrisierter Netzwerkmodellierung PDF
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SIMULATIONSSYSTEM FUR FERTIGUNGSPROZESSE MIT STUCKGUTCHARAKTER - EIN GEGENSTM1DSORIENTIERTES SYSTEM MIT PARAMETRISIERTER NETZWERKMODELLIERUNG VON DER FAKULTAT FUR KONSTRUKTIONS- UND FERTIGUNGSTECHNIK DER UN IVERS I TAT STUTTGART ZUR ERLANGUNG DER wURDE EINES DOKTOR-INGENIEURS (DR-ING.) GENEHMIGTE ABHANDLUNG VORGELEGT VON DIPL.-ING., M. SC. BERND-DIETMAR BECKER AUS STUTTGART HAUPTBERICHTER: PROF. DR.-ING. H.-J. WARNECKE MITBERICHTER: PROF. DR.-ING. F. BEISTEINER TAG DER EINREICHUNG: 18.DEZEMBER 1989 TAG DER MUNDLICHEN PRUFUNG: 5. APRIL 1990 Bernd-Dietmar Becker Simulationssystem fur Fertigungsprozesse mit Stuckgutcharakter Ein gegenstandsorientiertes System mit parametrisierter Netzwerkmodellierung Mit 48 Abbildungen und 47 Tabellen Springer-Verlag Berlin Heidelberg New York London Paris Tokyo Hong Kong Barcelona 1991 Dipl.-Ing., M. Sc. Bernd-Dietmar Becker Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA), Stuttgart Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. Dr.-Ing. E. h. H. J. Warnecke o. Professor an der UniversitAt Stuttgart Fraunhofer-Institut fOr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA). Stuttgart Prof. Dr.-Ing. habil. H.-J. Bullinger o. Professor an der UniversitAt Stuttgart Fraunhofer-Instltut fOr Arbeitswirtschaft und Organisation (lAO). Stuttgart 093 ISBN-13: 978-3-540-53847-9 e-ISBN-13: 978-3-642-47943-4 001: 10.1007/978-3-642-47943-4 Dieses Werk ist urheberrechtlich geschOtzt. Die dadurch begrOndeten Rechte. insbesondere die der Obersetzung. des Nachdrucks. des Vortrags, der Entnahme von Abbildungen und Tabellen, der Funksendung. der Mikroverfilmung oder der VervielfAltigung auf anderen Wegen und der Speicherung in Datenverarbeitungsanlagen. bleiben. auch bei nur auszugsweiser Verwertung. vorbehalten. Eine VervielfAltigung dieses Werkes oder von Teilen dieses Werkes ist auch im Einzelfall nur in den Grenzen der gesetzlichen Bestimmungen des Urheber rechtsgesetzes der Bundesrepublik Deutschland vom 9. September 1965 in der jeweils gOltigen Fassung zulAssig. Sie ist grundsAtzlich vergOtungspflichtig. Zuwiderhandlungen unterliegen den Strafbestimmungen des Urheberrechtsgesetzes. © Springer-Verlag, Berlin. Heidelberg 1991. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen. Warenbezeichnungen usw. in diesem Werk berechtigt auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme. daB solche Namen im Sinne der Warenzeichen-und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wAren und daher von jederrnann benutzt werden dOrften. Sollte in diesem Werk direkt oder indirekt auf Gesetze. Vorschriften oder Richtlinien (z. B. DIN. VDI. VDE) Bezug genom men oder aus ihnen zitiert worden sein. so kann der Verlag keine GewAhr fOr Richtigkeit, VolistAndigkeit oder AktualitAt Obernehmen. Es empfiehlt sich. ge gebenenfalls fOr die eigenen Arbeiten die volistAndigen Vorschriften oder Richtlinien in der jeweils gOltigen Fassung hinzuzuziehen. Gesamtherstellung: Copydruck GmbH. Heimsheim 62/3020-543210 Geleitwort der Herausgeber Futuristisc:he Bilder werden reute entworfen: o Reboter bauen Reboter, o Breitbandinformationssysteme transferieren riesige Datenmengen in Sekunden urn die ganze W::!lt. Von der "nensc:henleeren Fabrik" wird da gesprcx::hen und van "papierlo sen BUro". W5rtlich genc::mIal muB Il\3l1 beides als Utopie bezeichnen, aber der Entwicklungstrend geht sicher zur "automatisc:hen Fertigung" und zum "rechnerunterstiitzten Btiro". Forschung bedarf der 'Perspektive, Forsc:hung benOtigt aber auch die Riickkopplung zur Praxis - insbeSon dere im Bereich der Produktionstechnik und der Arbeitswissensc:haft. FUr eine Industriegesellsc:haft hat die Produktionstechnik eine Schliis selstellung. ~hanisierung und Autanatisierung haben es uns in den letzten Jahren erlaubt, die Produktivitat unserer Wirtsc:haft standig zu verbessern. In der Vergangenheit stand dabei die Leistungssteigerung einzelner Masc:hinen und Verfahren im Vordergrund. Heute wissen wir, daB wir das Zusamrenspiel der versc:hiedenen Untemehnensbereiche starker beachten miissen. In der Fertigung selbst konzipieren wir flexible Fer tigungssysteme, die viele verkettete Einzelllasc:hinen beinhalten. Dort, wo es· Produkt und Produktionsprogranm zulassen, denken wir intensiv tiber die Verknlipfung von Konstruktion, Arbeitsvorbereitung, Fertigung und Qualitatskontrolle nacho Rechnerunterstiitzte Informationssysteme helfen dabei und sellen zurn eIM (catputer Integrated Ma,.,ufacturing) flihren und CAD (Conputer Aided Design) und CAM (Corrputer Aided Manu facturing) vereinen. Auch die BUroarbeit wird neu durchdacht und mit Hilfe vemetzter Conputersysteme teilweise autanatisiert und mit den anderen Untemehnensfunktionen verbunden. Information ist zu einem Produktionsfaktor geworden, und die Art und Weise, wie Il\3l1 damit urrgeht, wird mit tiber den Untemehnenserfolg entscheiden. Der Erfolg in unseren Untemehnen hangt auch in der Zukunft entschei dend von den dort arbeitenden Mensc:hen abo Rationalisierung und Auto matisierung mlissen deshalb im Zusamrenhang mit Fragen der Arbeitsgestal tung betrieben werden, unter Beriicksichtigung der BedUrfnisse der Mit arbeiter und unter Beachtung der erforderlichen Qualifikationen. Inve stitionen in Masc:hinen und Anlagen mlissen deshalb in der Produktion wie im BUro durch Investitionen in die Qualifikation der Mitarbeiter be gleitet werden. Bereits im Planungsstadiurn mlissen Technik, Organisation und Soziales integrativ betrachtet und mit gleichrangigen Gestaltungs zielen belegt werden. Von wissenschaftlicher Seite muB dieses Bemiihen durch die Entwicklung von Methoden und VorgehenSY/eisen zur systematisc:hen Analyse und Ver besserung des Systems Produktionsbetrieb einsc:hlieBlich der erforder lichen Dienstieistungsfunktionen unterstlitzt werden. Die Ingenieure sind hier gefordert, in enger Zusanrrenarbeit mit anderen Disziplinen, z. B. der Informatik, der Wirtsc:haftswissensc:haften und der Arbeitswis senschaft, Uisungen zu erarbeiten, die den veranderten Randbedingungen Rechnung tragen. Beispielhaft sei hier an den groBen Bereich der Informationsverarbei tung im Betrieb erinnert, der von der Angebotserstellung tiber Konstruk tion und Arbeitsvorbereitung, bis hin zur Fertigungssteuerung und Quali tatskcntrolle reicht. Beim MaterialfluB geht es urn die richtige Aus- wahl und den Einsatz von Fordermitteln sowie Anordnung und Ausstattung von Lagern. GroBe Aufrrerksarnkeit wird in nachster Zukunft auch der weiteren Autornatisierung der Handhabung von Werkstticken und Werkzeu gen sowie der M:>ntage von Produkten gescrenkt werden. Von der Forschung muB in diesern Zusarnrrenhang ein Beitrag ZlIDl Einsatz fortschrittlicrer intelligenter Corrputersysterre erfolgen. Planungs prozesse mtissen durch Softwaresysterre untersttitzt und Arbeitsbedingun gen wissenschaftlich analys.i.ert und neu gestaltet werden. Die von den Herausgebern geleiteten Institute, das - Institut fUr Industrielle Fertigung und Fabrikbetrieb der Universitat Stuttgart (IFF), - Fraunhofer-Institut fUr Produktionstechnik und Autctratisierung (IPA), - Fraunhofer-Institut fUr Arbeitswirtschaft und Organisation (IAO) arbeiten in grundlegender und angewandter Forschung intensiv an den oben aufgezeigten Entwicklungen mit. Die Ausstattung der Labors und die Qualifikation der Mitarbeiter haben bereits in der Vergangenheit zu Forschungsergebnissen gefUhrt, die fUr die Praxis von groBem Wert waren. Zur Umsetzung ge\\'Ol1Ilener Erkenntnisse wird die Schriften reihe "IPA-IAO - Forschung und Praxis" rerausgegeben. Der vorliegende Band setzt diese Reihe fort. Eine Ubersicht i.iber bisher erschienene Titel wird am SchluB dieses Buches gegeben. Dem Verfasser sei fUr die geleistete Arbeit gedankt, dem Springer Verlag fUr die Aufnahme dieser Schriftenreihe in seine Angebotspa lette und der Druckerei fUr saubere und ztigige Ausftihrung. MCige das Buch von der Fachwelt gut aufgenamen werden. H. J. Warnecke • H. -J. Bullinger Vorwort Die vorliegende Arbeit entstand w!hrend meiner Tatigkeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fraunhofer Institut fUr Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) , Stuttgart. Dem Direktor des Institutes fUr Industrielle Fertigung und Fabrikbetriebslehre sowie des Fraunhofer Institutes fUr Produktionstechnik und Autornatisierung (IPA), Herrn Professor Dr.-Ing. Dr. h.c. Dr. e.h. H.-J. Warnecke, gilt rnein besonderer Dank fUr die Anregung und die stete Forderung der Arbeit. Herrn Professor Dr. techno F. Beisteiner, dem Direktor des Institutes fUr Fordertechnik, danke ich fUr das groBe Interesse und die eingehende Durchsicht der Arbeit. Ich danke Herrn Professor Dr.-Ing. W. Dangelrnaier fUr die fachlichen Gesprache und Ratschlage. SchlieBlich mochte ich allen Mitarbeitern, die mir bei der Urnsetzung und Fertigstellung der Arbeit behilflich waren, danken. Stuttgart, September 1990 Bernd-Dietrnar Becker Inhaltsverzejchnis Seite 1. Einleitung 15 2. Optimierung von Fertigungsprozessen durch Simulation 17 3. Verfahren zur Simulation von Fertigungsprozessen 19 3.1 Kriterien zur Bewertung von Simulationsverfahren 20 3.2 Systematische Abgrenzung von Simulationsverfahren 25 3.2.1 Allgemeine Simulationsverfahren 25 3.2.2 Rechneruntersttitzte Simulationsverfahren 27 3.2.3 Gegenstandsorientierte Simulationsverfahren 34 4. Untersuchung herkommlicher netzorientierter, 41 parametrischer Simulationsverfahren 4.1 Beschreibungssprache 41 4.1.1 Systematik der Abbildung von Elementen von Fertigungsprozessen 41 4.1. 2 Abbildung von MaterialfluBelementen 42 4.1. 3 Abbildung von InformationsfluBelementen 44 4.2 Verkntipfung von Methoae, Mensch und Rechner 45 5. Zielsetzung der Arbeit 49 6. Beschreibungssprache zur Modellierung eines Fertigungsprozesses mit Sttickgutcharakter 50 6.1 Systematik der Abbildung von Elementen von Fertigungsprozessen 50 6.1.1 Unbewegliche MaterialfluBelemente 52 6.1. 2 Bewegliche MaterialfluBelemente 58 6.1.3 Unbewegliche InformationsfluBelemente 61 6.1. 4 Bewegliche InformationsfluBelemente 70 6.1.5. Sprachelemente zur Berticksichtigung von Rand bedingungen des modellierten Fertigungs- prozesses 71 6.1.6 Obersicht tiber die definierten Sprachelemente 71 10 6.2 Abbildung unbeweglicher MaterialfluBelemente 72 6.2.1 Abbildung unbeweglicher aktiver MaterialfluBelemente 72 6.2.2 Abbildung unbeweglicher passiver MaterialfluBelemente 88 6.3 Abbildung beweglicher MaterialfluBelemen~e 91 6.3.1 Abbildung beweglicher aktiver MaterialfluBelemente 91 6.3.2 Abbildung beweglicher passiver MaterialfluBelemente 96 6.4 Abbildung unbeweglicher InformationsfluBelemente 97 6.4.1 Abbildung unbeweglicher aktiver InformationsfluBelemente 97 6.4.2 Abbildung unbeweglicher passiver InformationsfluBelemente 108 6.5 Abbildung beweglicher InformationsfluBelemente 109 6.6 Gemeinsame Eigenschaften der Elemente 110 7. Verknlipfung von Methode, Mensch und Rechner 112 7.1 Objektorientierte Benutzeroberflache 112 7.2 Programmstruktur 115 7.3 Verbesserung der Leistungsfahigkeit und Richtigkeit 116 8. Beispiele zur Realisierung des behandelten Verfahrens 119 8.1 Beispiele zur Realisierung einzelner Fertigungseinrichtungen 119 8.1.1 Abbildungsbeispiel einer Stetigfordereinrichtung 119 8.1.2 Abbildungsbeispiel einer Unstetigforderereinrichtung 121 8.1.3 Abbildungsbeispiel einer Lagereinrichtung 124 11 8.1. 4 Abbildungsbeispiel einer Bearbeitungseinrichtung 127 8.1.5 Abbildungsbeispiel einer Montageeinrichtung 129 8.2 Beispiel zur Realisierung eines Fertigungs modells 131 9. Zusammenfassung und Ausblick 145 10. Literaturverzeichnis 148 Verzeichnjs der Abkjjrzungen, Formelzeichen lind Einheiten zeichen Einheit Bedeutung @ aktives Element AlE aktives InformationsfluBelement AME aktives MaterialfluBelement AP Arbeitsplatz AusLL Auslagerliste BE Bewegliches Element DE Datenelement DLZ s Durchlaufzeit ELE Funktion zur Bestimmung eines Listenelements durch Vergleich mit einem Element ET Entscheidungstabelle EVA Einlagerung-Verarbeitung-Auslagerung f() Funktion von (".) FE Fertigungselement FFS flexibles Fertigungssystem FG Fordergliter FHM Forderhilfsmittel FIFO first in first out FM bewegliches Fordermittel FP FertigungsprozeB FTS Fahrerloses Transportsystem GEN Generatorelement IE InformationsfluBelement IF Informations fluB IFR InformationsfluBrichtung KF Kettenforderer lauBen m Lange eines liberstehenden Teils auBerhalb der Anlage seines Referenzpunktes LE Listenelement Lb m Lange eines Bandes Lk m Lange einer Kette Lr m Lange einer Rutsche Lw m Lange eines Weges lfrei m Lange des freien Weges bis zum Stauort LIFO last in first out
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