Table Of ContentSIMULATIONSSYSTEM 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
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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
