Methodische Einbindung der Simulation in die betrieblichen Planungs- und Entscheidungsabläufe

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Diss. Reihe Fertigungstechnik, Band 79

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2020-05-27
Issue Year
1998
Authors
Rauh, Elke
Editor
Geiger, Manfred
Feldmann, Klaus
Publisher
Meisenbach
ISBN
3-87525-104-0
Abstract

Responsiveness and changeability, that means the constant willingness to optimally redesign has become the key to market success for many companies. However, this must not only refer to the products. Production processes and structures are becoming increasingly important due to their growing complexity. The simulation technology offers the possibility to analyze the relationships and to compare alternative scenarios. The considerations have so far been limited to individual sub-systems of a company. However, in order to achieve and implement optimal solutions for the company-wide design of the production processes and structures, holistic, coordinated decisions are required instead. The aim of this work was therefore to methodically integrate the simulation into the operational planning and decision-making processes based on a comprehensive analysis of the requirements and dependencies. For this purpose, the state of the simulation technology was first analyzed and existing deficits worked out in order to derive the development work. A broad study on the use of simulation confirmed that the use of simulation technology during the planning process helps to significantly shorten the planning time and increase planning security. In addition, the flexible consideration of decision-relevant criteria in the modeling and evaluation as well as the integration of the simulation into the operational environment proved to be of particular importance in the future. This requires the development of tool and method-based concepts that are based on planning. For this reason, the requirements relating to efficient decision support were also determined through the planning tasks and processes. On the basis of this knowledge, concepts were first developed to include the deployment of personnel in the modeling and to enable the simulation results to be evaluated in business terms. The solution concepts have a modular structure. This means that they can be flexibly implemented in commercial module-oriented simulation systems. This made a significant contribution to enabling a comprehensive analysis and evaluation of production systems based on the simulation for the respective problem and adaptable to the planning progress. Building on this, a further approach was pursued which, in addition to the lifecycle simulation of individual production systems, offers cross-divisional and cross-level simulation-based support during planning. On the basis of the functionality requirements resulting from this goal, a modular overall system was developed. It combines organizational, information technology and technological methods, tools and procedures into a holistic concept for the integrated planning of production processes and structures. The system is based on a hierarchical model concept for the structured mapping of a company's production on several levels. The planning database forms the core of the integration of the overall system. It offers universal usage options not only for planning, but also for operational areas and management. It provides planning with the relevant data in a problem-oriented, consistent and consistent manner. In addition, the functionality of the planning database supports the continuous improvement of planning decisions. In a further step, further essential modules of the overall system were developed. They provide the functionality to support individual steps and tasks in decision making methodically and efficiently. The user interface acts as a communication platform between the planning database and the other modules of the overall system. Other implemented modules are used for the administration and automatic generation of simulation models, the comprehensive experiment and result management as well as the flexible provision of methods for validation. Finally, the entire system was implemented and verified as a prototype. The potential of the system could be shown. It supports the holistic view of production during planning, in particular through the integration of planning-relevant data and task synchronization between the production and planning areas. With the planned complete implementation of the system developed in this work, a planning system is available that can replace department-specific views and individual optimizations and thus make a significant contribution to mastering the complexity in the field of factory and production planning. The concept of the overall system offers the flexibility required to implement the individual modules using different methods and software solutions. Therefore, if the implementation of the overall system is continued, it is possible, for example, to use new, more powerful modeling methods. In addition, additional methods and tools can be integrated into the overall system in further work. The integration of further simulation technologies, the efficient support in the optimization of alternative solutions and the connection of the real production to the overall system using innovative solutions for information processing and communication represent interesting additions to this work.

Abstract

Reaktions- und Wandlungsfähigkeit, d. h. die ständige Bereitschaft zum optimalen Um- und Neugestalten, ist für viele Unternehmen der Schlüssel zum Markterfolg geworden. Dies darf sich aber nicht allein auf die Produkte beziehen. Von immer größerer Bedeutung sind die Produktionsprozesse und -Strukturen aufgrund der wachsenden Komplexität. Die Simulationstechnik bietet hier die Möglichkeit, die Zusammenhänge zu analysieren und alternative Szenarien zu vergleichen. Die Betrachtungen beschränken sich allerdings bisher auf einzelne untergeordnete Teilsysteme eines Unternehmens. Um aber insgesamt optimale Lösungen für die unternehmensweite Gestaltung der Produktionsprozesse und -Strukturen zu erreichen und zu realisieren, sind stattdessen ganzheitlich abgestimmte Entscheidungen erforderlich. Ziel dieser Arbeit war es daher, basierend auf einer umfassenden Analyse der Anforderungen und Abhängigkeiten, die Simulation in die betrieblichen Planungs- und Entscheidungsabläufe methodisch zu integrieren. Dazu wurde zunächst der Stand der Simulationstechnik analysiert und bestehende Defizite herausgearbeitet, um daraus die Entwicklungsarbeiten abzuleiten. Durch eine breit angelegte Studie zum Simulationseinsatz wurde dabei bestätigt, daß der planungsprozeßbegleitende Einsatz der Simulationstechnik dazu beiträgt, die Planungsdauer erheblich zu verkürzen und die Planungssicherheit zu erhöhen. Als von zukünftig besonderer Bedeutung erwies sich darüber hinaus die flexible Berücksichtigung entscheidungsrelevanter Kriterien bei der Modellierung und Bewertung sowie die Integration der Simulation in das betriebliche Umfeld. Hierfür ist die Entwicklung von Werkzeug- und methodenbasierten Konzepten erforderlich, die sich an der Planung orientieren. Deshalb wurden zusätzlich die Anforderungen durch die Planungsaufgaben und -abläufe bezüglich einer effizienten Entscheidungsunterstützung ermittelt. Auf der Grundlage dieser Erkenntnisse wurden zunächst Konzepte entwickelt, um in die Modellierung den Einsatz des Personals einzubeziehen und eine betriebswirtschaftliche Bewertung der Simulationsergebnisse zu ermöglichen. Die Lösungskonzepte sind modular aufgebaut. Dadurch können sie flexibel in kommerzielle bausteinorientierte Simulationssysteme implementiert werden. Damit wurde ein wesentlicher Beitrag geleistet, um eine für die jeweilige Problemstellung umfassende und an den Planungsfortschritt anpaßbare Analyse und Bewertung von Produktionssystemen auf Basis der Simulation zu ermöglichen. Darauf aufbauend wurde ein weiterführender Ansatz verfolgt, der zusätzlich zur lebenszyklusbegleitenden Simulation einzelner Produktionsanlagen eine bereichs- und ebenenübergreifende simulationsbasierte Unterstützung bei der Planung bietet. Auf der Grundlage der aus diesem Ziel resultierenden Anforderungen an die Funktionalität wurde ein modulares Gesamtsystem entwickelt. Es verbindet organisatorische, informationstechnische und technologische Methoden, Werkzeuge und Verfahren zu einem ganzheitlichen Konzept für die integrierte Planung von Produktionsprozessen und -Strukturen. Das System basiert dabei auf einem hierarchischen Modellkonzept zur strukturierten Abbildung der Produktion eines Unternehmens auf mehreren Ebenen. Den Integrationskern des Gesamtsystems bildet die Plandatenbasis. Sie bietet nicht nur der Planung sondern auch den operativen Bereichen und dem Management universelle Nutzungsmöglichkeiten. Der Planung stellt sie dabei die jeweils relevanten Daten problemorientiert, durchgängig und konsistent zur Verfügung. Zusätzlich unterstützt die Funktionalität der Plandatenbasis die kontinuierliche Verbesserung von Planungsentscheidungen. In einem weiteren Schritt wurden weitere wesentliche Module des Gesamtsystems entwickelt. Sie stellen jeweils die Funktionalität bereit, um einzelne Schritte bzw. Aufgaben bei der Entscheidungsfindung methodisch und effizient zu unterstützen. Die Bedienoberfläche fungiert dabei als Kommunikationsplattform zwischen Plandatenbasis und den übrigen Modulen des Gesamtsystems. Weitere realisierte Module dienen der Verwaltung und automatischen Generierung von Simulationsmodellen, der umfassenden Experiment- und Ergebnisverwaltung sowie der flexiblen Bereitstellung von Methoden zur Validierung. Abschließend wurde das Gesamtsystem prototypisch realisiert und verifiziert. Dabei konnte das Potential des Systems aufgezeigt werden. Es unterstützt insbesondere durch die Integration planungsrelevanter Daten und die Aufgabensynchronisation zwischen den Produktions- und Planungsbereichen die ganzheitliche Betrachtungsweise der Produktion bei der Planung. Mit der geplanten vollständigen Realisierung des in dieser Arbeit entwickelten Systems steht ein Planungssystem zur Verfügung, das abteilungsspezifische Sichten und Einzeloptimierungen ersetzen und damit einen wesentlichen Beitrag zur Beherrschung der Komplexität auf dem Gebiet der Fabrik- und Fertigungsplanung leisten kann. Das Konzept des Gesamtsystems bietet die erforderliche Flexibilität, um die einzelnen Module mit Hilfe verschiedener Methoden und Softwarelösungen zu implementieren. Deshalb besteht bei der Fortsetzung der Realisierung des Gesamtsystems beispielsweise die Möglichkeit, neue, leistungsfähigere Modellierungsmethoden zu verwenden. Darüber hinaus können in weiteren Arbeiten zusätzliche Methoden und Hilfsmittel in das Gesamtsystem eingebunden werden. Dabei stellen die Integration weiterer Simulationstechnologien, die effiziente Unterstützung bei der Optimierung von Lösungsalternativen sowie die Anbindung der realen Produktion an das Gesamtsystem unter Nutzung innovativer Lösungen zur Informationsverarbeitung und zur Kommunikation interessante Ergänzungen dieser Arbeit dar.

Series
Fertigungstechnik - Erlangen
Series Nr.
79
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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