Kaminabend: Simulationsgestützte Fabrik- und Materialflussplanung

4.6.2014

Die Nutzung von Softwaretools zur Simulation realer Prozesse bereits in der Konzeptionsphase führt in produzierenden Unternehmen heute zu besseren Ergebnissen in der Fabrik- und Materialflussplanung als je zuvor. Beim Kaminabend "Simulationsgestützte Fabrik- und Materialflussplanung" wurden anhand von vergangenen Projekten der Nutzen der computergestützten Fabrik- und Materialflussplanung sowie verschiedene Einsatzmöglichkeiten der Simulation vorgestellt.

Unternehmen werden kontinuierlich mit Veränderungen im Produktionsumfeld konfrontiert und müssen laufend unter Wettbewerbsdruck weitreichende Entscheidungen treffen. So müssen etwa Materialflüsse und Produktionsressourcen an den aktuellen Marktbedarf  angepasst oder ganze Fabriken neu geplant werden. Auch auf Veränderungen in den Produktionsstrukturen und Prozessen – ausgelöst durch den Wandel hin zur Industrie 4.0 – müssen sowohl KMU als auch Großunternehmen entsprechend reagieren. Simulationstools bieten die passenden Antworten auf die damit verbundenen Fragen nach optimalen Fertigungsstrukturen oder der integrierten Produkt- und Prozessentwicklung. Obwohl die Bedienung und Nutzung von Simulationssystemen in der Planung von Produktion und Logistik immer einfacher wird, ist der zielgerichtete Einsatz nach wie vor besonders für KMU eine Herausforderung. Sowohl das Abbilden der komplexen Produktions- und Logistikprozesse als auch die effiziente Projektdurchführung erfordern viel Erfahrung.

Beim Kaminabend „Simulationsgestützte Fabrik- und Materialflussplanung“ am 3. Juni 2014 des Instituts für Managementwissenschaften der TU Wien und der Fraunhofer Austria Research GmbH wurden anhand von vergangenen Projekten der Nutzen der computergestützten Fabrik- und Materialflussplanung sowie verschiedene Einsatzmöglichkeiten der Simulation vorgestellt.

Simulation in der Planung von Produktion und Logistik

In der operativen Planung im Bereich Produktion und Logistik ist die Simulation das ideale Mittel, um  vor allem in der Detailplanung unterschiedliche Szenarien und Strategien zu testen und objektiv miteinander zu vergleichen. Simulationsmodelle analysieren zum Beispiel Produktivität, Auslastung, Bestand, Engpässe, Prozesskosten und Auswirkungen von Anlagenstörungen.
Analytische Methoden erreichen schnell ihre Grenzen, wenn komplexe Wirkzusammenhänge und stochastische Fluktuationen betrachtet werden müssen oder das Experimentieren am realen System nicht möglich bzw. zu kostenintensiv ist.
Die Einsatzgebiete der Simulation sind äußerst vielfältig. So können zum Beispiel Funktionen und Teilfunktionen in einzelnen Fertigungsprozessen dargestellt oder Instandhaltungsstrategien entwickelt und überprüft werden. Auch bei der Optimierung von Logistik, Bestand und Materialflüssen sowie bei der Layoutgestaltung und -bewertung wird Simulation eingesetzt. Auch die bei Fraunhofer Austria angewendeten Methoden des Lean-Managements profitieren von der Simulation. Wertstromanalysen können mithilfe von Simulationsmodellen ergänzt oder  Energieverbräuche in Produktionslinien erfasst und optimiert werden.

Anhand eines Automobilherstellers zeigte Prof. Dr. Wilfried Sihn, Geschäftsführer Fraunhofer Austria, dass Simulation vor großen Fehlinvestitionen schützen kann: Zur Einführung eines neuen Fahrzeugs wurde im Rahmen der Fabrikplanung das Karosseriewerk geplant, mit dem Ziel 1400 Autos pro Tag zu produzieren. Zur Absicherung der Planung hatte der Automobilhersteller Fraunhofer beauftragt, die Leistungsfähigkeit des Karosseriewerks per Simulation zu überprüfen. Diese Absicherung zahlte sich aus: Die Pläne hätten tatsächlich nur einen Output von 800 Fahrzeugen/Tag ermöglicht. Dieser Fehler, der einen sehr großen Umsatzverlust bedeutet hätte, war nur durch Simulation identifizierbar.

Plant Simulation – Vorstellung eines Standardtools zur Simulation

DI Andreas Madlencnik, Siemens Industry Software GmbH, stellte in seinem Vortrag das Simulations-Standardtool Plant Simulation vor, das in großen Unternehmen in Österreich bereits weit verbreitet ist. "Um im Wettbewerb zu bestehen, müssen sich Unternehmen laufend an geänderte Bedingungen anpassen und aktuelle Ansprüche erfüllen. Aktuell ist Industrie 4.0 ein gutes Beispiel für solche Veränderungen. Schnelle Reaktion ist gefragt, etwa wenn es um den Umbau von Linien oder die Planung von Werken geht. Mithilfe des Simulationstools können mögliche Ziele simuliert werden", erklärt Madlencnik die Bedeutung von Simulation in Industrieunternehmen.
Als aktuelle Trends in der Simulation bezeichnet er beispielsweise die Betrachtung von Energieverbrauch mit dem Ziel, energieoptimal zu produzieren, die virtuelle Inbetriebnahme und die Integration in das Product-Lifecycle-Management.

Simulationseinsatz in der Praxis

Anhand von Praxisbeispielen gab Dipl.-Wirtsch.-Ing. Dipl.-Ök. Jan Henjes, Fraunhofer Austria, einen Einblick in die Einsatzmöglichkeiten der Simulation.

Den erfolgreichen Einsatz von Simulation präsentierte Henjes am Beispiel der Nutzung bei einem Automobilhersteller. Dieser setzte ein Simulationsmodell vor Einführung eines neuen Produkts zur optimalen Erweiterung seines Werks ein und nutzte das Simulationsmodell zusätzlich im operativen Betrieb des Werks. Mithilfe der Simulation konnten Mitarbeiter verschiedene Szenarien der Produktion testen und sehen, wie sich etwa variierende Kundenwünsche auf die Lieferkette auswirken oder welche Folgen Störungen und mögliche Gegenmaßnahmen mit sich ziehen. Simuliert wurden etwa die Reihenfolge der zu produzierenden Fahrzeuge oder auch Sondermaßnahmen wie zum Beispiel Betriebsversammlungen. Verschiedene Szenarien konnten getestet und so entschieden werden, wie in bestimmten Situationen optimal vorgegangen werden soll. So wird das Unternehmen vor Fehlentscheidungen bewahrt.

Für den Automobilzulieferer ZIZALA Lichtsysteme GmbH baute Fraunhofer Austria eine Simulation in der Versorgungslogistik für die Endmontage auf. Im Mittelpunkt stand die Versorgungslogistik zu den einzelnen Montagelinien. Untersucht wurden etwa die Fragestellungen: Ist eine Vorkommissionierung zielführend? Wie soll man mit einer Umrüstung umgehen? Wie müssen Mitarbeiter organisiert sein, damit möglichst effizient produziert werden kann? Als Ergebnis konnte sowohl eine Verbesserung der Auslastung des Montagebandes um 9% als auch der Montagelogistiker um 11% (z.B. kürzere Wartezeiten, Reduktion der Leerwege) erreicht werden.

Komplexe Zulieferketten im Automobil-Sektor stellen Unternehmen durch die vermehrte Nutzung  von Mehrwegbehältern vor neue Herausforderungen. Die Behälterreinigung der Mehrwegbehälter wird üblicherweise nach jeder Benutzung ausgelöst. Durch fehlende Transparenz im Behälterkreislauf kommt es zu behälterzustandsunabhängigen und in Folge oft nicht optimalen Reinigungen. So werden auch saubere Behälter gereinigt und man benötigt hohe Sicherheitsbestände zum Absichern der Versorgung mit sauberen Behältern.  Aus diesem Grund hat Fraunhofer Austria zusammen mit Partnern im Rahmen des durch die FFG geförderten Forschungsprojekts ZuBeLo (Zustandsbasierte Behälter-Logistik) neue Methoden und Verfahren entwickelt, um mittels Simulation die Umlaufkreisläufe zwischen Kunde und Lieferant optimal auszulegen. Fragestellungen waren zum Beispiel: Wie viele Behälter müssen im Kreislauf sein? Wie viele Arbeitskräfte werden benötigt? Wie groß muss der Sicherheitsbestand an leeren Behältern sein? Als Ergebnis konnten die Reinigungsaufwände um 80%, die Transportaufwände um 40% und der Ausstoß an CO2-Emissionen sogar um 170 Tonnen jährlich reduziert werden.