Table Of ContentSpringer-Lehrbuch
Michael Eley
Simulation in der Logistik
Eine Einführung in die Erstellung
ereignisdiskreter Modelle unter Verwendung
des Werkzeuges „Plant Simulation“
Prof.Dr.MichaelEley
HochschuleAschaffenburg
Deutschland
ISBN978-3-642-27372-8 e-ISBN978-3-642-27373-5
DOI10.1007/978-3-642-27373-5
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SpringerGabler
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τὰ πάντα ῥεῖ
...
(Heraklit)
FürMarita
Vorwort
DieLogistikhatsichindenletztenJahrenzueinembedeutendenWirtschaftszweig
entwickelt.DafürgibteseineVielzahlvonGründen:
(cid:129) DerzunehmendeWettbewerbsdruckaufgesättigtenMärktenhatzueinerimmer
stärkeren Differenzierung im Produktspektrum und zu einer explosionsartigen
ZunahmederProduktvariantengeführt.
(cid:129) Die zunehmende Konzentration auf die Kernkompetenzen und die damit ein-
hergehende Reduktion der Fertigungstiefe führt zum Aufbau von sogenannten
Lieferketten(SupplyChains).
(cid:129) Neue, schlanke und logistikgetriebene Produktionskonzepte wie Just-in-Time
oderKanbanverfolgendasZiel,LagerbeständezureduzierenundsomitdieQua-
litätderProduktesowiedieFlexibilitätvonUnternehmenzuerhöhen.
DiehoheKomplexitätlogistischerSystemeinVerbindungmitdemhohenWett-
bewerbsdruckmachtdieImplementierungeffizienterProzesseinUnternehmenund
Lieferkettenunumgänglich.ZurBeherrschungdieserKomplexitätsindindenletz-
tenJahrzehntenzahlreichemathematischeVerfahrenderOptimierungundderereig-
nisdiskretenSimulationentwickeltworden.AndersalsbeiderOptimierung,beider
versuchtwird,einProblemnachdessenModellierungdirekt,analytischoderdurch
die Verwendung einer Heuristik zu lösen, verfolgt die Simulation einen anderen,
eherintuitivenAnsatz.DurchdieAbbildungeinesRealsystemsineinSimulations-
modell, daslediglich alle wesentlichen Aspekte desRealsystems enthält, versucht
maneinVerständnisfürdieProblemstellungunddieZusammenhängezugewinnen.
Danach können durchgezielte Veränderungvon Stellgrößen,die am Simulations-
modellundnichtamRealsystemerfolgen,dieAuswirkungenaufdasSystemunter-
suchtwerden.DiesogewonnenenErkenntnissekönnenanschließendzurVerbesse-
rungdesrealenSystemsverwendetwerden.Simulationkommtdaherinsbesondere
zumEinsatz,wenn
(cid:129) das Modell sehr umfangreich ist, da es viele betriebswirtschaftliche Entschei-
dungsbereiche in einem Unternehmen oder einer Lieferkette umfasst, und das
entsprechendemathematischeModellzu komplexwerden würde,als dass man
eslösenkönnte,
vii
viii Vorwort
(cid:129) das Modell viele stochastische Einflussgrößen enthält, die analytische Warte-
schlangemodellenichtabbildenkönnen,
(cid:129) unterschiedliche Lösungsvorschläge schon vorhanden sind, die man aber nicht
andemRealsystemtestenkannoderwill,
(cid:129) derAnwenderwenigvertrautmitderAnwendungvonmathematischenOptimie-
rungsmethodenist.
DerEinsatzvonSimulationundOptimierungschließensichallerdingsnichtaus.
SokönnenbeispielsweiseauchmathematischeOptimierungsverfahrenineinSimu-
lationsmodellzurSteuerungeingesetztundaufihreEffizienzhingetestetwerden.
In den letzten Jahren sind mehrere kommerzielle Softwareproduktezur Erstel-
lungvonereignisdiskretenSimulationsmodellenentwickeltworden.Beispielehier-
fürsindWITNESS,AutoMod,TayloroderArena.EinesdergängigstenWerkzeuge
mit mehreren Tausend Installationen ist Plant Simulation, das ursprünglich am
Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) entwickelt
wurde.ÄltereVersionendesProgrammsfirmierennochunterdenNamenSimpel++
odereM-Plant.ZumEinsatzkommtPlantSimulationinsbesondereinderAutomo-
bilindustrie, für die aufgrund des starken Wettbewerbdrucks die Implementierung
effizienter logistischer und produktionstechnischerProzesse überlebensnotwendig
ist.
NebendemEinsatzalsPlanungsunterstützungbeibetrieblichenEntscheidungen
inderPraxisistdieSimulationseitJahrzehntenfesterBestandteilimingenieurwis-
senschaftlichen und wirtschaftswissenschaftlichen Lehrangebot. Das vorliegende
Buch ist aus Vorlesungen und Praktika entstanden, die der Verfasser in den letz-
ten Jahren an der Hochschule Aschaffenburg sowie für Anwender aus der Praxis
gehaltenhat.DerTeilnehmerkreisbestanddabeivorwiegendausStudentenausdem
Wirtschaftsingenieurwesen,derBWLundderMechatronik.
DieVeranstaltungensetztensichdabeiauszweiTeilenzusammen.Ineinerein-
biszweitägigenBlockveranstaltungzuBeginndesSemesterserhaltendieTeilneh-
mereineEinführungindieSimulationsowieindieArbeitmitdemWerkzeugPlant
SimulationunddiedazugehörendeSkriptspracheSimTalk.ImweiterenVerlaufdes
SemestersbearbeitendieStudierendendanninGruppenvoni.d.R.zweiStudenten
eigenständigSimulationsstudien.NebeneinerwöchentlichenBesprechungmüssen
die Studierendenam Semesterende ihr Modell sowie die Ergebnisse in einer Prä-
sentationvorstellen.
ZieldiesesBuchesistes,demLesereinenkompaktenÜberblickderMöglichkei-
tenderereignisdiskretenSimulationzurLösungkomplexerlogistischerundproduk-
tionstechnischerFragestellungenzuvermitteln.DerAufbaudiesesBuchesorientiert
sich dabei an dem soeben skizzierten Ablauf der Lehrveranstaltungen. Zunächst
wird ein Überblickzur Simulationundeiniger dazubenötigterHilfsmittel ausder
Statistik gegeben. Dieser wird ergänzt durch eine kurze Einführung in die Arbeit
mitdemausgewähltenWerkzeug.BeidemvorliegendenBuchhandeltessichaller-
dingsnichtumeinklassischesLehrbuchzurErlernungeinerProgrammiersprache,
indemalle(wesentlichen)Bausteinesukzessivevorgestelltwerden.Vielmehrwird
der Leser zunächst anhand von drei kleinen Programmieraufgabenmit der Logik
und Handhabung des Werkzeugs sowie der Herangehensweise bei der Erstellung
Vorwort ix
von Simulationsmodellen vertraut gemacht. Das vorliegende Buch will somit das
Benutzerhandbuchvon Plant Simulation oder die Onlinehilfe nicht ersetzen, son-
derndenLeservielmehrindieLageversetzen,dieseHilfsmitteleffizientzunutzen.
Grundlegende Kenntnisse einer höheren Programmiersprache werden dabei nicht
vorausgesetzt,sindallerdingsauchnichtvonNachteil.
Um erfolgreich Simulationsstudien in der Praxis umzusetzen, reicht es aller-
dings nicht aus, nur mit einem Softwarewerkzeugvertraut zu sein. Erfahrungsge-
mäßmachtdieModellimplementierungnureinengeringenAnteilandergesamten
LaufzeitdesProjektsaus. Dabeilassen sich die wichtigsten Aufgabenim Zusam-
menhangmitderErstellungvonSimulationsstudienwiefolgtzusammenfassen:
(cid:129) ErmittlungderAnforderungen
(cid:129) ErhebungdererforderlichenDatenundDatenanalyse
(cid:129) ImplementierungdesModells
(cid:129) Testen,VerifikationundValidierungdesimplementiertenSimulationsmodells
(cid:129) InterpretationderErgebnisse
Im weiteren Verlauf des Buchs werden daher drei komplexere Simulationsstu-
dienvorgestellt,beidenen,sofernineinemBuchüberhauptmöglich,auchaufwei-
tereAspekteeingegangenwird.DieseSimulationsstudienbefassensichmitfolgen-
denThemen:
(cid:129) PlanungderRangiervorgängeineinemCross-Dock
(cid:129) DimensionierungeinesmehrstufigenKanban-Systems
(cid:129) OptimierungeinerLackieranlageinderAutomobilindustrie
Nach der Präsentation der jeweiligen Aufgabenstellung werden Lösungsvor-
schläge für die mögliche Implementierung des zugehörigen Simulationsmodells
vorgestellt.DabeiwirdderProgrammcodederLösungsvorschlägevollständigdoku-
mentiert.DieModellekönnenallerdingsauchunterfolgenderURLheruntergeladen
werden:
http://www.h-ab.de/?id=llab_d
Esseiausdrücklichdaraufhingewiesen,dass,wie sohäufigimLeben,dervor-
geschlageneLösungswegnichtzwingendist.EristvielmehrdemsubjektivenPro-
grammierstildesAutorssowieseinenVorliebengeschuldet.Auchkönnendievor-
gestelltenAufgabenmithilfeandererSimulationswerkzeugeimplementiertwerden.
StudentenkönneneinekostenfreieStudentenlizenzbeimHerstellerderSoftware
beantragen, mit der Modelle mit bis zu 80 Objekten erstellt werden können. Die
LizenzbedingungensowiedasbenötigteBestellformularfindensichunterfolgender
URL:
http://www.emplant.de/student
Mithilfe dieser Version können sämtliche Simulationsmodelle, die in diesem
Buch vorgestelltwerden, gestartet werden. Eine Ausnahme bildet lediglich der in
Kapitel 8.4 vorgestellte Genetische Algorithmus. Für die Verwendung der dazu
erforderlichenBausteinewirdeinespezielleLizenzbenötigt.
x Vorwort
AbschließendbleibtmirnochdieFreude,michbeieinigenPersonenzubedan-
ken,diebeiderFertigstellungdiesesBuchsmitgewirkthaben.ZahlreicheStuden-
tenhabeneigene,kreativeLösungsvorschlägefürdieindiesemBuchvorgestellten
Simulationsstudien entwickelt und implementiert. Besonderer Dank gebührt mei-
nemMitarbeiterHerrnDipl.-Ing.(FH)AlexanderPalatnikfürdieunzähligenAnre-
gungen, Verbesserungsvorschläge und Diskussionen im Zusammenhang mit den
Modellen. Frau M.A. Ina von Brunn hat das fertige Manuskript auf Fehler unter-
suchtundzahlreicheKorrektureneingebracht.MeinDankgiltebensodemSpringer-
Verlag,insbesondereHerrnChristianRauscher,fürdieprofessionelleundunkom-
plizierteZusammenarbeit.
Wenn Sieals LeserAnmerkungen,AnregungenoderKorrekturhinweisehaben,
würdeichmichübereineMitteilungfreuen.SieerreichenmichuntermeinerE-Mail
[email protected].
Aschaffenburg,Januar2012 MichaelEley
Inhaltsverzeichnis
TeilI GrundlagenderereignisdiskretenSimulationundvonPlantSimulation
1 EinführungindieSimulation.................................... 3
1.1 Begriffsbildung............................................ 3
1.2 WerkzeugezurereignisdiskretenSimulation ................... 8
1.3 PerspektivenderereignisdiskretenSimulation .................. 11
1.4 QualitätssicherungbeiSimulationsstudien ..................... 15
1.5 WahrscheinlichkeitstheorieundStatistik....................... 18
1.5.1 Testverfahren....................................... 20
1.5.2 Pseudozufallszahlen ................................. 23
1.5.3 Konfidenzintervalle.................................. 26
1.5.4 BestimmungderAnzahlerforderlicherSimulationsläufe... 29
Literaturverzeichnis ............................................. 30
2 GrundlagenvonPlantSimulationundSimTalk.................... 33
2.1 DieArbeitsoberflächevonPlantSimulation.................... 33
2.2 EinerstesSimulationsmodell:DieSimulationeinerFließfertigung. 37
2.2.1 DasSimulationsmodell............................... 37
2.2.2 StarteneinesSimulationslaufs......................... 40
2.2.3 DieVerhaltensweisedesModells ...................... 42
2.3 EineEinführunginSimTalk ................................. 47
2.3.1 DerBausteinMethodeinPlantSimulation ............. 47
2.3.2 SimTalk-Befehle .................................... 50
2.3.3 StatistischeVerteilungenundPseudozufallszahlen
inSimTalk ......................................... 63
TeilII DieProgrammierspracheSimTalk
3 SimulationeinerFließfertigungmitZwischenlager................. 69
3.1 Aufgabenstellung.......................................... 69
3.2 DasSimulationsmodell ..................................... 69
xi
