Simulation  mit Taylor Enterprise Dynamics  

Abbildungsverzeichnis   

Abbildung  1: Aufbau Anfangsfenster Enterprise Dynamics.  

Abbildung  2: Model Layout  

Abbildung  3: Darstellung Atome mit verbundenen Kanälen.  

Abbildung  4: Darstellung Run Control Fenster.  

Abbildung  5: Darstellung des Monitors  

Abbildung  6: Darstellung Summary Report.  

Abbildung  7: Darstellung Queue Graph von Queue 2.  

Abbildung  8: Zuverlässigkeitsintervall in tabellarischer und grafischer Form  

Mariya  Beleva  

Simulation mit Taylor Enterprise Dynamics

I. Einführung

Der Simulator spielt heutzutage in vielen Bereichen eine sehr wichtige Rolle: So trainieren Piloten und Sportler, Fabrikplaner konzipieren ihre Produktionslinien, Ingenieure testen Verhalten von Bauteilen, Chemiker entwickeln neue Moleküle…

Die folgende Definition gibt eine genaue Erklärung des Begriffes der Simulation:

„Simulation (lat. Erheuchelung, Vorspiegelung) ist die Nachbildung eines Systems mit seinen dynamischen Prozessen in einem Modell, um zu Erkenntnissen zu gelangen, die auf die Wirklichkeit übertragbar sind“ 1 . Im weiteren Sinne wird unter Simulation das Vorbereiten, Durchführen und Auswerten gezielter Experimente mit einem Simulationsmodell verstanden.

An und für sich ist der Bau von Simulationsmodellen eine uralte menschliche Vision. Das Schachspiel, etwa 800 v. Chr. entstanden, ist bereits das klassische Beispiel einer höchst kunstvollen Simulation, genannt Kriegsspiel. Gänzlich neu war, dass aus einer Verbindung von Operations Research, Betriebswirtschaft und den unbegrenzten Möglichkeiten der Informationsverarbeitung durch den Computer nunmehr „offene“, durch Entscheidungen „befragbare“ und beliebig komplexe Modelle konstruiert werden konnten, an und mit denen das Verhalten der in den Modellen wiedergegebenen Wirklichkeit jeder Art von Systemen simulierbar wurde.

Mit Hilfe der Simulation können prinzipiell zwei unterschiedliche Zielsetzungen verfolgt werden:

Ø Ermittlung eines Optimums (z. B. optimaler Bestellmengen)

Ø Studium des Verhaltens von Systemen (z. B. der Auswirkung einer Senkung von Sicherheitsbeständen in einem Lager auf die Lieferbereitschaft)

Innerhalb der Simulationen zum Studium des Verhaltens von Systemen kann man wiederum in solche differenzieren, bei denen man das Verhalten von Teilsystemen in der Wirklichkeit kennt, jedoch das Zusammenspiel der Teilsysteme untersuchen will (synthetische Modelle) und solche, bei denen man das Verhalten des Gesamtsystems in der Wirklichkeit kennt, jedoch analysieren will, wie sich Teilsysteme verhalten (analytische Modelle).

Eine andere Einteilung nach Zielsetzungen ist die in „What-if“ und „How-to-achieve“ -Simulationen. Mit der ersten soll geprüft werden, welche Konsequenzen eine Maßnahme hat, mit der letzten - welche Maßnahmen zu einem gestrebten Ziel führen.

Wenn die Unsicherheiten in den Daten eines Simulationsmodells durch Verarbeitung von Wahrscheinlichkeitsangaben berücksichtigt werden sollen, konstruiert man ein stochastisches Simulationsmodell, sonst ein deterministisches.

Soweit man das Verhalten eines Systems im Zeitablauf studieren will, spricht man von dynamischer Simulation (Beispiel: Simulation des Unternehmenswachstums). Fehlt die zeitliche Komponente, so hat man es mit einer statischen Simulation zu tun (Beispiel: Analyse unterschiedlicher Personal-Aufgaben-Zuordnungen). 2

1 Vgl. VDI 3633

2 Vgl. Mertens, Peter „Simulation“ (Stuttgart 1982) , S. 4

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1. Enterprise Dynamics Software

Enterprise Dynamics ist eine objektorientierte Modellierungssoftware, die zur Simulation, Visualisierung und Steuerung von Prozessen eingesetzt wird. Es spielt keine Rolle, ob der Prozess in der Produktion, Logistik oder Verwaltung stattfindet. Enterprise Dynamics kann diese Prozesse abbilden, da die Objekte individuell angepasst werden können. Enterprise Dynamics ist ein offenes und flexibles System, wodurch spezielle Applikationen für jede Art von Aufgabenstellung und Industriezweig erstellt werden können.

2. Charakteristiken

Ø Modellierung

ED basiert auf der Vorstellung von „Atomen“ als Bausteine jedes Modells. Ein Atom ist ein Modellobjekt mit 4 Dimensionen: x, y, z und Zeit. Jedes Atom kann eine Position (x, y, z), eine Geschwindigkeit (dx, dy, dz), eine Rotation und ein dynamisches Verhalten (Zeit) haben. Atome können erschaffen, zerstört und ineinander bewegt werden. Sie können ihr eigenes Verhalten besitzen oder ihr Verhalten von anderen Atomen erben (Vererbungsprinzip). Letztendlich ist alles in ED ein Atom und alle Atome werden in derselben Art und Weise definiert. Diese Atomcharakteristiken sorgen für eine schnelle, einfache und effektive Modellierung.

Ein Atom kann eine Maschine, einen Schalter oder ein Produkt darstellen, aber auch einen nicht-physischen Charakter tragen, wie zum Beispiel eine Grafik. Es wird unterschieden zwischen Basisatomen (fünf häufig genutzte Atome: Product, Source, Sink, Server und Queue), Transportatomen (transportbezogen), Experimentatomen usw.

Ø Allgemeingültigkeit

Alles in Enterprise Dynamics ist ein Atom, egal ob es eine Ressource, ein Produkt, eine Person, ein Modell, eine Tabelle, eine Verbindung zu einer anderen Software oder die Applikation selbst ist. Die Geometrie-, Geschwindigkeits- und Verhaltensparameter erlauben es, jedes physikalische Objekt, das es in der Realität gibt, abzubilden: Maschinen, Werker, Förderer, Förderfahrzeuge, Aufzüge, Züge, Krane, Gabelstapler, Autos, Kreuzungen, Verkehrslichter, Produkte, Paletten, Behälter, Container, Lager, Tanks, Hochregallager und so weiter.

Aber auch Informationen können natürlich durch Attribute, Tabellen oder Datenbank -Verbindungen, die jedes Atom beinhalten kann, abgebildet werden, beispielsweise ein Brief, eine Anfrage, ein Bestellformular oder ein Auftrag.

Das dynamische Verhalten bietet alle Möglichkeiten zur Verwendung dieser Informationen, wie Verarbeitung, Ausdruck, Anstoß von neuen Ereignissen oder Beendigung aktueller Ereignisse. Diese Informationen und physikalische Objekte können auf d iese Weise in beliebige Modelle integriert werden.

Die Software wird mit einer erweiterbaren Bibliothek von fertigen Atomen geliefert, mit denen verschiedenste Produktions-, Logistik- und Dienstleistungssysteme modelliert werden können. Neue Atome können zur bestehenden Bibliothek hinzugefügt werden. Es ist auch möglich, komplett neue Bibliotheken mit ausschließlich eigenen Atomen zu erstellen.

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Ø Hierarchie

Aus dem Grund, dass Atome in andere Atome bewegt werden können, bzw. Atome aus anderen Atomen bestehen können, erlaubt ED die Erstellung von hierarchischen Modellen.

Die Hierarchisierung ist ein mächtiges Werkzeug, um Modelle zu strukturieren und die Übersicht zu behalten, wenn diese größer und komplexer werden. Angenommen, eine Firma besteht aus den folgenden vier Abteilungen: Einkauf, Produktion, Lager und Verkauf. Die erste und die letzte Abteilung beinhalten typische Informationsprozesse, wogegen die anderen aus eher physikalischen Prozessen bestehen. Anstatt alle vier Abteilungen auf einer Ebene zu modellieren, können in ED Untermodelle erstellt werden. Jedes Untermodell kann unabhängig editiert und betrachtet werden und darüber hinaus können die Untermodelle wie normale Atome agieren. Genau genommen ist ein Untermodell ein neues Atom, das als Atom i n die Bibliothek eingefügt werden kann und so in andere Modelle einfach platziert werden kann.

Ø Individuelle Anpassung (Customizing)

Die Hierarchie hat einen zweiten Vorteil, der es erlaubt, komplexe Strukturen als eine Sammlung von einfachen Atomen abzubilden. Zum Beispiel ein automatischer Kran, der sich auf Schienen bewegt und zwei Hochregallagergassen bedient. Der Kran kann 2 Paletten zur gleichen Zeit auf- und abladen und dies geschieht durch zwei Förderbänder auf dem Kran. In ED kann diese Struktur mit wenigen Basisobjekten, wie Kran, Förderbänder und Schienen modelliert werden. Diese neue Struktur kann zur Bibliothek hinzugefügt werden und so in anderen Modellen durch einfaches Plazieren benutzt werden.

Durch die hohe Anzahl von Atomparametern kann durch Popup-Menüs ein Atom auf die gewünschte Aufgabenstellung angepasst werden. Es können natürlich auch komplett neue Atome erstellt werden. Alle individuell angepassten oder neu erstellten Atome können zur Bibliothek hinzugefügt werden, um sie in anderen Modellen wieder zu verwenden.

Daneben ist in ED eine eigene Programmiersprache integriert, 4D-Script genannt, mit der Atome erstellt oder modifiziert werden können. 4D-Script umfasst momentan etwa 800 Begriffe und steuert alles: das Atomverhalten, die Darstellung und das Interface, das Menü und sogar die Applikation selbst.

Ø Austauschbarkeit

Dadurch, dass alle Atome auf die gleiche Art und Weise definiert werden, ist es sehr einfach, Atome zwischen Modellen, Bibliotheken und Benutzern auszutauschen. Zusammen mit dem Umstand, dass Atome vollständig individuell anpassbar sind, wird die Erstellung von Modellen stark beschleunigt. Falls angepasste Atome der Bibliothek hinzugefügt wurden, reicht Drag und Drop aus, um diese in jedem neuen Modell zu benutzen. Individuelle Anpassung und Austauschbarkeit erhöhen die Lebenszeit von Atomen und Modellen.

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Ø Simulation

Enterprise Dynamics beinhaltet einen schnellen Simulationskern, der eine große Anzahl von Ereignissen in kurzer Zeit verarbeitet. Dieser Kern steuert sowohl die Simulation, als auch die Visualisierung. Die Struktur des Simulationskerns und des 4DScript-Codes bietet die Möglichkeit, während eines Simulationslaufes das Modell zu verändern. Es können Parameter angepasst w erden und sogar weitere Objekte in dem Modell platziert werden, also das Modell erweitert werden. Dies verkürzt die Modellierzeit, da die Modelle nicht kompiliert, getestet, debugged, wieder kompiliert, wieder getestet und so weiter werden müssen.

Ø Visualisierung

ED bietet einen einfachen Weg zur Konstruktion und Verifikation von Modellen. Die Atome werden durch Klicken und Ziehen in ein zweidimensionales Modellayout erschaffen. Sie werden durch Ziehen einer Linie verbunden und alles kann mit Hilfe der Maus editiert werden.

Verifikation von Modellen heißt es zu überprüfen, ob sich das Modell so verhält, wie es modelliert wurde. Die l ogischen Fehler können durch einfaches Beobachten entdeckt werden: Geht ein Werker zur richtigen Position, wird Gegenstand A richtig auf Gegenstand B gelegt, warum dreht sich der Transporter nach links anstatt nach rechts?

Validierung, d.h. Überprüfung, ob das Modell der Realität entspricht, ist ein anderer wichtiger Grund für die Animation. In fast jedem Simulationsprojekt wird das Wissen von anderen Personen benötigt und Animation ist ein idealer Weg, um eine Rückmeldung zu geben. Dennoch stellt ein Bild Sachverhalte viel deutlicher dar, als z.B. eine Tabelle mit Zahlen oder Programmcode.

Die Animation unterstützt d ie quantitativen Ergebnisse in Graphen und Berichten und bestätigt die Zahlen so, dass das Modell korrekt abgebildet wurde und eine zuverlässige Darstellung des realen Systems ist.

Enterprise Dynamics bietet direkt 2 D und 3D Animation ohne weitere Modellierung. Genauso, wie das Atomverhalten, kann die Darstellung völlig individuell angepasst werden. Darüber hinaus ist eine qualitativ hochwertige 3D Animation integriert, welche die Virtual Reality -Technik benutzt. Dieses Animationsmodul benutzt Grafikobjekte, Texturen, AVI-Filme und sogar entfernungsabhängigen Ton.

Ø Steuerung

Traditionell leben Simulationsmodelle so lange, wie sie für die strategische Planung benötigt werden. Wenn das System implementiert wurde, verliert das Modell an Wert und es wird zur Seite gelegt, bis eventuell eine andere strategische Entscheidung getroffen werden muss. ED bietet alle Funktionalität, um den Modellzyklus und den Nutzen im täglichen Einsatz in der Planung und Steuerung zu verlängern.

ED kann andere Software und Systeme durch eine Anzahl von verschiedenen Kommunikationsprotokollen steuern und ebenfalls von externen Quellen gesteuert werden.

Simulationsdaten können dynamisch verwaltet werden durch die ED ODBC-Schnittstelle (Access, Oracle) oder den Microsoft DDE - Link (Word und Excel). Die Datenbanksprache SQL kann direkt von ED benutzt werden. Das Internet Protokoll (TCP/IP) wird unterstützt, um mit Simulationsmodellen oder Software-Applikationen auf einem entfernten Computer zu

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kommunizieren. Es ist möglich, die Kommunikationsschnittstellen des Computers (COM) anzusprechen und so externe Geräte anzuschließen, wie z.B. einen Barcode-Scanner. Falls Code einer anderen Programmiersprache verwendet werden soll, so kann dies über eine eigene dynamic link library (dll) realisiert werden.

III. Modellgenerierung

Simulation ist k eine einfache Technik: ein sinnvoller Einsatz von Simulationsprogrammen erfordert Kenntnisse bezüglich der theoretischen Hintergründe der diskreten Simulation z. B. Kenntnisse im Hinblick auf Wahrscheinlichkeitsverteilungen und den Prozess der Modellierung wie z. B. Validierungstechniken oder die Gestaltung von Experimenten.

Die Entwicklung eines Gefühl für Simulation und Generierung von Modellen im Besonderen ist vor allem eine Frage intensiven Übens. Deswegen hat Enterprise Dynamics eine Studentenversion 4.0 unter der Internetadresse www.enterprisedynamics.com zum Download bereitgestellt. Es ist möglich, größere Modelle zu generieren oder zu importieren, aber beim Speichern wird das Modell auf 30 Atome begrenzt.

1. Grundlagen der Modellgenerierung

Sobald Enterprise Dynamics vollständig gestartet ist, erscheint das folgende Startfenster:

Abbildung 1: Aufbau Anfangsfenster Enterprise Dynamics

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