Rechnerunterstützte Optimierung von Materialflußstrukturen in der Elektronikmontage durch Simulation

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Diss. Reihe Fertigungstechnik, Band 25

Language
de
Document Type
Doctoral Thesis
Issue Date
2020-08-10
Issue Year
1992
Authors
Thim, Christoph
Editor
Geiger, Manfred
Feldmann, Klaus
Publisher
Carl Hanser
ISBN
3-446-17118-5
Abstract

The material flow in the assembly area is of particular importance for the profitability of a production company. The reasons for this are the strong networking and interaction of the assembly both with upstream areas, such as production, and with downstream functions, such as sales. However, potential in this area can only be tapped with the help of effective methods. The aim of this work is therefore to develop and evaluate methods for optimizing material flow structures. The CAD-supported layout planning system MFPIan was designed on this basis. An essential feature of this system is a module for the interactive improvement of the layout by modifying the area arrangement and the material flow structures. The solutions found are evaluated using a cost function to determine the transport costs. A powerful tool is now available for layout planning as a component of material flow optimization. However, it is only partially possible to consider dynamic processes with this model. The logical consequence of this is the use of simulation in order to also be able to examine dynamic processes in material flow systems. First, the requirements for a simulation system to be used were specified, which result from the special view of assembly planning. For the selected SIMPLEX II simulation system, the basics for the design of simulation model banks and an object-oriented description of simulation models were developed: With the help of modules that are stored in application-oriented model banks, an efficient model design is made possible. The STACK model bank was developed on the basis of this specification and is described in Chapter 6. This model bank provides modules for mapping complex material flow systems in assembly: this includes model banks for mapping the actual transport systems as well as those for replicating assembly devices, assembly lines, workshop control systems, etc. However, coupling with other CAE tools is required for efficient use of the simulation. A corresponding concept was developed for this, which is described in detail in Chapter 7. The central element is a project database for simulation projects, which enables efficient control and management of simulation projects: the application supports the actual project flow by providing and processing project data. This includes both administrative data that describe the course of the project and device parameters of the devices shown in the simulation model. The modeling process is effectively supported by a CAD-oriented linking of the simulation modules. The required model data is transferred via the standardized IGES interface. Since the MFPIan system works with the same CAD model, a consistency of the overall concept is guaranteed. To round it off, a concept for the graphic animation of simulation runs using an object-oriented system was presented. The developed methods were finally verified using an application example: A system for the KANBAN-controlled installation of motor protection switches showed the efficiency of the developed programs. The methods presented can effectively support the task of optimizing material flow systems. In the future, however, the developed methods will have to be linked even more closely with other CAE tools in order to further improve the optimization process through extensive data exchange. This also includes coupling with expert systems in order to use the knowledge and experience that are still required to carry out simulation studies. Only then will it be possible to make the simulation accessible for planning on a larger scale than before.

Abstract

Der Materialfluß im Bereich der Montage hat besondere Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit eines Produktionsunternehmens. Gründe dafür sind die starke Vernetzung und Wechselwirkungen der Montage sowohl mit vorgelagerten Bereichen, wie der Fertigung, als auch mit nachgeschalteten Funktionen, beispielsweise dem Vertrieb. Potentiale in diesem Bereich lassen sich allerdings nur mit Hilfe wirkungsvoller Methoden erschließen. Das Anliegen dieser Arbeit besteht daher darin, Methoden zur Optimierung von Materialflußstrukturen zu entwickeln und zu bewerten. Hiervon ausgehend wurde das CAD-unterstützte Layoutplanungssystem MFPIan entworfen. Wesentliches Leistungsmerkmal dieses Systems stellt ein Modul zur interaktiven Verbesserung des Layouts durch Modifizieren der Flächenanordnung und der Materialflußstrukturen dar. Die Bewertung gefundener Lösungen erfolgt mittels einer Kostenfunktion zur Bestimmung der Transportkosten. Für die Layoutplanung als Komponente der Materialflußoptimierung steht hiermit ein leistungsfähiges Werkzeug zur Verfügung. Allerdings ist die Betrachtung dynamischer Vorgänge mit diesem Modell nur teilweise möglich. Folgerichtig ergibt sich hieraus der Einsatz der Simulation, um auch dynamische Vorgänge in Materialflußsystemen untersuchen zu können. Zunächst wurden daher die Anforderungen an ein einzusetzendes Simulationssystem spezifiziert, die sich aus der speziellen Betrachtungsweise der Montageplanung ergeben. Für das ausgewählte Simulationssystem SIMPLEX II wurden Grundlagen für den Entwurf von Simulationsmodellbanken und eine objektorientierte Beschreibung von Simulationsmodellen erarbeitet: Mit Hilfe von Bausteinen, die in anwendungsorientierten Modellbanken abgelegt werden, wird ein effizienter Modellentwurf ermöglicht. Aus dieser Spezifikation heraus wurde die Modellbank STACK entwickelt, die in Kapitel 6 beschrieben wird. Diese Modellbank stellt Module zur Abbildung komplexer Materialflußsysteme in der Montage zur Verfügung: hierzu zählen sowohl Modellbanken zur Abbildung der eigentlichen Transportsysteme, als auch solche zur Nachbildung von Montagegeräten, Montagelinien, Werkstattsteuerungssystemen usw. Für einen effizienten Einsatz der Simulation ist jedoch eine Kopplung mit weiteren CAE- Werkzeugen erforderlich. Hierfür wurde ein entsprechendes Konzept entwickelt, das in Kapitel 7 ausführlich dargestellt wird. Zentrales Element stellt dabei eine Projektdatenbank für Simulationsprojekte dar, die eine effiziente Steuerung und Verwaltung von Simulationsprojekten ermöglicht: die Applikation unterstützt den eigentlichen Projektablauf durch Bereitstellung und Verarbeitung von Projektdaten. Hierzu gehören sowohl administrative Daten, die den Projektverlauf beschreiben, als auch Geräteparameter der im Simulationsmodell abgebildeten Geräte. Durch eine CAD-orientierte Verknüpfung der Simulationsbausteine wird der Vorgang der Modellierung wirkungsvoll unterstützt. Die Übertragung der benötigten Modelldaten erfolgt über die genormte IGES- Schnittstelle. Da das System MFPIan mit dem gleichen CAD-Modeli arbeitet, ist eine Durchgängigkeit des Gesamtkonzeptes gewährleistet. Zur Abrundung wurde ein Konzept zur graphischen Animation von Simulationsläufen mittels eines objektorientierten Systems dargestellt. Die entwickelten Methoden wurden abschließend exemplarisch an einem Anwendungsbeispiel verifiziert: Ein System zur KANBAN-gesteuerten Montage von Motorschutzschaltern zeigte die Effizienz der entwickelten Programme. Die dargestellten Methoden können die Aufgabe der Optimierung von Materiaiflußsystemen wirkungsvoll unterstützen. Für die Zukunft sind allerdings die entwickelten Methoden noch stärker mit weiteren CAE-Werkzeugen zu verbinden, um den Ablauf der Optimierung durch einen umfassenden Datenaustausch weiter zu verbessern. Hierzu zählt auch die Kopplung mit Expertensystemen, um das Wissen und die Erfahrung, die nach wie vor für die Durchführung von Simulationsstudien erforderlich sind, zu nutzen. Erst damit wird es möglich sein, die Simulation in größerem Umfang als bisher für die Planung zugänglich zu machen.

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Fertigungstechnik - Erlangen
Series Nr.
25
Notes
Nach Rechteübertragung des Meisenbach-Verlags auf die FAU digitalisiert und online gestellt durch Geschäftsstelle Maschinenbau und Universitätsbibliothek der FAU im Jahr 2020. Koordination der Reihe: Dr.-Ing. Oliver Kreis. Für weitere Informationen zur Gesamtreihe siehe https://mb.fau.de/diss
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