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Simulieren und Visualisieren von Produktionsprozessen

Fabrikplanung am Rechner

Simulieren und Visualisieren von Produktionsprozessen

Kleine Losgrößen, hohe Produktkomplexität und steigende Variantenvielfalt bestimmen vielerorts die Entwicklung der Industrie. Diese führt zu verzahnten und beschleunigten Prozessen, die sich mit herkömmlichen Mitteln meist nur ungenau planen und steuern lassen. Die Version 2014 des Tara VR Builder stellt Visualisierungs- und Simulationsfunktionen für die Fabrikplanung zur Verfügung, um Produktions- und Montageabläufe zu untersuchen und zu optimieren. Mit dem System richtet sich der Anbieter insbesondere an mittelständische Unternehmen.

Bild: Tarakos GmbH

In Produktion und Montage können selbst geringfügige Prozessänderungen weitreichende Konsequenzen haben: Engpässe in der Materialversorgung, ‚Flaschenhälse‘ vor einzelnen Stationen oder schließlich Leerlauf, Stillstand und Verschwendung sind Folgen, die sich vor Ort kaum noch vorhersehen und beurteilen lassen. In zahlreichen Großunternehmen gibt es daher Stabsstellen, in welchen Fabrikplaner mit Simulationssoftware die einzelnen Parameter von Produktions- und Montageabläufen untersuchen und optimieren. Doch diese treten in der Regel nur bei größeren Veränderungen wie Neuinvestitionen in Maschinen und Anlagen oder die Umstellung auf neue Produktlinien auf den Plan. Im Mittelstand lassen sich diese Expertensysteme, die von Komplexität und Investitionshöhe einen Vollzeitbetrieb voraussetzen, nur selten auslasten. In beiden Fällen stehen die Verantwortlichen einzelner Produktions- oder Montagebereiche oft ohne Unterstützung vor Aufgaben wie der ausreichenden Bereitstellung von Transportmitteln, Änderungen an Transportwegen oder der Verbesserung von Produktions- oder Montageabläufen.

Dezentrale Visualisierung und Simulation

Einen Lösungsansatz für dieses Dilemma kann der Rückgriff auf IT-Anwendungen zur Produktions- und Materialflussplanung darstellen. Mit dezidierter Software können Verantwortliche ein Werkzeug erhalten, um Planungen digital vorzunehmen und die Auswirkungen vor Umsetzung zu simulieren. Ein für diese Aufgaben ausgelegtes Programm ist der Tara VR Builder der Tarakos GmbH – die Anwendung wird bereits seit mehr als zehn Jahren in zahlreichen mittelständischen Fertigungsbetrieben eingesetzt. Dabei wurde die aktuelle Version 2014 einer grundlegenden Überarbeitung unterzogen. Mit der Software lassen sich Abläufe in Materialfluss, Produktion und Montage nachbilden, animieren und simulieren. Dabei legen die Entwickler nach eigenen Angaben Wert darauf, das die Software auch mit geringem Schulungsaufwand bedienbar ist, auf Standard-Hardware läuft und eine schnelle Erstellung von Szenarios gestattet. Darüber hinaus sollten sich die Investitionskosten selbst bei nur gelegentlicher Nutzung amortisieren. Als Grundlage für die Erstellung des digitalen Abbilds der Montageumgebungen können 2D-CAD-Zeichnungen über eine DXF-Schnittstelle eingelesen werden. Alternativ stellt das Programm eine gerasterte Grundfläche zur Verfügung, auf der Objekte per Drag&Drop platziert werden können.

Bibliothek mit parametrierbaren Objekten

Dreh- und Angelpunkt der Benutzeroberfläche ist ein Fenster mit Modell- und Projektbibliotheken, die nach Themen und Typen geordnet bereitstehen. Unterverzeichnisse mit detaillierteren Modellen können nach Bedarf ‚aufgeklappt‘ werden. In der mitgelieferten Bibliothek stehen dem Anwender über 500 verschiedene Objekte zur Verfügung. Von statischen Objekten wie Wänden, Pfeilern, Bühnen, Stegen, Schutzzäunen, Fördergütern oder Maschinenteilen reicht das Angebot über dynamisch animierte Portale und Roboter, Fördertechnik, Fahrzeuge, Stapler Regale und Lagersysteme, Regalbediengeräte bis zu Personen und kompletten Maschinen. Viele dieser Elemente sind parametrierbar, um sie auf die gewünschten Gegebenheiten anzupassen. Aus diesem Fundus kann der Anwender per Mausklick das Modell in seine 3D-Szene an einen aktiven Anschlusspunkt einfügen. Kommt der Nutzer in die Nähe von möglichen Anbaupunkten, ’schnappt‘ das Modell dort ein. Dies kann die Arbeitsweise gegenüber 3D CAD-Systemen erleichtern, mit denen solche Details zunächst konstruiert werden müssten. Mithilfe dieser virtuellen Szenarien lassen sich Laufwege von Mitarbeitern, der Bedarf von Pufferräumen, Taktungen und Laufbandpositionen beurteilen, bevor die Einheit aufgebaut ist.

Bei straff organisierten Montagelinien sind die Prozesse eng aufeinander abgestimmt, wodurch sich die Gefahr von Staus erhöht. Bereits Kleinigkeiten können zu Störungen der gesamten Produktion oder Montage führen. Software-gestützte Planungssicherheit kann das Risiko von Fehlentscheidungen reduzieren, Investitionen absichern und Inbetriebnahme-Zeiten verkürzen. Bild: Tarakos GmbH

Anlagenleistung am Modell evaluieren

Die Szenarien aus Produktion und Lager lassen sich in der 3D-Anwendung mit animieren und können dadurch schon in frühen Planungstadien zusätzliche Aussagekraft entwickeln. Dazu werden den Objekten über Tabellen gewünschte Eigenschaften zugewiesen: Werte zu Taktzeiten oder Mengen zugeführter Güter übernimmt das Programm etwa aus Microsoft Excel. Anhand der Eingaben bildet die Anwendung Abläufe, Materialflüsse und Produktionsprozesse realitätsnah nach. In den Szenarien lassen sich mithilfe unterschiedlicher Taktzeiten Staus oder Nachschubbedarf im Vorfeld identifizieren. Parameter von Bearbeitungs- und Kommissionierzeiten über Fördergeschwindigkeiten bis hin zu Prozess- und Verteilstrategien, können ebenfalls eingegeben werden. Anschließend lässt sich die Leistungsfähigkeit der virtuellen Anlagen mithilfe von Durchsatzmessern überprüfen. Diese simulationsnahe Animation der Abläufe kann die Analysemöglichkeiten verbessern und aussagekräftige Statistiken liefern. Anlagenbetreiber können so logistische Potenziale quantifizieren und dynamische Wechselwirkungen evaluieren um etwa Durchlaufzeiten zu verkürzen und die Liefertreue zu erhöhen.

Virtual Reality in der Produktionsplanung

Neben der Fördertechnik sowie der Intralogistik kann auch die Produktionsplanung von Virtual-Reality-Anwendungen profitieren: Verschiedene Fertigungs- und Materialfluss-Alternativen lassen sich auf dem Rechner zum Beispiel risikolos evaluieren. Denn eine schlanke Produktion erfordert auch intelligente Materialflüsse, welche die Lager- sowie die Umlaufbestände in der Fertigung innerhalb einer Abteilung sowie zwischen den unterschiedlichen Bereichen reduzieren. Lean-Initiativen bezwecken, vermeidbare Verschwendung auszuschalten und die Produktivität des Betriebes zu steigern: Konsequent eingesetzte Software kann Auskunft darüber erteilen, ob dies mit der gewählten Strategie gelingen kann. Am Computer überprüfen Planer dafür unterschiedliche Szenarien und Möglichkeiten um die für ihre Zwecke bestmögliche Lösung zu finden. Neben den Virtual-Reality-Szenen, in der sich der Anwender wie in einem PC-Spiel per Maus bewegen kann, stehen die Planungsergebnisse zusätzlich als Video, Einzelbilder oder 2D- und 3D-Export zur Verfügung.

Werkzeug für die Digitale Fabrik

Im Rahmen ihrer Strategien zur Industrie 4.0 verlagern viele Unternehmen ‚Intelligenz‘ auf die Prozessebene, verbinden Steuerungen mit Produkten, Fördermittel mit Kennzeichnungs- und Verpackungseinrichtungen mit Informationstechnologie. Diese Intelligenz lässt sich dementsprechend meist nur mit Werkzeugen der digitalen Fabrik steuern. Als ein solches Werkzeug bietet sich 3D-Visualisierungssoftware an, um Unterstützung in verschiedenen Bereichen zu leisten: So kann die übersichtliche Darstellung von Abläufen zum Beispiel Überzeugungsarbeit im Rahmen von Verbesserungsinitiativen leisten – auf allen Ebenen des Unternehmens bis hin zu den Entscheidungsträgern in der Geschäftsleitung. Im Kern geht es bei dem industriellen Einsatz von Software um Kosteneffizienz: Der Beitrag von Simulationslösungen kann darin bestehen, wenn sich durch Voraboptimierungen die Nacharbeiten im Anschluss an umgesetzte Planungsaufgaben reduzieren lassen.