Materialflusssimulation als Mittel der Automatisierung

  1. Was ist Materialflusssimulation?
  2. Einsatzgebiete und Nutzen der Materialflusssimulation
  3. Wie läuft eine Simulationsstudie ab?
  4. Implementierung und Kosten der Materialflusssimulation

Was ist Materialflusssimulation?

Der Begriff Simulation wird nach der VDI-Richtlinie 3633 als das Nachbilden technischer Systeme mit den darin ablaufenden dynamischen Prozessen in einem experimentierfähigen Modell beschrieben. Logistik-, Materialfluss- und Produktionssysteme werden unter dem Begriff technisches System zusammengefasst. Einsatz findet die Simulation demnach in der Planung, Realisierung und im Betrieb.

Als Materialfluss werden nach der VDI Richtlinie 2411 alle Vorgänge und deren Verkettung beim Gewinnen, Be- und Verarbeiten sowie bei der Verteilung von stofflichen Gütern innerhalb bestimmter, festgelegter Produktionsbereiche verstanden.

Mit der Materialflusssimulation kann eine vergleichende Bewertung unterschiedlicher Ablaufvarianten einer Produktion stattfinden, ohne dass in diese eingegriffen werden muss. Eine Materialflussoptimierung kann somit vor der Einführung ganzheitlich getestet und evaluiert werden. Durchgeführt wird die Materialflusssimulation mit einer speziellen Simulationssoftware, wie beispielsweise PlantSimulation oder ExtendSim, mit der der zu betrachtende Prozess abgebildet, parametrisiert und analysiert wird.

Einsatzgebiete und Nutzen der Materialflusssimulation

Der Erfolg eines produzierenden Unternehmens hängt unter anderem von der Fähigkeit ab, auf Marktturbulenzen erfolgreich reagieren zu können. Dazu müssen flexible Methoden zur Planung und Steuerung ganzheitlicher Ablaufprozesse zur Verfügung stehen. Turbulenzen können auch intern entstehen, wenn beispielsweise ein Engpass (Bottleneck) in einem bestimmten Bereich existiert.

Die Materialflusssimulation ist dazu geeignet, bei der Identifikation solcher Turbulenzen zu unterstützen und deren Auswirkungen zu prognostizieren. Damit können verschiedene Möglichkeiten vorab getestet und bewertet werden. Der besonders attraktive Nutzen besteht in den Eigenschaften der Materialflusssimulation.

Dazu gehören:

  • Schnelligkeit
  • Bedienbarkeit
  • Ganzheitlichkeit 
  • Skalierbarkeit
  • Erweiterbarkeit
  • Wandlungsfähigkeit
  • Übertragbarkeit

Die Materialflusssimulation ist ein wichtiger Bestandteil der Materialflussplanung. Ein weiteres Einsatzgebiet ist die Materialflussoptimierung, die mit der Simulation möglich wird. Nachdem ein Engpass im Produktionsablauf bestimmt werden konnte, soll dieses Potenzial genutzt werden, um eine Optimierung des Prozesses vorzunehmen. Diese Materialflussoptimierung soll jedoch nicht in der Produktion direkt getestet werden, sondern kann mit der Simulationssoftware evaluiert werden, ohne in die Produktion einzugreifen. Die stetige Weiterentwicklung und Optimierung der bestehenden Prozesse ist ein Erfolgsgarant in jedem produzierenden Unternehmen.

Für die Modellierung eines gesamten Materialflusses mittels einer Simulationssoftware wird ein breites Expertenwissen vorausgesetzt. Die Modelle werden schon bei kurzen Prozessabläufen sehr komplex und die Integration in die Software ist sehr aufwendig. Je nach Detaillierungsgrad kann ein Modell schnell aus mehreren tausend einzelnen Bausteinen bestehen. Für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) ist die Nutzung der Materialflusssimulation ohne externe Hilfe meist unmöglich. Aber auch große Unternehmen stehen dabei vor einer großen Herausforderung.

Das Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) gGmbH bietet die Materialflusssimulation sowie die anschließende Materialflussoptimierung als Dienstleistung an. Dabei können Unternehmen das Fachwissen der Projektingenieure nutzen und müssen nicht für einmalige Entscheidungen über Jahre Fachwissen aufbauen sowie die passende Simulationssoftware beschaffen.

Wie läuft eine Simulationsstudie ab?

Der Ablauf einer Simulationsstudie des Materialflusses beginnt mit der Simulationsmodellbeschreibung. Dabei liegt der Fokus auf der realitätsnahen Abbildung des Produktionssystems mit allen Systemzuständen, Elementen und Entscheidungsregeln. Es wird ein Ist-Zustand analysiert und simulationsbasiert aufgebaut.

Anschließend erfolgt die Datenerhebung sowie die Wahl der passenden Verteilungsfunktionen, um Störanfälligkeiten sowie Prozesszeiten stochastisch abbilden zu können. Damit wird die Input-Analyse abgeschlossen. Die Daten gelangen visualisiert in die Schnittstelle, welche die Infrastruktur mit ihren Datenbanken beinhaltet. Die Datengrundlage ist nun gegeben und die Simulation kann mittels geeigneter Software erfolgen. Dabei werden die ermittelten Daten parametrisiert und kalibriert. Die Prozesszeiten für einzelne Arbeitsschritte, das Störverhalten sowie die Fehlerraten sind in den Daten berücksichtigt, die in das Simulationsmodell implementiert werden.

Das Simulationsmodell wird genutzt, um je nach Simulationsziel einige Simulationsläufe durchzuführen. Die entstehenden Ergebnisse werden dann über die Schnittstelle zurückgegeben. Es folgt die Output-Analyse: Die Simulationsergebnisse werden validiert und auf ihre Zweckmäßigkeit überprüft. Abschließend werden die Ergebnisse und Informationen auf die Realität übertragen und beeinflussen das reale System.

Implementierung und Kosten der Materialflusssimulation

Die Implementierung einer Materialflusssimulation ist aufwendig und komplex. Ein Unternehmen muss gewisse Voraussetzungen mitbringen, damit eine Simulation erfolgreich durchgeführt werden kann. Die Datengrundlage sollte möglichst standardisiert und mit einer ausreichenden Datenbreite versehen sein. Dies ist oftmals nur möglich, wenn die Mitarbeiter Arbeitsstunden in einem System erfassen beziehungsweise Arbeitszeiten von Maschinen programmbasierend mitgeschrieben werden. Die Transparenz der zu implementierenden Daten spielt eine große Rolle für die realitätsnahe Abbildung der Prozesse.

Die Grundlage und damit die größte Herausforderung stellt jedoch das Simulieren mit der Software dar. Einen Prozessablauf zu simulieren erfordert einen Experten mit Simulationserfahrung. Da solche Modelle nicht regelmäßig in kleinen und mittleren Unternehmen benötigt werden, ist die Ausbildung einer solchen Fachkraft oftmals nicht wirtschaftlich. Eine Materialflussoptimierung mittels Simulation verspricht jedoch so große Erfolge, dass Unternehmen auf diese Möglichkeit nicht verzichten sollten. Die Optimierungspotenziale, die jedes Unternehmen in der Produktion hat, sollten genutzt werden, um den Turbulenzen des globalen Markts standhalten zu können. Dafür kann ein Unternehmen externe Hilfe in Anspruch nehmen.

Sie benötigen Beratung bei der simulationsgestützten Materialflussplanung? Das Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) gGmbH bietet Dienstleistungen im Bereich Fabrikplanung an und unterstützt Sie unter anderem bei der Durchführung von Materialflusssimulationen. Weitere Informationen zu unseren Angeboten, Beratungsdienstleistungen und unserer Expertise erhalten Sie hier.

Unsere Angebote zur Fabrikplanung

Sie benötigen Beratung bei der Materialflussplanung? Das IPH bietet Dienstleistungen im Bereich Fabrikplanung an und unterstützt Sie unter anderem bei der simulationsgestützten Materialflussplanung. Weitere Informationen zu unseren Angeboten, Beratungsdienstleistungen und unserer Expertise erhalten Sie hier: 

Ansprechpartner

Christian Böning
Dipl.-Wirtsch.-Ing.

Abteilungsleiter Logistik