Kombinierte Optimierung und Virtuelle Inbetriebnahme von materialflussintensiven Produktionssystemen mit Multiskalen-Netzwerk-Modellen (OptiPlant)

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Simone Göttlich; Professor Dr.-Ing. Alexander Verl
• Fachliche Zuordnung: Produktionssystematik, Betriebswissenschaften, Qualitätsmanagement und Fabrikplanung ; Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 327964174

Die zeitdeterministische Hardware-in-the-Loop-Simulation (HiLS) von Maschinen in einem materialflussintensiven Produktionssystem, wie beispielsweise aus den Bereichen der Getränke- oder Verpackungstechnik (Sondermaschinenbau), ist vielversprechend: Die von Maschine zu Maschine individuelle Auslegung und Inbetriebnahme ist fehleranfällig und erfordert in vielen Fällen eine kosten- und zeitintensive Nachbesserungen im Steuerungscode beim Kunden vor Ort. Bei der Eingliederung neuer Maschinen in bestehende Produktionssysteme entstehen kostenintensive Stillstände der vollständigen Anlage. Zusätzlich führt der steigende Anspruch nach umfangreicheren und schnell wechselnden Produktionspaletten zu einer höheren Komplexität des Steuerungssystems. Im Bereich des Sondermaschinenbaus, in dem Maschinen speziell nach Kundenwunsch konstruiert und gefertigt werden, kann der Einsatz simulationsbasierter Methoden den Engineering-Prozess beschleunigen, Kosten senken und die Fehleranfälligkeit stark verringern. Ein Einsatz simulationsbasierter Methoden bei der Betrachtung der einzelnen Maschinen sowohl im Kontext der Anlage (Materialfluss) als auch in Verbindung mit dem realen Steuerungssystem erfolgt allerdings heutzutage in diesem Bereich nicht. Ziel ist es, die Ergebnisse, welche im Bereich der HiLS von CNC-Maschinen für Leistungserbringungs-Tests und zur Steuerungsvalidierung gesammelt wurden, auf die Getränketechnik mit ihren speziellen Anforderungen zu übertragen. Die Beschreibung von virtuellen Maschinen bei der HiLS erfordert allerdings die Umsetzung von zeitdeterministischen und recheneffizienten Algorithmen. Derzeit gibt es kein Materialflussmodell, das eine zeitdeterministische Berechnung der Dynamik von Materialflüssen mit einer großen Anzahl bewegter Objekte (im Bereich der Getränketechnik ca. 20.000 - 50.000 Flaschen pro Stunde) garantiert. Der Einsatz eines Multiskalen-Netzwerk-Modells zur Simulation des Materialflusses im Rahmen einer HiLS ist vielversprechend und neuartig. Dies soll im Rahmen des Forschungsvorhabens betrachtet werden. Darüber hinaus kann mit dem Multiskalen-Netzwerk-Modell mit Hilfe des Flussmodells eine mathematische Durchsatzoptimierung des Transportsystems zum Finden des optimalen betrieblichen Durchsatzes durchgeführt werden. Durchsatzoptimierungen werden bislang nur entkoppelt von der Machbarkeit in der Realisierungsphase durchgeführt. Darüber hinaus finden sich hier meist nur ereignisdiskrete Materialflusssimulationen, die das Anlagenlayout nicht betrachten. Im Forschungsvorhaben soll eine der HiLS vorgeschaltete mathematische Durchsatzoptimierung auf Basis des Flussmodells in Kombination mit einer Leistungserbringung im Rahmen der Virtuellen Inbetriebnahme unter Einsatz des Multiskalen-Netzwerk-Modells am realen Steuerungssystem entwickelt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen