Definition: Simulation
5.1
Simulation ist das Nachbilden eines Systems mit seinen dynamischen Prozessen in einem experimentierfähigen Modell, um zu Erkenntnissen zu gelangen, die auf die Wirklichkeit übertragbar sind.
Definition: Modelierung
5.2
Ein Modell ist eine vereinfachte Nachbildung eines geplanten oder real existierenden Originalsystems mit seinen Prozessen in einem anderen begrifflichen oder gegenständlichen System. Es unterscheidet sich hinsichtlich der untersuchungsrelevanten Eigenschaften nur innerhalb eines vom Untersuchungsziel abhängigen Toleranzrahmens vom Vorbild
Simulation und Anwender
5.3
(Hinweis: Skizze)
Definition: Simulationslauf
5.4
Ein Simulationslauf ist die Nachbildung des Verhaltens eines Systems mit einem spezifizierten ablauffähigen Modell über einen bestimmten (Modell-)Zeitraum, auch Simulationszeit genannt, wobei gleichzeitig die Werte untersuchungsrelevanter Zustandsgrößen erfasst und ggf. statistisch ausgewertet werden
Definition: Experiment
5.5
Ein Experiment ist die gezielte empirische Untersuchung des Verhaltens eines Modells durch wiederholte Simulationsläufe mit systematischer Parametervariation.
Definition: Simulator
5.6
Ein Simulator ist das Werkzeug zur Simulation, das ein Modell zur Nachbildung des dynamischen Verhaltens eines Systems und seiner Prozesse lauf- und nutzungsfähig mach. Ein Simulator ist Software
Signifikante Vorteile der Simulation
5.7
Mögliche Untersuchung
- real (noch) nicht existierender Systeme,
- real existierender Systeme ohne direkten Betriebseingriff,
- mehrerer Gestaltungsvarianten bei geringem Arbeitsaufwand,
- des Systemverhaltens über lange Zeiträume hinweg,
- von Anlaufvorgängen, Einschwingphasen und Übergängen
- zwischen definierten Betriebszuständen
Anwendungsfelder der Simulation
5.8
- Planung:
Strukturierungshilfe,Funktionsprüfung am Model - Realisierung
Funktionsabsicherung für Ausbaustufen - Betrieb
Parameterstudien
Simulation im Lebenszyklus von technischen Systemen
5.9
1.Planung:
Vorhandene Anlage verbessernd modifizieren
(Ausbringung erhöhen, Schwachstellen ermitteln)
Neue Anlagenkonzepte überprüfen
(Funktionsnachweis, Leistungserbringung, …)
2.Realisierung
Leistungstest der Anlage bei schrittweiser Einsteuerung von Auftragstypen
Überprüfen der Auswirkungen von Anforderungsveränderungen und Installationsproblemen
3.Betrieb
Dispositionsalternativen in der Fertigungssteuerung
Variantenuntersuchung zur operativen Entscheidungsfindung
Vorbereitung der Simulationsprojekten
5.10
- Zieldefinition
Eindeutige Formulierung des Zieles
Beschreibung der Ergebnissituation (Zielgrößen) - Definition der Systemgrenzen
Was gehört in das System?
Was gehört nicht in das System? - Definition der Annahmen
Annahmen zum Kompensieren von Datenunsicherheiten
Annahmen an den Systemgrenzen (Materialverfügbarkeit, usw) - Projektdefinition
Struktur
Organisation
Terminplan
Wege der Systemanalyse:Top-Down
5.11
Vorteile:
– Sichere Problemerkennung durch ganzheitlichen Ansatz
– Schnelleres Verständnis der Gesamtzusammenhänge
– Begrenzung des Aufwandes durch Beschränkung auf Problembereich
Nachteile:
– Hohe Anforderungen an Abstraktionsvermögen
Wege der Systemanalyse: Bottom-Up
5.12
• Vorteile:
– Einfaches Systemverständnis durch den zu Beginn geringen Abstraktionsgrad
– Möglichkeit der schnellen Detailanalyse
• Nachteile:
– Erkennen der Gesamtzusammenhänge schwierig
– Hoher Modellerstellungsaufwand bei komplexen Systemen
Aspekte bei der Validierung von Simulationsmodeln
(Definition und 7 Charakteristika)
5.13
Validierung ist die Prüfung der hinreichenden Übereinstimmung von Modell und Original.
- Vollständige Übereinstimmung nur bedingt möglich, daher nur innerhalb einer als akzeptierbar vorgegebenen Toleranz möglich
- Validierung ist iterativer Prüf- und Korrekturprozess
- Vorgehen folgt keinen festen Regeln, ist problemspezifisch
- Eingehende Prüfung von Eingangsdaten wichtiger Bestandteil der Validierung
- Visuelle Laufbetrachtung (Animation) hilfreich
- Einlauf- bzw. Auslaufphase muss berücksichtigt werden
• Sensitivitätsanalyse zur Bewertung der Abhängigkeit von Zufallseinflüssen auf die Simulationsresultate
Simulationswerkzeuge
5.14
• Programmiersprache
– große Flexibilität
– hoher Aufwand, hohe Fehleranfälligkeit
• Simulatorentwicklungsumgebung
– Simulatorkomponenten werden als Paket bereitgestellt
– Flexibilität bleibt weitgehend erhalten
– geringerer Arbeitsaufwand und Fehleranfälligkeit
• Modellwelt eines Simulators
– Simulatorkomponenten werden zur Verfügung gestellt,Spezialisierung auf bestimmte Problemstellungen
– Aufwand für die Modellerstellung gering
– Flexibilität gering
Bausteinorientierte Simulationssysteme
5.15
• Funktionen, die das System zur Verfügung stellen soll, sind in folgende Gruppen gegliedert:
· bewegliche Elemente: Produkte, Transportmittel, Transporthilfsmittel, Transportgüter, Werkzeuge, Vorrichtungen, usw.
· stationäre Elemente: Arbeitsstationen, Puffer, Aufzüge, Roboter, usw.
· organisatorische Elemente: Pausen, Störungen,
Betriebsstrategien, Arbeitspläne, Stücklisten, Personaleinsatz usw.
• Folgende Merkmale zeichnen einen Baustein aus:
· Die Zustände und Zustandsübergänge sind abgeschlossen, also fest definiert.
· Konkrete Daten für die Bausteinattribute können in Parametermasken eingetragen werden.
· Die Bausteine sind im Prinzip beliebig miteinander kombinierbar.
Aufwandsaspekte der Simulation
5.17
– Problemdefinition
- Zielformulierung
- Aufgabenbeschreibung
– Systemanalyse
- Datenbeschaffung und - aufbereitung
- Modellbildung
– Modellaufbau
- Realisierung
- Validierung
– Experimente
– Folgerungen
Nutzungsaspekte der Simulation
5.18
– Sicherheitsgewinn
Bestätigung der Planung
Minimierung des Risikos
Funktionalität des Systems
– Kostengünstigere Lösung
Einsparungen von Systemelementen
Optimierung von Arbeitsabläufen
– Besseres Systemverständnis
• Parametersensitivitäten
– Günstigere Prozessführung
• Entscheidungsunterstützung im Betrieb
Leitsätze zur Simulation
5-19
•Simulation stets vor Investition.
• Simulation setzt vorherige Zieldefinition und
Aufwandsabschätzung voraus.
• Vor der Simulation analytische Methoden ausschöpfen.
• Simulation ist kein Ersatz für Planung.
• Abbildungsgenauigkeit nicht so groß wie möglich, sondern so groß wie zur Zielerfüllung erforderlich.
• Simulationsergebnisse sind wertlos oder irreführend, wenn die Datenbasis fehlerhaft ist oder die Ergebnisse falsch interpretiert werden.
• Simulationsergebnisse können nur so gut sein wie die Zusammenarbeit innerhalb des an der Simulationsstudie beteiligten Personenkreises.
Besonderheiten bei der Simulation von
schiffbaulichen Abläufen
5-19
• Simulation in Produktion und Logistik entwickelt für die Automobilindustrie –> Anpassung notwendig
• Einzel- bzw. Wiederholfertigung:
– Daten zum Produkt liegen nicht rechtzeitig oder nicht in der geeigneten Form vor
• Hoher Anteil manueller Prozesse
– Zeitliche Bewertung ist anspruchsvoll.
– Automatische Aufnahme des Fertigungsstatus ist oft nicht implementiert.
• Besonders in der Ausrüstung hoher Freiheitsgrad im Fertigungs und Montageablauf
Einsatzfelder der Ablaufsimulation im Schiffbau
5-20
- Werftplanung
- Produktionsplanung
- Machbarkeitsanalyse
- Engpassanalyse
- Bewertung der Robustheit
- Reihenfolge
- Bauplatzbelegung
- Baumethode
- Produktionssteuerung
- Produktentwicklung
