Ressourcenorientierte Auftragsregelung in einer hybriden Produktion mittels betriebsbegleitender Simulation

Moderne Produktionssysteme müssen in der Lage sein, innerhalb kürzester Zeit auf sich ändernde Rahmenbedingungen zu reagieren. Dies erfordert insbesondere in der Fertigungssteuerung ein hohes Maß an Transparenz und Reaktionsfähigkeit, sodass Ineffizienzen bestenfalls frühzeitig erkannt und proaktiv umgangen werden. Um dies auch bei komplexen, mehrstufigen Fertigungsprozessen zu ermöglichen, ist ein produktionssynchroner digitaler Zwilling erforderlich, der mit Vorausschau- und Optimierungskompetenz ausgestattet ist.

Die vorliegende Dissertationsschrift zeigt hierzu eine ganzheitliche Methodik auf, wie Fertigungsaufträge in einer hybriden Produktion durch den Einsatz von betriebsbegleitenden simulationsgestützten Optimierungsverfahren auch bei unvorhergesehenen Abweichungen effizient durchgeführt werden können. Dieser neuartige Ansatz steuert die Produktion nicht mehr auf Basis von Plandaten und reagiert bei Bedarf mit bereichsoptimalen Lösungen, sondern regelt das System durch Integration von Echtzeitdaten kontinuierlich auf ein Gesamtoptimum hin.

Ereignisdiskrete Simulationsverfahren im Kern dieser Methodik sind mit einer laufzeiteffizienten Modellierung für fluidähnliches Schüttgut sowie einer auf thermodynamischen Modellen basierenden Materialflusssteuerung versehen, um einen hinreichenden Detailgrad für den Einsatz bei kurzfristigen Problemstellungen zu gewährleisten. Dank der enthaltenen Energiesimulation können die realen Abhängigkeiten im Härteprozess hinreichend genau in der Materialflusssimulation berücksichtigt werden. Durch die Ergänzung spezifischer Optimierungsverfahren in diese zeitdynamische Modellierung gelingt es, die Entscheidungsfindung beim Simulationseinsatz zu automatisieren. Zuletzt liegt durch eine geeignete Verknüpfung mit dezentral bereitgestellten Produktionsdaten zu jeder Zeit ein Echtzeitabbild der Produktion im Simulationsmodell vor. Auf dessen Basis kann die Einhaltung der Produktionsziele kontinuierlich überprüft und der Produktionsplan bei Bedarf vorausschauend angepasst werden.

Umfassende experimentelle Untersuchungen im Rahmen von Fallstudien in Kalksandsteinwerken stellen die Validität und Einsetzbarkeit der entwickelten Methodik sicher. Zudem ermöglicht deren generische Gestaltung sowie die Einrichtung einer Bausteinbibliothek für die Simulation hybrider Fertigungsprozesse eine unmittelbare Übertragung auf weitere Industriezweige