Meine Dissertation habe ich zum Thema „Integrated Simulation“ geschrieben. Mit Dr. Ingo Meents zusammen habe ich die erste Gemeinschaftsdissertation der TU Clausthal verfasst.
Die Dissertation wurde mit dem Förderpreis Freunde der TU Clausthal ausgezeichnet. Die Laudation hielt Ekkehard Schulz (seinerzeit Vorstandsvorsitzender der ThyssenKrupp AG).
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Zusammenfassung / Abstract
Die Analyse von Warteschlangenmodellen zur Beantwortung von Fragen der taktischen Produktionsplanung für große und komplexe
Fertigungssysteme ist nicht ohne unterstützende IT Systeme
möglich. Die bekannten mathematischen Modelle liefern
Approximationen der Leistungsgrößen wie z. B. Auslastung, Bestände und Durchlaufzeiten. Das Erstellen und Warten der benötigten Warteschlangenmodelle für hunderte von Arbeitsstationen, tausende von Arbeitsfolgen, die durch komplexe Prozessflüsse verbunden werden, stellt jedoch eine Herausforderung dar. Das Modell der Integrierten Simulation ist der theoretische Hintergrund für die Erstellung von Software-Systemen, die eine effiziente Erstellung und Wartung von großen Modellen mit Hilfe von verteilten Verantwortlichkeiten ermöglichen. Integrierte Simulation beschreibt den Import von Daten aus Liniensteuerungssystemen und die automatische Erstellung von Warteschlangenmodellen aus Datenbanken, die alle zur Planung relevanten Daten enthalten. Die Automatisierung der Informationsbeschaffung, die Analyse der Warteschlangenmodelle und ein automatisiertes Berichtswesen ermöglichen die fortlaufende Unterstützung der Planungsprozesse – selbst in sich ständig ändernden Produktionsumgebungen.
Simulation und analytische Leistungsbewertung erlauben die
Untersuchung von a priori definierten Szenarien. Um verbesserte
oder sogar optimale Parametersätze finden zu können, werden
Optimierungsmethoden, die automatisch generierte Modelle nutzen können, vorgestellt. Drei unterschiedliche Probleme und die
zugehörigen Lösungsansätze werden untersucht. Zunächst wird das
Problem des optimalen Produkt-Mixes um die Anforderungen der
Integrierten Simulation erweitert. Weiterhin wird ein quadratisches Programm zur Bestimmung der optimalen Routing-Wahrscheinlichkeiten, die bei der Modellgenerierung nicht
bestimmt werden, formal hergeleitet. Schließlich werden
evolutionäre Algorithmen, die die Leistungsgrößen der
Warteschlangenmodelle als Einschränkungen oder Zielgrößen
verwenden, entwickelt.
Wenn Simulation als fortlaufender Prozess in der Produktionsplanung angewendet wird, erlaubt die Integration mit vorhandenen Liniensteuerungssystemen die Erstellung von operationalen Plänen, Problemerkennungssystemen und eine systematische Validierung der verwendeten Simulationsmodelle. Anwendungen entstehen aus dem Vergleich von gemessenen Leistungsgrößen und den aus der Simulation abgeleiteten Produktionszielen. Dabei müssen statistische Tests, die sich durch Qualitätsregelkarten visualisieren lassen, verwendet werden. Probleme ergeben sich aus der Autokorrelation in den betrachteten logistischen Prozessen sowie der Anzahl der möglichen Karten. Als weitere Anwendung der Integration mit Liniensteuerungssytemen wird eine Vorwärtspropagierung der aktuellen Bestände auf Basis der approximierten Restdurchlaufzeiten vorgestellt.
Um die Anwendbarkeit der vorgeschlagenen Architektur und
Algorithmen in der Praxis zu untersuchen, wurde ein System, das
mittlerweile zur Simulation von fünf Produktionslinien der IBM
Deutschland Speichersysteme GmbH an drei internationalen
Lokationen verwendet wird, entwickelt. Es hat sich gezeigt, dass
erst der vorgeschlagene ganzheitliche Ansatz, d.h. die Integration
aller benötigten Prozesse, eine erfolgreiche Anwendung der
analytischen Leistungsbewertung bei realen Problemstellungen
ermöglicht.
