Übersicht
MCM (Machine Centers Manufacturing) produziert integrierte Fertigungslösungen im Rahmen von Industrie 4.0 für Kunden in aller Welt. Ihre flexiblen Systeme sind so konzipiert, dass sie sich ändernden Produktionsanforderungen anpassen und hochgradig autonom arbeiten. Um die Planung und den Betrieb von Produktionsanlagen zu verbessern, arbeitete MCE, die Softwareabteilung von MCM, mit der Engineering Group an der Entwicklung eines Tools zur Performance-Bewertung von Produktionsstätten.
Engineering Group ist ein internationales Softwareunternehmen mit Sitz in Rom, Italien. In mehr als 40 Niederlassungen auf der ganzen Welt und mit über 12.000 Mitarbeitern entwickeln sie Lösungen für Versorger, Industrie und Gesundheitswesen. Der Bereich Simulation und Datenanalyse des Unternehmens hilft seinen Kunden, faktenbasierte Entscheidungen zu treffen und mithilfe der Digital-Twin-Technologie die Effizienz des Unternehmens zu steigern.
MCM und Engineering entwickelten gemeinsam einen FMS-Simulator (Flexible Manufacturing Systems) zur Fertigungsoptimierung. Die Simulations- und Digital-Twin-Experten von Engineering erstellten dazu eine maßgeschneiderte FMS-spezifische Simulationsbibliothek, die auf dem Systemwissen der MCM-Experten basiert.
Problem: Entwurf eines flexiblen Fertigungssystems
Moderne Fertigungshallen erfordern Produktionssysteme, die an auftretende Fertigungsprobleme angepasst werden können. Aus technischen Gründen sind die meisten Prozesse in der Fertigung automatisiert, und auch der Material- und Ressourcenfluss sollte aus wirtschaftlichen Gründen automatisiert erfolgen, um längere unbeaufsichtigte Betriebsphasen zu ermöglichen. Die daraus resultierenden Systeme sind sehr komplex und würden von genaueren Prognosen und Analysen profitieren.
MCM stellte ferner fest, dass beim Entwurf solch komplexer Systeme für Ausschreibungen eine präzise Dimensionierung erforderlich ist, um den Zuschlag zu erhalten. Weitere Herausforderungen entstehen, wenn man versucht, das Systemverhalten vorherzusagen oder Neukonfigurationen zu planen. Zudem ist es schwierig, eine Strategie für die Maschinensteuerung zu definieren, ohne das Systemverhalten genau zu kennen.
Ein Werkzeug zur Performance-Bewertung würde daher MCM helfen, die Herausforderungen zu meistern, die mit dem Design von FMS-Fertigungsanlagen verbunden sind. Dieses sollte diverse Aufgaben unterstützen:
- Performance-Bewertung
- Unterstützung bei der Auslegung der Produktionsstätte
- Einblicke in die Leistungsfähigkeit der Automatisierung
- Einblicke in den Grenznutzen von Komponenten
- Vergleiche verschiedener Konfigurationen
- Neue Geschäftsmöglichkeiten für die FMS-Werksleitung
Lösung: Werkzeug zur Bewertung der Produktionsleistung
Dank der Möglichkeiten der AnyLogic-Simulationsmodellierung konnten die Simulations-Experten von Engineering MCMs Anforderungen an ein Tool zur FMS-Leistungsbewertung voll erfüllen. Die Flexibilität des Simulationstools, seine Konnektivität und seine Erweiterbarkeit erwiesen sich dazu als hervorragend geeignet.
Zur Unterstützung der Anlagenplanung und -konfiguration erarbeitete Engineering in Zusammenarbeit mit den Anlagenspezialisten von MCM eine FMS-spezifische Bibliothek. Die Bibliothek besteht aus einer Sammlung von wiederverwendbaren Agenten- und Java-Klassen, die sich auf FMS-Anwendungen wie Produktionseinheiten, Maschinen, Paletten- und Werkzeugregale, Transportmittel usw. beziehen.
Die Verwendung der FMS-spezifischen Bibliothek neben den AnyLogic-Standardbibliotheken ermöglichte es den Mitarbeitern von MCM, schnell FMS-Prototypen zu entwerfen. Bei Tests ließen sich mit der neuen Bibliothek rasch Layouts für eine Werkshalle erstellen und mit den regulären AnyLogic-Funktionen kombinieren, um anlagenspezifische Algorithmen zu entwickeln, z. B. eine werksspezifische Steuerungsstrategie.
Zur Analyse und während des Prototypings laufen die Modellsimulationen je nach Bedarf in einer eigenen Benutzeroberfläche. Das macht sie ideal für die Verifizierung und Analyse durch ein breites Anwenderspektrum, einschließlich nichttechnischer Anwender.
Results:
Dank des FMS-Simulators gelang es MCM und Engineering zu erreichen, was sie sich vorgenommen hatten – und mehr.
Das System ermöglicht es Modellierern, in der Vorphase eines Anlagenverkaufs rasche High-Level-Simulationen zu erstellen und dem Endkunden eine Vorschau der endgültigen Lösung zu geben.
Eine wichtige Fähigkeit des FMS-Simulators ist, dass er die Einführung komplexer Steuerungsrichtlinien ermöglicht. Die Blöcke in der FMS-Bibliothek wurden so konzipiert, dass sich die wichtigsten Systemmanagement-Algorithmen einfach detaillieren lassen. Innerhalb des Tools besteht ferner die Möglichkeit, die Algorithmen für jede Produktionszelle zu reproduzieren. Mit dieser Fähigkeit lassen sich Digitale Zwillinge zur Überwachung des Echtzeitstatus einer Fabrik erstellen und virtuelle Inbetriebnahmen zu Testzwecken durchführen.
Die Sensitivitätsanalyse für verschiedene Ebenen und Parameter führen zur Verbesserung der Leistung der gesamten Lieferkette. Verschiedene Verhaltensweisen zeigen unterschiedliche Einflüsse auf den Auftragsbestand bei Tier-2-Lieferanten und damit auf die Chipknappheit in der gesamten Lieferkette. Ein aktueller und zeitnaher Informationsfluss führt zur Reduzierung des Rückstands.
Zudem sehen die Tool-Entwickler die Verwendung von FMS-Simulationen für das Training oder die Beurteilung von Strategien vor, die mithilfe von Reinforcement Learning entwickelt wurden.
Weitere Informationen über das Projekt erhalten Sie von Roberto Grugni, Experte für Simulation und digitalen Zwilling bei Engineering, und Giuseppe Fogliazza, Direktor von MCE, in ihrer gemeinsamen Präsentation auf der AnyLogic Conference 2021:
