Nach wie vor gibt es in der Fertigung einen ungebrochenen Trend in Richtung Automatisierung und der damit verbundenen Verringerung der Durchlaufzeiten.
Seit einiger Zeit gewinnen insbesondere verifiziert korrekte Steuerungen im industriellen Umfeld zunehmend an Bedeutung. Ein großer Vorteil dieser Steuerungen ist unter anderem die erhöhte Sicherheit. Weiterhin ist es möglich, zahlreiche Schritte beim verifizierten Steuerungsentwurf zu automatisieren und so die Möglichkeit menschlicher
Fehler zu reduzieren. Es wird gehofft, mit diesen Ansätzen auch komplexe Systeme nachweisbar sicher kontrollieren zu können, denn Ausfälle oder Fehlfunktionen verursachen hohe Kosten.
Auf der in dieser Arbeit als Testbett verwendeten Flaschenabfüllanlage sind zwei dieser verifiziert korrekten Steuerungsentwürfe implementiert.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
1.1 Ziele der Arbeit
1.2 Gliederung
1.3 Umfeld und Kontext
2 Grundlagen
2.1 Ereignisdiskrete Systeme (DES)
2.1.1 Aufbau eines Systems
2.1.2 Eigenschaften ereignisdiskreter Systeme
2.1.3 Zeitgesteuerte und ereignisgesteuerte Systeme
2.2 Supervisor-Steuerungen
2.2.1 Allgemeine Grundlagen
2.2.2 Monolithischer Ansatz bei totaler Beobachtbarkeit
2.2.3 Monolithischer Ansatz bei teilweiser Beobachtbarkeit
2.2.4 Modularer, struktureller Ansatz
2.2.5 Dezentraler, struktureller Ansatz
2.3 Hierarchisch Interface-basierter (HISC)-Ansatz
2.4 Visualisierung betrieblicher Ruckmeldedaten
2.4.1 Durchlaufzeit
2.4.2 Auslastung
2.4.3 Gantt-Charts
2.4.4 Durchlaufdiagramme
2.4.5 Histogramme
2.5 Komplexitätstheorie
2.5.1 O-Notation
2.5.2 Komplexitätsklassen
2.6 Planungsstrategien
2.7 Ebenen der Fertigung
3 Anwendungsanalyse
3.1 Die Flaschenabfüll-Anlage
3.2 Produkt-, Prozessbeschreibung
3.3 Strukturen und Ebenen der Flaschenabfüllanlage
3.4 Beschreibung der Komponenten
3.4.1 Füllstationen
3.4.2 Verdeckelungsstation
3.4.3 Lagerstation
3.4.4 Transportsystem
3.5 Implementierte Steuerungsansätze: HISC-1, HISC-2, Industrie
3.5.1 Die HISC-Steuerungen
3.5.2 Die Industrie-Steuerung
4 Die Benchmark-Auftragsreihenfolge
4.1 Definition und Zielsetzungen
4.2 Optimierung der Auftragsreihenfolge
4.2.1 Der Johnson-Algorithmus
4.2.2 Zwei-Stufen Scheduling Problem mit parallelen Maschinen
4.2.3 Anwendung der Algorithmen auf die Flaschenabfüllanlage
4.2.4 Reine Produkte
4.2.5 Vergleich von Auftragsreihenfolgen reiner Produkte
4.2.6 Mischprodukte
4.2.7 Mischprodukte und reine Produkte
4.2.8 Benchmark-Auftragsreihenfolge
4.3 Betriebsdatenerfassung
4.3.1 Sensorik
4.3.2 Betriebsdatenmanagement und Auftragsverwaltung
4.3.3 Transformation zu Visualisierungstools
5 Evaluierung
5.1 Datenauswertung
5.1.1 Gesamt Durchlaufzeiten
5.1.2 Durchlaufzeiten im Detail
5.2 Evaluierung anhand von Durchlaufdiagrammen
5.3 Evaluierung anhand von Gantt-Charts
5.4 Evaluierung anhand von Histogrammen
5.5 Unsicherheitsbetrachtung
6 Zusammenfassung und Ausblick
6.1 Zusammenfassung
6.2 Ausblick
Zielsetzung & Themen
Diese Arbeit evaluiert verschiedene Steuerungsansätze für eine Flaschenabfüllanlage. Ziel ist es, auf Basis von Planungsstrategien eine optimale Benchmark-Auftragsreihenfolge zu definieren und die Leistung zweier verifiziert korrekter, ereignisdiskreter Steuerungen (HISC-1, HISC-2) im Vergleich zu einer herkömmlichen Industriesteuerung zu analysieren.
- Ereignisdiskrete Systeme (DES) und Supervisor-Steuerungen
- Methoden zur Visualisierung von Produktionsprozessen
- Optimierung von Auftragsreihenfolgen mittels heuristischer Verfahren
- Leistungsvergleich basierend auf Durchlaufzeiten und Maschinenauslastung
- Analyse und Bewertung der verschiedenen Steuerungskonzepte
Auszug aus dem Buch
2.4.1 Durchlaufzeit
Die Durchlaufzeit lässt sich durch die Analyse des Durchlaufelementes bestimmen, wie es in Abb. 2.9 zu sehen ist. Dort sind die einzelnen Ablaufschritte eines Arbeitsvorgangs dargestellt.
Die Durchlaufzeit für einen Arbeitsvorgang ist die Zeitspanne vom Ende des vorhergehenden Arbeitsvorgangs, was dem Anfang des aktuellen Arbeitsvorgangs entspricht, bis zum Ende des aktuellen Vorgangs [NW03].
f = C − S (2.10)
mit
f: Durchlaufzeit eines Arbeitsvorgangs (flowtime)
C: Ende des aktuellen Arbeitsvorgangs (Completion time)
S: Ende des vorangegangenen und Beginn des aktuellen Arbeitsvorgangs (Starting time)
Entsprechend dieser Definition wird das Liegen nach Bearbeitung, ebenso wie die Transportzeit dem aktuelllen Arbeitsvorgang zugeordnet [NW03].
Neben der Durchlaufzeit kann in Abb. 2.9 auch die Übergangszeit UE und die Durchführungszeit DF abgelesen werden. Die Übergangszeit entspricht der Zeit zwischen den Arbeitsvorgängen, beinhaltet also Wartezeit und Transport, die Durchführungszeit entspricht dem eigentlichen Arbeitsvorgang und beinhaltet das Rüsten und das Bearbeiten.
Auf die gleiche Weise kann auch die Durchlaufzeit für einen gesamten Auftrag berechnet werden. f entspricht dann der Durchlaufzeit des Auftrags, C der Beendigung des Auftrags und S dem Beginn des Auftrags.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Beschreibt den Trend zur Automatisierung und definiert die Ziele der Arbeit, nämlich die Bestimmung einer optimalen Auftragsreihenfolge und den Vergleich dreier unterschiedlicher Steuerungskonzepte.
2 Grundlagen: Vermittelt theoretisches Wissen über ereignisdiskrete Systeme, Supervisor-Steuerungen, Visualisierungsmethoden von Prozessdaten, Komplexitätstheorie und allgemeine Planungsstrategien sowie Fertigungsebenen.
3 Anwendungsanalyse: Stellt die Flaschenabfüllanlage als Testobjekt vor, beschreibt ihre Komponenten, die Struktur der Anlage sowie die drei implementierten Steuerungsansätze (HISC-1, HISC-2, Industrie).
4 Die Benchmark-Auftragsreihenfolge: Behandelt die Definition und Optimierung der Auftragsreihenfolge unter Anwendung von Algorithmen wie dem Johnson-Algorithmus und die Definition einer Benchmark-Reihenfolge für den Steuerungsvergleich.
5 Evaluierung: Analysiert und vergleicht die Leistungen der drei Steuerungen anhand der gemessenen Durchlaufzeiten sowie durch grafische Auswertungen mit Durchlaufdiagrammen, Gantt-Charts und Histogrammen.
6 Zusammenfassung und Ausblick: Fasst die Ergebnisse der Untersuchung zusammen und zeigt Verbesserungsmöglichkeiten für zukünftige Arbeiten auf, insbesondere hinsichtlich der Steuerung und Synchronisation.
Schlüsselwörter
Ereignisdiskrete Systeme, Supervisor-Steuerung, HISC-Ansatz, Flaschenabfüllanlage, Auftragsreihenfolge, Durchlaufzeit, Maschinenauslastung, Johnson-Algorithmus, Produktionsplanung, Gantt-Chart, Durchlaufdiagramm, Prozessautomatisierung, SPS-Steuerung, Komplexitätstheorie, Fertigungsprozesse
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit evaluiert und vergleicht verschiedene Steuerungskonzepte für eine automatisierte Flaschenabfüllanlage, um deren Leistungsfähigkeit anhand einer definierten Auftragsreihenfolge zu bestimmen.
Welche zentralen Themenfelder werden behandelt?
Die zentralen Themen sind ereignisdiskrete Systeme, Fertigungssteuerung, Auftragsreihenfolge-Optimierung sowie die datengestützte Evaluierung von Produktionsprozessen.
Was ist das primäre Ziel der Forschungsarbeit?
Das Ziel ist es, eine optimale "Benchmark-Auftragsreihenfolge" zu finden und auf dieser Basis drei verschiedene Steuerungsansätze – zwei verifiziert korrekte (HISC-1, HISC-2) und eine klassische Industriesteuerung – hinsichtlich Durchlaufzeit und Auslastung zu vergleichen.
Welche wissenschaftliche Methode kommt zum Einsatz?
Es werden mathematische Algorithmen (z.B. Johnson-Algorithmus) zur Reihenfolgeoptimierung angewandt, kombiniert mit einer praktischen Evaluierung durch Zeitmessungen, Durchlaufdiagramme, Gantt-Charts und Histogramme.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil gliedert sich in die theoretischen Grundlagen, die detaillierte Anwendungsanalyse der Anlage, die mathematische Herleitung der Benchmark-Reihenfolge und die umfangreiche empirische Evaluierung der Ergebnisse.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren diese Arbeit?
Wichtige Begriffe sind Ereignisdiskrete Systeme, HISC-Ansatz, Flaschenabfüllanlage, Durchlaufzeit, Auftragsreihenfolge-Optimierung und Produktionsauslastung.
Wie unterscheidet sich der HISC-1- vom HISC-2-Ansatz in der Praxis?
HISC-1 nutzt ein zentrales Transportsystem, das in der Steuerung einen Engpass darstellt. HISC-2 teilt das Transportsystem in zwei Einheiten (Splitter und Merger) auf, wodurch die Anlage flexibler wird und die Durchlaufzeit sinkt.
Warum schneidet die Industriesteuerung in diesem Vergleich besser ab?
Die Industriesteuerung arbeitet modular, besitzt kein übergeordnetes Supervisor-Modell und nutzt ein Buffermanagement, das es erlaubt, mehrere Dosen gleichzeitig im Transportsystem zu verarbeiten, was den Durchsatz deutlich erhöht.
- Quote paper
- Dipl. Ing. oec. Jan-Nicolas Garbe (Author), 2005, Evaluierung ereignisdiskreter Steuerungen mittels einer Benchmark-Auftragsreihenfolge am Beispiel einer Flaschenabfüllanlage, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/51996
