Konzept zur rechnerintegrierten Materialversorgung in flexiblen Fertigungssystemen

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Diss. Reihe Fertigungstechnik, Band 48

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2020-08-25
Issue Year
1995
Authors
Klotzbücher, Rainer
Editor
Geiger, Manfred
Feldmann, Klaus
Publisher
Carl Hanser
ISBN
3-446-18412-0
Abstract

To optimally use the flexibility of flexible manufacturing systems, planning competencies are increasingly being shifted from the PPS system to the individual, local control system of a flexible manufacturing system, thus increasing the autonomy of flexible manufacturing systems. The supply of these autonomous units with material, however, continues to be mainly managed centrally by the PPS system. To a large extent, this results in the premature provision of materials and thus high inventories and high necessary buffer capacities in the production systems. This can be avoided through the use of material flow control systems on a decentralized level, which, based on the occupancy planning carried out locally in the production systems, plan, arrange and monitor their supply / disposal on the one hand in relation to the work process and on the other hand in relation to individual material flow units. Integrated concepts for such material flow control systems are missing. The aim of this work was therefore to design an information system for computer-controlled material flow control in flexible manufacturing systems with the aspects of integrating material flow control into the operational functional environment, integrating all sub-functions of material flow control, and achieving the shortest possible supply / disposal of flexible manufacturing systems with / of material and material flow aids. The task of material flow control with its relationships to the operational task environment was specified on the basis of a functional and a structural model of computer-integrated production (Section 2). System engineering provides a number of methods for planning systems. The instruments used in this work (functional analysis, relational data model, Petri network) were presented in Section 3. With the help of this set of instruments, the requirements to be placed on an information system for material flow control from the point of view of integration, stability and flexibility as well as process proximity were shown and a functional logic model (information controller) of material flow control was derived. To design an information system for material flow control, it is necessary to model the material flow with regard to the elements that determine it. For this purpose, an abstract system model of flexible manufacturing systems and a model for the objects to be transported - material flow units (spatial-quantitative summary of objects) - were designed. The existing relationships between the material flow determination items source, sink, transport medium, object, quantity and date were recorded or defined (section 4). On this basis, information flow and function models were created for the sub-functions of demand planning, flow planning, flow unit formation, flow initiation, flow monitoring and operational data acquisition / processing of the material flow control. Each individual sub-function was characterized with regard to the methods to be used for its execution and the data required for this (Section 5). The structure of the information system for material flow control results from the functional processes required in response to external events. These are e.g. the notification of an occupancy plan to be supplied, any additional consumption incurred, etc. For the production process as planned, a function network was established which determined the supply requirements based on the occupancy plans of the individual production systems, the definition of sources, sinks, transport media, dates and material flow units, determined supply requirements and existing disposal requirements as well as the initiation and monitoring of orders for the realization of the material flow. The non-planned production process was taken into account by defining function chains for the detection of and reaction to deviations from the planning / planning basis (Section 6). Such deviations are e.g. Delays in the implementation of material provision, changes to an occupancy plan, etc. The use and functionality of the control system designed was demonstrated using an exemplary application (Section 7). The designed information system for material flow control was implemented in the form of a modular program system (Section 7). Sub-functions of the same were also implemented as program modules of a decentralized control system for assembly cells. Compared to the prior art, the developed general description models for flow processes and material flow units enable a flexible configuration of the program system to the specific supply requirements of a manufacturing system. Furthermore, a short-term, event-oriented, work process and material flow unit related supply / disposal of flexible manufacturing systems is achieved. With a suitable configuration of the program system, the buffer capacities to be provided for flexible manufacturing stars are reduced, the workshop inventory is minimized and the excess inventory that occurs when supplies are initiated by PPS systems is avoided.

Abstract

Zur optimalen Nutzung der Flexibilität flexibler Fertigungssysteme werden zunehmend Planungskompetenzen vom PPS-System auf das einzelne, lokale Leitsystem eines flexiblen Fertigungssystems verlagert und damit die Autonomie flexibler Fertigungssysteme erhöht. Die Versorgung dieser autonomen Einheiten mit Material wird allerdings weiterhin überwiegend zentral vom PPS-System veranlasst. Dies hat in hohem Maße eine zu frühe Materialbereitstellung und damit hohe Bestände und hohe notwendige Pufferkapazitäten in den Fertigungssystemen zur Folge. Durch den Einsatz von Materialflußsteuerungssystemen auf dezentraler Ebene, die auf der Basis der lokal in den Fertigungssystemen erfolgten Belegungsplanung deren Ver-/Entsorgung einerseits arbeitsvorgangsbezogen und andererseits bezogen auf einzelne Materialflußeinheiten planen, veranlassen und überwachen, kann dies vermieden werden. Integrierte Konzeptionen für derartige Materialflußsteuerungssysteme fehlen. Ziel dieser Arbeit war daher die Konzipierung eines Informationssystems zur rechnergeführten Materialflußsteuerung bei flexiblen Fertigungssystemen unter den Aspekten der Integration der Materialflußsteuerung in das betriebliche Funktionsumfeld, der Integration aller Teilfunktionen der Materialflußsteuerung, und der Erreichung einer möglichst kurzfristigen Ver-/Entsorgung flexibler Fertigungssysteme mit/von Material und Materialflußhilfsmitteln. Auf der Basis eines funktionslogischen und eines strukturellen Modells der rechnerintegrierten Produktion wurde die Aufgabe Materialflußsteuerung mit ihren Beziehungen zum betrieblichen Aufgabenumfeld spezifiziert (Abschnitt 2). Zur Planung von Systemen stellt die Systemtechnik eine Reihe von Methoden zur Verfügung. Das im Rahmen dieser Arbeit verwendete Instrumentarium (Funktionsanalyse, relationales Datenmodell, Petri-Netz) wurde in Abschnitt 3 vorgestellt. Unter Zuhilfenahme dieses Instrumentariums wurden die Anforderungen, die an ein Informationssystem zur Materialflußsteuerung unter dem Blickwinkel der Integration, der Stabilität und Flexibilität sowie der Prozeßnähe zu stellen sind, aufgezeigt und ein funktionslogisches Modell (Informations-Regler) der Materialflußsteuerung abgeleitet. Für den Entwurf eines Informationssystems zur Materialflußsteuerung ist es erforderlich, den Materialfluß hinsichtlich der ihn bestimmenden Elemente zu modellieren. Hierzu wurde ein abstraktes Systemmodell flexibler Fertigungssysteme und ein Modell für die jeweils zu befördernden Objekte - Materialflußeinheiten (räumlich-mengenmäßige Zusammenfassung von Objekten) - entworfen. Die bestehenden Beziehungen zwischen den Materialfluß-Bestimmungsstücken Quelle, Senke, Transportmedium, Objekt, Menge und Termin wurden erfasst bzw. definiert (Abschnitt 4). Auf dieser Grundlage wurden Informationsfluß- bzw. Funktionsmodelle für die Teilfunktionen Bedarfsplanung, Flußplanung, Flußeinheitenbildung, Flußveranlassung, Flußüberwachung und Betriebsdatenerfassung/-verarbeitung der Materialflußsteuerung erstellt. Jede einzelne Teilfunktion wurde hinsichtlich der für ihre Ausführung anzuwendenden Methoden und der hierzu erforderlichen Daten charakterisiert (Abschnitt 5). Die Struktur des Informationssystems zur Materialflußsteuerung ergibt sich aus den als Reaktion auf äußere Ereignisse erforderlichen Funktionsabläufen. Dies sind z.B. die Mitteilung eines zu versorgenden Belegungsplans, eines entstandenen Mehrverbrauchs, etc. Für den plangemäßen Fertigungsablauf wurde ein Funktionsnetz, das die Ermittlung der Versorgungsbedarfe auf der Basis der Belegungspläne der einzelnen Fertigungssysteme, die Festlegung der Quellen, Senken, Transportmedien, Termine und Materialflußeinheiten ermittelter Versorgungsbedarfe und bestehender Entsorgungsbedarfe sowie die Veranlassung und Überwachung der Aufträge zur Realisierung des Materialflusses umfasst, entwickelt. Der nicht plangemäße Fertigungsablauf wurde durch die Definition von Funktionsketten zur Erkennung von und zur Reaktion auf Plan-/Planungsbasis-Abweichungen berücksichtigt (Abschnitt 6). Solche Abweichungen sind z.B. Verzögerungen in der Durchführung der Materialbereitstellung, Änderung eines Belegungsplans, etc. Anhand einer exemplarischen Anwendung wurde der Einsatz und die Funktionsweise des konzipierten Steuerungssystems aufgezeigt (Abschnitt 7). Das entworfene Informationssystem zur Materialflußsteuerung wurde in Form eines modular aufgebauten Programmsystems realisiert (Abschnitt 7). Teilfunktionen desselben wurden darüber hinaus als Programmmodule eines dezentralen Steuerungssystems für Montagezellen realisiert. Gegenüber dem Stand der Technik wird durch die entwickelten allgemeinen Beschreibungsmodelle für Flußvorgänge und Materialflußeinheiten eine flexible Konfiguration des Programmsystems auf die jeweils bestehenden, spezifischen Versorgungsbedürfnisse eines Fertigungssystems ermöglicht. Desweiteren wird eine kurzfristige, ereignisorientierte, arbeitsvorgangs- und materialflußeinheitenbezogene Ver-/Entsorgung flexibler Fertigungssysteme erreicht. Bei geeigneter Konfiguration des Programmsystems werden damit die für flexible Fertigungssystemen vorzusehenden Pufferkapazitäten reduziert, die Werkstattbestände minimiert sowie die Überbestände, die bei einer durch PPS-Systeme veranlassten Versorgung auftreten, vermieden.

Series
Fertigungstechnik - Erlangen
Series Nr.
48
Notes
Nach Rechteübertragung des Meisenbach-Verlags auf die FAU digitalisiert und online gestellt durch Geschäftsstelle Maschinenbau und Universitätsbibliothek der FAU im Jahr 2020. Koordination der Reihe: Dr.-Ing. Oliver Kreis. Für weitere Informationen zur Gesamtreihe siehe https://mb.fau.de/diss
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