Die 3D-Produktionssimulation ist einer der großen Trends in der Industrie 4.0. Erfahren Sie in unserem ausführlichen Artikel mehr über die verschiedenen Arten der Produktionssimulation, Simulationsmethoden und deren Vorteile.
Der Kauf von Fertigungsmaschinen sowie der Aufbau von Produktionslinien und Lagern gehört nicht zu den einfachsten Aufgaben der Welt. Durch Entscheidungen in der Planungsphase werden Kosten und Kapazitäten für die kommenden Jahre festgelegt und begrenzt . Wenn Sie etwas falsch machen, geben Sie den Vorteil an Ihre Konkurrenten ab, aber wenn Sie es richtig machen, wird Ihr Unternehmen florieren.
also , welche Ausrüstung Sie kaufen und welches Layout Sie verwenden möchten? Mit 3D-Produktionssimulation .
Simulation ist eine wirksame Möglichkeit, das Risiko durch die Bewertung mehrerer Alternativen zu reduzieren . 3D-Produktionssimulationstools wie die von Visual Components ermöglichen es Herstellern, mit alternativen Layouts und Konfigurationen zu experimentieren.
Sie ermöglichen die Quantifizierung der Ergebnisse von Variabilität und Unsicherheit. Sie bieten Einblicke in Verbesserungsmöglichkeiten und sind leistungsstarke Werkzeuge zur Kommunikation von Ideen und Vorschlägen.
Darüber hinaus erleichtern diese Tools die Entscheidungsfindung mit stichhaltigen Argumenten und verbesserten Prognosen, die wichtige Planungshindernisse beseitigen .
Die Idee, Produktionsabläufe zu simulieren, ist nicht neu, aber erst seit Kurzem steht ausreichend Rechenleistung zur Verfügung, um sie praktisch, genau und effizient zu machen. Dieser Artikel bietet eine Einführung in die 3D-Produktionssimulation für diejenigen, die damit nicht vertraut sind, beschreibt die verschiedenen Arten der Simulation und erläutert die Vorteile, die sich aus ihrer Verwendung ergeben.
Die Bedeutung der Produktionssimulation
Fertigungsabläufe sind oft sehr komplex. In vielen Installationen kommt die Arbeit stapelweise an eine Maschine. Nehmen wir an, dass die Maschine in diesem Fall jeweils einen Artikel verarbeitet. Wenn die gesamte Charge verarbeitet ist, geht es zur nächsten Maschine. nun mit einem Dutzend Schritten im Herstellungsprozess und fünfzig verschiedenen Produktchargen, die unterschiedliche Kombinationen von Arbeitsgängen erfordern, um dieselbe Fabrik zu durchlaufen .
Es ist schwierig, die verschiedenen Arbeitsabläufe und Warteschlangen zu verstehen, aber noch schwieriger ist es, zu bestimmen, wo Änderungen vorgenommen werden müssen, die die Kosten senken oder die Kapazität erhöhen . Hier kann die Produktionssimulation dabei helfen, Engpässe aufzudecken und den täglichen Betrieb zu rationalisieren.
Verschiedene Möglichkeiten zur Simulation von Produktionsumgebungen
Bei der Simulation geht es darum , ein Modell zu erstellen, um das zeitabhängige Verhalten der Produktionsumgebung zu reproduzieren . Dies könnte mit Holzklötzen und Pappe erfolgen. Dies wird oft mit Tabellenkalkulationen versucht, oder es kann mit speziell für die Aufgabe entwickelter Software durchgeführt werden. Nach dem Bau durchläuft das Modell so viele Produktionsläufe, wie zur Beantwortung der vorliegenden Frage erforderlich sind.
Physische Modelle können Layout oder die Arbeitsabläufe auf einer bestimmten Maschine zu verstehen , sie werden jedoch schnell von der Komplexität überwältigt und es ist unpraktisch, mehr als ein paar Zyklen vorherzusehen.
Tabellenkalkulationen eignen sich am besten zur Untersuchung der Auswirkungen von Variabilität und zur Modellierung mehrstufiger Vorgänge . Allerdings unterliegen sie mehreren Einschränkungen.
Zu den Nachteilen gehören:
- Sie können schnell äußerst komplex werden
- Es ist unmöglich, jede Variable und jeden Sequenzschritt für jedes Produkt zu integrieren, wie z. B. physikalische Eigenschaften, Produktfluss zwischen verschiedenen Prozessen, Abstandsprobleme, manuelle Aktionen zwischen Prozessen usw. Diese Probleme treten häufig in der Fertigungsumgebung auf und werden oft als die eigentlichen Engpässe in den Produktionsprozessen identifiziert
- Es ist sehr schwierig, die Schlussfolgerungen aus der Tabellenmodellierung zu erklären
Die Simulationssoftware stellt anhand von Grafiken und Animationen die Ergebnisse der intensiven Mathematik dar, die „unter der Haube“ stattfindet. Dadurch kann der Benutzer sehen, was passieren wird, was wirkungsvoller ist als das Scrollen durch Ergebniszeilen und -spalten .
Die Produktionssimulation beginnt mit der Erstellung eines Modells des Fertigungsvorgangs, der Fertigungslinie, der Zelle oder der Fabrik . Dies muss möglichst realitätsgetreu sein: Eventuelle Fehler mindern die Präzision und Wertigkeit der Ergebnisse. Bei der Simulation eines bestehenden Betriebs ist die Validierung der Modellgenauigkeit ganz einfach: Geben Sie einen aktuellen Produktionsplan oder Maschinenspezifikationen ein oder laden Sie sie und prüfen Sie, wie genau die Simulationsergebnisse mit den tatsächlich erzielten Ergebnissen übereinstimmen .
Schwieriger wird es bei der Erstellung eines Layouts oder Betriebsmodells, das noch nicht existiert. Damit lässt sich der Materialfluss in einer noch nicht errichteten Lager- oder Packhalle beurteilen. Unter solchen Bedingungen ist es sehr wichtig, Hypothesen zu testen und so viele Daten wie möglich zu sammeln, um die Genauigkeit sicherzustellen . Auch wenn das Modell in solchen Fällen nicht anhand realer Daten verifiziert werden kann, können verschiedene Szenarien oder Ansätze dennoch miteinander verglichen werden, um die „wahrscheinlichste Lösung“ zu erhalten.
2D- vs. 3D-Produktionssimulation
Frühe Simulationstools lieferten eine 2D-Ansicht des zu modellierenden Layouts oder Bereichs. Die Prozesse wurden als Blöcke mit vordefinierten Prozesszeiten dargestellt und der Materialdurchsatz auf Basis dieser Zykluszeiten berechnet.
Obwohl es einen großen Fortschritt gegenüber der Tabellenmodellierung darstellte, war das 2D-Layout nur eine grobe Annäherung an die physische Implementierung . Dies machte es schwierig, Materialflüsse zu verfolgen oder zu entwirren und Lagerbestände schwer zu erkennen.
Darüber hinaus schränkten nicht intuitive Grafiken ein Publikum von den Vorzügen eines Vorschlags ; bedenken Sie, dass der Simulation Ressourcen wie Menschen, Fahrzeuge usw. fehlten. Und was vielleicht am wichtigsten ist: Dies behinderte die Fähigkeit derjenigen, das Modell zu nutzen, um schnelle und effektive Anlageentscheidungen zu treffen.
2D-Simulation einer Schokoladenriegel-Produktionslinie.
Wie der Name schon sagt, ermöglichen 3D-Simulationstools eine genauere und noch realistischere Darstellung des Modellobjekts . 3D ermöglicht es Ihnen, steigende und fallende Bestände zu sehen und Materialflüsse klar zu erkennen. Die modellierte Simulation benötigt nur minimale Erklärungen, damit andere verstehen, was sie ihnen sagt.
Produktionssimulation mit Software für visuelle Komponenten
Visual Components-Simulationen werden mit einem einfachen, benutzerfreundlichen Workflow und gebrauchsfertigen 3D-Modellen aus einer Bibliothek konfiguriert.
Plug-and-Play-Funktionen ermöglichen eine schnellere Layoutgestaltung und visuelle Prozessmodellierungsfunktionen ermöglichen es Benutzern, Prozessabläufe ohne komplexe Programmierung zu verwalten .
Vordefinierte Simulationsverhalten in Komponenten ermöglichen eine einfachere Anpassung an die Technologie durch Benutzer aller Erfahrungsstufen . Gleichzeitig ermöglichen die offene Architektur und die einfache Benutzeroberfläche eine einfachere Anpassung in Situationen, in denen es notwendig ist, spezielle Anwendungsfälle zu simulieren .
Arten der Produktionssimulation
Die Simulation wird je nach Anwendungsfall und Fragestellung auf unterschiedliche Weise durchgeführt. Wärmeübertragung, Zirkulation und Steuerung industrieller Prozesse können alle simuliert werden, erfordern jedoch unterschiedliche Werkzeuge dafür.
Die wichtigsten Simulationsarten sind:
- Diskrete Ereignissimulation
- Monte-Carlo-Analyse
- Kontinuierliche Simulation
- Agentenbasierte Simulation
Die am häufigsten zur Modellierung von Fertigungsabläufen verwendete Technik ist die diskrete Ereignissimulation . Dies beschreibt einen Prozess als eine aufeinanderfolgende Reihe von Ereignissen, wobei der Schwerpunkt darauf liegt, was das Ereignis bewirkt, wann es auftritt und wie es andere Ereignisse beeinflusst.
Die Monte-Carlo-Analyse wendet Wahrscheinlichkeiten auf Rechenalgorithmen an, die Eingaben in Ausgaben umwandeln. Dadurch kann der Modellgenerator die wahrscheinlichsten Ergebnisse für einen bestimmten Satz von Eingabebedingungen bestimmen.
Bei Strömungsprozessen kommt die kontinuierliche Simulation Die Rückkopplungssteuerung in Pumpsystemen ist ein technisches Beispiel, könnte aber auch zur Modellierung von Geschäftsprozessen verwendet werden.
Agentenbasierte Simulationen modellieren, wie verschiedene Teile eines Systems miteinander interagieren. Man könnte sich das so vorstellen: „Wenn X passiert, dann ergibt sich Y“ innerhalb eines Agenten. Eine agentenbasierte Simulation wird in Situationen verwendet, in denen es viele unabhängige Agenten gibt. Die Gesundheit bietet viele Beispiele, ebenso die Logistik.
Ein genauerer Blick auf die diskrete Ereignissimulation (DES)
Ein Ereignis ist in dem Moment vorprogrammiert, in dem in der Simulation etwas passiert, und ein Modell besteht aus einer Reihe aufeinanderfolgender Ereignisse.
Jedes Ereignis ist als sofortige Zustandsänderung definiert und hat keine endliche Dauer. Ein Ereignis kann andere Ereignisse auslösen oder neu planen. Dadurch wird das Modell vereinfacht, da die Notwendigkeit entfällt, sich wiederholende oder dynamische Aktivitäten zwischen Ereignissen zu simulieren, die keinen Einfluss auf die Modellergebnisse haben .
Im Modell durchlaufen „Entitäten“ den Prozess und werden von Ereignissen beeinflusst. In einer diskreten Fertigungsereignissimulation können Entitäten Arbeitspakete sein. Jede Charge oder Einheit kann eine andere Größe haben und unterschiedliche Verarbeitungsschritte oder Ereignisse erfordern. Es ist nicht erforderlich, die Zeit zu modellieren, die für die Bearbeitung jeder Komponente in der Charge benötigt wird. Stattdessen ändert das Ereignis sofort den Zustand der Entität, beispielsweise von „unbearbeitet“ in „bearbeitet“. Allerdings wird die Zeit aufgezeichnet, die für die Bearbeitung der Charge benötigt würde, sodass ein Ereignis erstellt wird, wenn die Bearbeitung abgeschlossen ist.
Die Herstellung hat viele Formen, die Serienfertigung ist nur eine davon. Die diskrete Ereignissimulation ist auf alle Arten der Fertigung anwendbar, von der Einzelstückfertigung bis hin zu gemischten und kontinuierlichen Produktionsprozessen .
Visual Components führte im November 2019 mit seiner auf Discrete Event Simulation (DES) basierenden Version 4.2 Prozessmodellierungsfunktionen ein. Bei DES tritt jedes Ereignis zu einem bestimmten Zeitpunkt auf und die Simulation zeichnet die Ereignisse auf und reagiert entsprechend.
Herausforderungen, die von der 3D-Produktionssimulation profitieren
In der Fertigung gibt es zwei Hauptgründe für den Einsatz diskreter Ereignissimulation: um zu beurteilen, wie ein Betrieb auf Änderungen der Eingabe- oder Betriebsbedingungen reagiert, und um die Risiken einer Umstrukturierung oder Investition in neue Ausrüstung zu verringern . Genauer gesagt können die Arten von Problemen, die von der Simulation profitieren, unterteilt werden in:
- Identifizieren von Faktoren, die den Durchsatz begrenzen, insbesondere in Umgebungen mit vielen Artikeln, in denen Engpässe mit dem Produktmix zunehmen können
- Datengesteuerte Entscheidungsfindung – zum Beispiel die Optimierung des Layouts neuer Linien oder Anlagen, um Materialhandling und Transportwege zu minimieren
- Maximieren Sie die Anlagenauslastung – finden Sie den höchsten ROI unter konkurrierenden Ansätzen
- Kommunizieren Sie Ideen – der grafische Charakter der 3D-Simulation macht Probleme und Chancen auch für technisch nicht versierte Beobachter leicht sichtbar
- Minimieren Sie den WIP oder das Produktionsgeld – jedes unfertige Produkt, jedes Teil auf Lager, jedes Produkt im Lager, sogar jeder nicht voll ausgelastete Arbeiter ist ungenutztes Geld.
Wie Anwender von der 3D-Produktionssimulation profitieren
Ein risikofreies Experiment
Es ist äußerst schwierig, in einer Produktionsumgebung zu experimentieren. Die Organisation und Durchführung jedes Tests oder Versuchs erfordert Zeit und führt fast immer zu einem gewissen Produktionsausfall. Wenn die Erfahrung darin besteht, physische Vermögenswerte neu zu organisieren, kann dies sowohl kostspielig als auch zeitaufwändig sein.
Die Simulation ermöglicht risikofreies Experimentieren. Da bestehende Abläufe nicht gestört werden und die Modellausführung schnell ist, können mehr Optionen erkundet werden . Dadurch können Benutzer Gerätemodifikationen oder -konfigurationen vor der Implementierung verfeinern und optimieren.
Gehen Sie schneller mit Unsicherheit um
Viele Benutzer finden die Simulation hilfreich bei der Formulierung von Plänen für den Umgang mit Veränderungen . Die Auswirkungen von Sortimentsänderungen, neuen Verpackungsformaten oder geänderten Arbeitszeiten können bereits vor der Einführung abgeschätzt werden. Für jedes Managementteam, das Notfallplanungen durchführt, ist die Simulation ein leistungsstarkes und effektives Werkzeug.
Verkaufen Sie Ihre Projekte besser intern
Ein weiterer Vorteil der Simulation ist ihre Überzeugungskraft . Jeder weiß, dass Bilder mehr sagen als Worte: Wenn diese Bilder animiert werden, wird die Botschaft um ein Vielfaches verstärkt. Für alle, die Konzepte erklären oder Ideen verkaufen möchten, hilft die Simulation dabei, zu klären, was vorgeschlagen wird und welche Auswirkungen es haben wird.
Weniger Risiko, besserer ROI
Jeder, der sich jemals gefragt hat, ob er die Organisation einer Produktion, einer Fabrik oder eines Lagers verbessern könnte, wird von der 3D-Produktionssimulation profitieren. Besser als die Erstellung physischer Modelle oder komplexer Tabellenkalkulationen liefert die Simulation Antworten auf „Was wäre wenn“-Fragen. » .
Es ermöglicht ein besseres Verständnis bestehender Abläufe, unterstützt Bemühungen zur Optimierung von Prozessen und Umsetzungen und kommuniziert Vorschläge. Noch wichtiger ist, dass dadurch das Risiko verringert wird, dass versucht wird, Bestehendes zu verbessern .
Wenn Sie nach einem Tool suchen, mit dem Sie Ihre Produktionsabläufe modellieren und ermitteln können, welche Änderungen den größten Return on Investment generieren, sollten Sie die 3D-Produktionssimulation verwenden. Kontaktieren Sie uns , um eine kostenlose Demo zu erhalten und zu erfahren, wie Visual Components Ihnen helfen kann.
