Diplom- und Masterarbeiten

In dieser Arbeit wurde ein simulationsbasiertes Planunungstool für den Automobilzulieferer MAHLE entwickelt. Der Produktionsplaner kann ein Produktionsprogramm erstellen und mit Hilfe der Simulation abschätzen, ob es realistisch ist.

Optimierung der Fertigungssteuerung für das Presswerk der BMW Group unter Anwendung einer Just-In-Time Steuerungsphilosphie.

Die vorliegende Diplomarbeit behandelt die Anwendung genetischer Algorithmen zur simulationsbasierten Optimierung der Auftragsbearbeitung in der Leiterplattenfertigung. In diesem Produktionsszenario werden unterschiedliche Produkttypen nacheinander gefertigt. Durch diese sequenzbasierte Produktion hat die Auftragsreihenfolge großen Einfluss auf die Anzahl der benötigten Rüstoperationen zwischen den unterschiedlichen Produkttypen. Aufgrund der begrenzen Kapazität des Zuführungssystems - die Zuführungsschiene, welche die einzelnen Bauelementtypen zur Bestückung der Leiterplattentypen enthält - besteht die Notwendigkeit, einige Bauteiletypen im Zuführungssystem auszutauschen, um den nachfolgenden Fertigungsauftrag zu bestücken. - Ein Ziel der Prozess- und Produktionsplanung ist somit die Minimierung der Rüstzeiten bzw. -Operationen. Das Ziel dieser Arbeit ist das Aufzeigen von Einsparungspotenzial im Sinne einer Reduktion der gesamten Fertigungszeit in der Leiterplattenfertigung, durch den Einsatz genetischer Algorithmen. Diese Reduktion wird unter anderem durch die Minimierung der Anzahl notwendiger Rüstoperationen ermöglicht. Neben diesen Aspekt existieren weitere Aufgabenbereiche, die berücksichtigt werden müssen. Das Line-Balancing (die Austaktung der Fertigungslinie) innerhalb einer Linie sowie zwischen Fertigungslinien. Zwischen diesen Aufgaben bzw.- Problembereichen existieren Zielkonflikte und somit Abhängigkeiten, die separat diskutiert und anhand mathematischer Formeln aufgezeigt werden. Um die Güte des genetischen Algorithmus zu bestimmen, wird dieser mit unterschiedlichen Einsteuerungsverfahren verglichen. Der Vergleich wird anhand 3 unterschiedlicher Szenarien aufgezeigt und bewertet, das 1-Maschinenproblem sowie das 2-Maschinenproblem jeweils in sequentieller und paralleler Anordnung. Unter anderem wird dabei das Fifo Verfahren als Vergleichsmaßstab herangezogen. Diese Szenarien wurden innerhalb einer Simulationssoftware abgebildet. Durch den Einsatz der Software wurde der genetische Algorithmus mit dieser Simulationssoftware gekoppelt. Der Gedanke hinter diesem Vorgehen ist der Vergleich externer Lösungen mit dem genetischen Algorithmus oder die Verbesserung bereits vorhandener Lösungen.

Das Ziel der vorliegenden Diplomarbeit soll sein, bereits existierende Lösungen im Rahmen der Optimierung der Fertigungsprozesse für KMU aufzuzeigen, sowie Anforderungen an mittelstandsgerechte Lösungen und Entwicklungsbedarf im Bereich der Digitalen Fabrik aufzuzeigen. - Einige ausgewählte IT-gestützte Ansätze/Werkzeuge für die Prozessoptimierung werden in der Arbeit analysiert. Ihre Aufgabenfelder, Funktionalitäten und besonders ihr Einsatz in KMU sowie die Anforderungen der KMU werden beschrieben und betrachtet. Da Simulation die Kerntechnik der Digitalen Fabrik ist, wird die Anwendung der Simulationstechnik in KMU als Kern dieser Diplomarbeit behandelt. - Während Materialfluss-Simulationen in großen Firmen ein Standardinstrument zur Planung und Optimierung von Produktionsprozessen sowie zur Absicherung von Investitionsentscheidungen darstellen, ist deren Einsatz in KMU weniger verbreitet. Die verschiedenen industriellen Studien über Anwendung der Simulationstechnik wurden in dieser Arbeit analysiert. Dabei hat sich gezeigt, dass auch bei KMU viele logistische Problemstellungen existieren, die mit den Werkzeugen Simulation und Optimierung gelöst werden können. Die Komplexität der Aufgabenstellungen ist dabei nicht zwangsläufig geringer als bei größeren Unternehmen. Die Anforderungen an die Effizienz der eingesetzten Werkzeuge sind sogar oftmals höher. - Aufgrund der Charakteristiken von KMU ist es zunächst erforderlich, die besonderen Anforderungen der KMU an eine Simulationssoftware zu untersuchen und herauszufinden, inwiefern sich diese von denen größerer Unternehmen unterscheiden. Durch eine Befragung sollten die Anforderungen der KMU an die Optimierungstools abgeleitet werden. - Am Ende dieser Diplomarbeit wird ein geeignetes IT- gestütztes Konzept zur Optimierung der Fertigungsprozesse für KMU im Rahmen des Referenzmodells und Prototyps vorgestellt. Auf der Grundlage der Forschungsplattform wurde in Zusammenarbeit mit einem ERP-Software Unternehmen ein Referenzmodell für integrierte Simulation initiiert, dessen Ziel es ist, Simulationssysteme als attraktive Werkzeuge auch für KMU zu etablieren. Der Schwerpunkt liegt auf der Modellierung gebräuchlicher Komponenten im Bausteinkonzept. Zusätzlich wurde ein UML-Referenzmodell für die integrierte Simulation entwickelt. Großer Wert wurde dabei auf die Modularität und Wiederverwendbarkeit der entstehenden Komponenten gelegt, die damit auch von anderen KMU verwendet werden können.

Informationen über die zu erwartenden Kosten sind bereits im Vorfeld der eigentlichen Produktion für den heutigen Wettbewerb immer bedeutsamer. Der Ausgangspunkt dieser Arbeit ist, dass die Kosten als zusätzliche Dimension und wesentlicher Gesichtpunkt für Entscheidungen in die klassische Simulation zu integrieren sind. Das Ziel dieser Arbeit ist es, den Einsatz der Simulation zur kostenorientierten Bewertung von Produktions- und Logistiksystemen sowie im Bereich der Instandhaltung zu untersuchen, ein Konzept zur betriebswirtschaftlichen Entscheidungsunterstützung im Instandhaltungsmanagement zu entwickeln und es mit Simulationstool umzusetzen.Durch die Kostensimulation wird die technische Bewertung um betriebswirtschaftliche Aspekte erweitert. Diese kostenseitige Betrachtung kann entweder durch simulationsinterne Erweiterung, durch kostenspezifische Parameter oder durch Entwicklung eines eigenständigen Kostentools außerhalb des Simulationssystems erfolgen.Das wesentliche Ziel der Kostensimulation im Instandhaltungsbereich ist die Erzeugung der Kostentransparenz.Die Instandhaltungskosten müssen mit Hilfe eines in der Simulation eingesetzten Kostenrechnungsverfahrens verursachungsgerecht und detailliert erfasst werden. - Zur Ermittlung von direkten Instandhaltungskosten mittels Simulation müssen keine Kosten- oder Verbrauchsfunktionen zur Beschreibung des Werteverzehrs gebildet und gepflegt werden. Die relevanten direkten Instandhaltungskosten wurden zunächst kategorisiert und auf die zu charakterisierenden Ressourcen verteilt. Im Laufe eines Simulationsexperiments können den Prozessschritten der Ressourcenverbrauch zugeordnet werden. Aus dieser prozessorientierten Beschreibung können die direkten Instandhaltungskosten mit Hilfe der Simulation unmittelbar ermittelt werden, indem die während des Simulationslaufs ermittelten Zeiten oder Mengen als Bezugsgrößen herangezogen werden, welche bei dem Einsatz von Ressourcen in Anspruch genommen werden.Aufgrund der Schwierigkeit der Erfassung indirekter Instandhaltungskosten kann in der Simulation mit Hilfe der linearen oder nichtlinearen Regression eine funktionale Approximation der empirischen exakten oder geschätzten Kostenwerte erreicht werden.Bei der Konzeptumsetzung wurde ein ungeplanter Instandsetzungsprozess mit dem Prinzip der integrierten Kostensimulation im Simulationstool eM-Plant simuliert. In dem Modell basierte die Auswertung bezüglich Instandhaltungskosten auf der Definition des beweglichen Elements Instandhaltungsauftrag als Kostenträger und der Erweiterung deren Standardattribute um die Kostenparameter.