A. Zimmermann: Modellierung und Bewertung von Fertigungssystemen mit Petri-Netzen.
Dissertation, TU Berlin, September 1997.
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Diese Arbeit wurde mit dem Krone-Preis, dem Carl-Ramsauer-Preis sowie dem Chorafas-Preis ausgezeichnet.

Zusammenfassung

Bei der Planung moderner Fertigungssysteme ist der Einsatz rechnergestützter Modellierungsmethoden notwendig, mit denen Verhalten und Leistungsfähigkeit eines Fertigungsprozesses untersucht und bewertet werden können. Ziel dieser Dissertation ist die Unterstützung des Entwurfs von Fertigungssystemen mit einer auf Petri-Netzen basierenden Modellierungs- und Analysemethodik. Petri-Netze erlauben die Beschreibung von diskreten Systemen, die durch Nebenläufigkeit, Synchronisation, Konflikte und zeitverbrauchende Aktivitäten gekennzeichnet sind.

Für die einfache und komfortable Abbildung von Fertigungsprozessen wurde eine spezielle Art farbiger Petri-Netze entwickelt, die für das Anwendungsgebiet angepaßt ist. Damit ist die getrennte Modellierung von Struktur und Arbeitsplänen eines Fertigungssystems mit derselben Beschreibungsmethode möglich. Das Strukturmodell entspricht dabei weitgehend dem realen Aufbau des Fertigungssystems, was die Verständlichkeit erleichtert und eine spätere Visualisierung des Verhalten ermöglicht. Um die Entwicklung großer Modelle zu erleichtern, wird eine Bibliothek von Teilmodellen eingesetzt. Ein solches Modell steht für eine Gruppe ähnlicher Fertigungsstrukturen, die durch unterschiedliche Parametrisierung aus dem Grundmodell abgeleitet werden. Aus den die Struktur und die Arbeitspläne beschreibenden Modellteilen wird automatisch ein Gesamtmodell erzeugt. Dazu wird das Strukturmodell um Informationen aus den Arbeitsplänen angereichert.

Anhand des so erzeugten Modells werden dann Eigenschaften des Fertigungssystems bestimmt. Qualitative Aussagen geben Aufschluß über die korrekte Funktionsweise des modellierten Systems. Durch numerische Analyse oder Simulation können die Werte von Leistungsparametern bestimmt und damit die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit eines geplanten Systems überprüft werden. Mit der Vorhersage von Eigenschaften eines Fertigungssystems kann die Planung sicherer stattfinden. Durch den Vergleich verschiedener Varianten eines Fertigungsprozesses anhand ihrer Leistungsfähigkeit ist eine Optimierung möglich. Alternativ zur Modellierung mit speziellen Petri-Netzen wird die Beschreibung eines Fertigungssystems mit Funktionssymbolen angeboten. Damit ist die Verwendung der Analysetechniken auch ohne Kenntnis von Petri-Netzen möglich. Ein solcherart spezifiziertes Modell wird automatisch in ein spezielles Petri-Netz übersetzt, um danach untersucht werden zu können.

Die beschriebenen Methoden wurden in einem Softwarewerkzeug realisiert. Aufgrund der verschiedenartigen Beschreibungsmittel ist dafür eine parametrisierbare Benutzungsoberfläche für hierarchische, grafische Modelle implementiert worden. Mit Hilfe dieses Werkzeugs wurden die entwickelten Techniken an einem realen Anwendungsbeispiel auf ihre Verwendbarkeit überprüft.