Fertigungssysteme mit Simulation flexibel und resilient gestalten

Wie viele Maschinen werden künftig tatsächlich benötigt? Wo entstehen Engpässe bei steigender Auslastung? Und wie wirken sich neue Produkte, zusätzliche Aufträge oder Störungen auf die gesamte Produktion aus?

In komplexen Fertigungssystemen lassen sich solche Fragestellungen häufig nur schwer zuverlässig bewerten. Entscheidungen zu Investitionen, Schichtmodellen oder Kapazitätserweiterungen basieren deshalb oft auf Erfahrungswissen oder isolierten Kennzahlen. Die Wechselwirkungen innerhalb der Produktion bleiben dabei jedoch häufig verborgen.

Ein möglicher Lösungsansatz ist die Simulation von Fertigungssystemen. Dabei werden reale Produktionsabläufe digital abgebildet, um verschiedene Szenarien virtuell zu analysieren und deren Auswirkungen frühzeitig bewerten zu können. Besonders geeignet hierfür ist die ereignisdiskrete Simulation. Sie betrachtet einzelne Ereignisse innerhalb der Produktion – beispielsweise Maschinenbelegungen, Rüstvorgänge oder Materialflüsse – und ermöglicht dadurch eine realitätsnahe Analyse komplexer Abläufe.

Simulation flexibel auf Unternehmen anpassen

Am Manufacturing Technology Institute (MTI) der RWTH Aachen wurde hierzu ein modularer Simulationsansatz entwickelt, der sich gezielt an unterschiedliche Produktionsumgebungen anpassen lässt. Ziel ist es, Unternehmen bei der datenbasierten Gestaltung effizienter und resilienter Fertigungssysteme zu unterstützen.

Der Ansatz basiert auf einer generischen Modellierungslogik sowie standardisierten Datenschnittstellen. Dadurch kann das Simulationsmodell schnell an unternehmensindividuelle Randbedingungen und Fragestellungen angepasst werden. Einzelne Elemente wie Maschinen, Prozessketten, Rüstvorgänge oder Personalressourcen werden dabei modular abgebildet und können flexibel erweitert oder angepasst werden.

Gerade für kleine und mittlere Unternehmen ist dies entscheidend: Klassische Simulationsprojekte sind häufig mit hohem Modellierungs- und Datenerhebungsaufwand verbunden. Durch die standardisierte Struktur soll die Anwendung simulationsbasierter Analysen künftig deutlich zugänglicher werden.

Von Produktionsdaten zur Szenarioanalyse

Für die Erstellung des Simulationsmodells werden zunächst relevante Produktionsdaten aufgenommen. Dazu zählen beispielsweise Maschinen, Arbeitspläne, Bearbeitungszeiten, Layoutinformationen oder Schichtmodelle. Die Daten können aus ERP-Systemen, Workshops oder direkt aus der Fertigung stammen.

Auf dieser Grundlage lassen sich anschließend unterschiedliche Szenarien analysieren, zum Beispiel:

• steigende Auftragsvolumina,
• neue Produktvarianten,
• geänderte Ressourcenkonfigurationen,
• zusätzliche Schichten oder
• Störungen innerhalb der Produktion.

Unternehmen können dadurch bereits vor realen Investitionen bewerten, wie robust und leistungsfähig ihr Fertigungssystem unter veränderten Bedingungen reagiert.

Anwendung in der Werkzeugfertigung

Der Ansatz wurde exemplarisch in einer industriellen Werkzeugfertigung angewendet. Ziel war es, die Auswirkungen steigender Auftragsvolumina auf verschiedene Fertigungsbereiche zu analysieren.

Die Simulation zeigte insbesondere im Bereich Fräsen deutliche Kapazitätsengpässe. Bereits bei steigender Auslastung nahm die Maschinenbelegung überproportional zu. Auf Basis der Ergebnisse konnten konkrete Maßnahmen diskutiert werden, beispielsweise die Reduzierung von Rüstaufwänden, Anpassungen in der Schichtplanung oder eine flexiblere Nutzung von Personalressourcen.

Die Ergebnisse verdeutlichen das Potenzial simulationsbasierter Ansätze: Komplexe Wechselwirkungen innerhalb von Fertigungssystemen werden transparent, Engpässe frühzeitig sichtbar und Entscheidungen datenbasiert unterstützt.

Resilienz künftig stärker berücksichtigen

Aktuell wird der Ansatz um zusätzliche Funktionen erweitert. Dazu zählt insbesondere die Abbildung von Störungen und deren Auswirkungen auf das Gesamtsystem. Ziel ist es, künftig nicht nur Effizienzpotenziale, sondern auch die Resilienz von Fertigungssystemen systematisch bewerten zu können.

So kann die Simulation Unternehmen dabei unterstützen, Produktionssysteme robuster, anpassungsfähiger und zukunftssicher auszulegen.

Sie möchten analysieren, wie robust und flexibel Ihr Fertigungssystem auf veränderte Anforderungen reagiert? Im Rahmen von ZUKIPRO kann gemeinsam betrachtet werden, wie simulationsbasierte Ansätze zur Bewertung und Gestaltung von Fertigungssystemen in Ihrem Unternehmen eingesetzt werden können.

 

Autor und Ansprechpartner:

Maximilian Gey (RWTH Aachen)

 

Quelle:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1877050926002449