Arbeitspaket #14



Ausleitung erster Materialflusssimulationen mit auf Regeln basierendem Steuerungsverhalten in Abhängigkeit von Systemereignissen in CTPS

Zielstellung:

Hauptziel des Arbeitspaketes ist die Simulation von cybertronischen Produktionssystemen (CTPS) auf der Basis existierender Software Tools für Materialflusssimulationen. Die Simulation soll hauptsächlich folgende Anforderungen erfüllen:

  • Die Bewertung der Vor- und Nachteile von CTPS für konkrete Fabriken anhand typischer Einsatzszenarien für CTPS
  • Möglichst eindeutige und intuitive Erstellung einzelner Modellinstanzen, um sowohl eine manuelle Modellgenerierung als auch eine teilautomatische Modellausleitung aus SysML-basierten Systemmodellen zu ermöglichen.

Ergebnisse:

Zur Simulation von CTPS wurde ein Simulationsframework im Tool „Tecnomatix Plant Simulation“ entwickelt. Dies beinhaltet die wichtigsten physischen und informationstechnischen Komponenten, die zum Aufbau eines CTPS-Modells erforderlich sind. Diese sind u.a. der Maschinenagent, Transportagent, Produktagent, die Fertigungsstation, das Kommunikationsframework (physische Ebene) sowie ein Nachrichten-Framework (semantische Ebene, Festlegung der Nachrichtentypen). Das Nachrichten-Framework spezifiziert die Verhandlungsvorgänge. Daneben umfass das Simulationsframework eine Beschreibung, wie diese Komponenten im Rahmen eines CTPS miteinander agieren, um gewünschte Zielstellungen zu erreichen. Den Kern der CTPS-Simulation bildet der Use-Case „Regulärer Betrieb“, bei dem Produktagenten mit den Maschinen- und

Transport-Agenten eine Route des Produktes durch die Fertigung zur Abarbeitung der für das Produkt notwendigen Operationen aushandeln. Der Ablauf einer Verhandlung zur Allokation eines Fertigungsprozesses (hier auch Production-Feature genannt) zu einer Fertigungsressource ist in Abb. 1 dargestellt. Dieser Verhandlungsvorgang wird iterativ (alle x min) wiederholt, um eine dynamische Reallokation von Fertigungsaufträgen zu den Ressourcen zu ermöglichen.

Weiterhin können mit dem Framework u.a. die folgenden Use-Cases für CTPS abgebildet werden, um sie bezüglich ihres Verhaltens mit herkömmlichen Produktionssystemen zu vergleichen:

  • Ressourcen-unspezifischer Arbeitsplan: Die Arbeitsschritte eines Produktes werden dynamisch den Fähigkeiten der Maschinen zugeordnet.
  • Eilauftragsszenario: Ein Auftrag mit höherer Wichtigkeit trifft in der Fertigung ein und muss priorisiert bearbeitet werden, ohne dabei die bestehenden Aufträge zu stark zu beeinflussen.
  • Maschinenausfall: Eine bestehende Maschine fällt im laufenden Betrieb aus und die restlichen Maschinen mit redundanten Fähigkeiten übernehmen die Fertigstellung der Aufträge.

Weitere Use Cases werden in den Ergebnissen von AP#20 und AP#22 beschrieben.

4.3-1

Abbildung 1: Verhandlungsmechanismus zur Prozess-Ressourcen-Allokation in CTPS

Das bestehende Simulationsframework wurde auf Basis eines Modells, in Anlehnung an eine reale Zylinderkopffertigung getestet. Dieses besteht aus 10 Fertigungsstationen, die u.a. die Prozesse Bohren, Fräsen, Schleifen und Qualitätskontrolle durchführen und durch ein Förderband beliefert werden (siehe Screenshot aus Plant Simulation in Abb. 2).

4.3-2

Abbildung 2: Überblick über die Zusammenhänge und Bestandteile cybertronischer Systeme

Weiterhin wurde exemplarisch gezeigt, dass eine teilautomatische Generierung von CTPS-Modellen auf der Basis von SysML-basierten Systemmodellen via XMI-Datei-Austausch möglich ist. Eine Fortführung der systemmodellbasierten Ausleitungen erfolgt in AP#20.