Optimal Material Flow Control of Production Lines by Multiscale Network Models

• Applicants: Professorin Dr. Simone Göttlich; Professor Dr.-Ing. Alexander Verl
• Subject Area: Metal-Cutting and Abrasive Manufacturing Engineering ; Production Systems, Operations Management, Quality Management and Factory Planning
• Term: from 2014 to 2018
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 251646252

• Final Report Year: 2017

Final Report Abstract

Im Rahmen des Projekts „OptiFlow“ wurde an einem mehrskaligen Materialflussmodell geforscht, um das Transportverhalten von Materialflusssystemen besser modellieren und optimieren zu können. Dazu wurde ein Multiskalen-Netzwerk-Modell konzeptioniert und genutzt, welches je nach Anwendungsfall die Trajektorien der einzelnen Objekte (mikroskopische Ebene) oder das Transportverhalten der Gesamtheit der Objekte (makroskopische Ebene) widergibt. Damit ist es möglich, die Vorteile beider Modelle in einem zu vereinen und bestmöglich zu nutzen. Ebenso wurden spezielle Anforderungen und Randbedingungen von Materialflusssystemen berücksichtigt. Es wurde eine gemeinsame Grundsituation erstellt, um beide Simulationsebenen miteinander zu koppeln und gegeneinander testen zu können. Außerdem wurden zur Validierung der Ergebnisse immer wieder Realdaten herangezogen, die für diese Förderbandkonfiguration vorliegen. Zur Umrechnung von einer in die andere Ebene wurden effiziente Homogenisierungs- und Lokalisierungsmethoden entwickelt und implementiert. Dadurch ist ein Wechsel der Modellierungsebene zu jedem Zeitpunkt möglich. Bei der Betrachtung des Umrechnungsfehlers im weiteren Transportverlauf stellte sich heraus, dass der gemachte Fehler in der Größenordnung der Modellierungsfehler liegt. Erste Ansätze, um eine Durchsatzoptimierung mit mathematischen Mitteln zu berechnen, wurden untersucht und auf Beispielproblemen getestet. Um ein komplettes Transportsystem mit verschiedenen Kriterien optimieren zu können, bedarf es weiterer Forschungsarbeit. Im Bearbeitungszeitraum wurden mögliche Folgeuntersuchungen identifiziert, die in einem neuen Forschungsvorhaben betrachtet werden sollen.

Publications

• (2018) Optimal packing of material flow on conveyor belts. Optim Eng (Optimization and Engineering) 19 (1) 71–96
  Erbrich, Markus; Göttlich, Simone; Pfirsching, Marion
  
• Complex material flow problems: a multi-scale model hierarchy and particle methods. In: Journal of Engineering Mathematics, Vol. 92(1), pp. 15-29, 2015
  Göttlich, S.; Klar, A.; Tiwari, S.
  
• Discontinuous Galerkin Method for Material Flow Problems. In: Mathematical Problems in Engineering, Vol. 2015, Article ID 341893, 15 pages
  Göttlich, S.; Schindler, P.
  
• Existence of a classical solution to complex material flow problems. In: Mathematical Methods in the Applied Sciences (MMAS), Vol. 39(14), pp. 4069-4081, 2016
  Che, J.; Chen, L.; Göttlich, S.; Wang, J.
  
• Hardware-in-the-Loop Simulation for Machines Based on a Multi-Rate Approach. In: 9th EUROSIM Congress on Modelling and Simulation (EUROSIM2016), 2016
  Scheifele, C.; Verl, A.
  
• Materialflussmodelle für die HiL-Simulation. In: wt Werkstattstechnik online, 3-2016, pp. 119-124, 2016
  Scheifele, C.; Lechler, A.; Verl, A.