Simulationstools: Schlüssel zur effektiven Prozessplanung in Logistik und Produktion

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Wie lässt sich in Anfangsphasen von Projekten eine wirksame Evaluierung bei Planungsprozessen sicherstellen? Kann die Wirksamkeit von Simulationsmodellen durch Erweiterungen bzw. Zusatzfunktionen wie virtuelle Realität oder künstliche Intelligenz verbessert werden? Und inwieweit sind Simulationen komplexer Produktions- und Logistiksysteme für korrekte Schätzungen, Prozessplanung und einen besseren Gesamtüberblick notwendig? All das erläuterte auf der Konferenz Trends in Automotive Logistics (TAL) 2024 Tomáš Sauer, Global Competence Field Leader bei FORVIA HELLA.

Auch wenn es wenige offiziell zugeben, ist für viele von uns nicht die Arbeit der „Traumjob“, sondern ihre Simulation. Mit dieser Feststellung begann Tomas Sauer seinen Vortrag auf der TAL 2024. Der Manager des Unternehmens FORVIA HELLA kann sich nämlich auf ein Tool zur Simulation unterschiedlichster Modelle von Arbeitsprozessen stützen.

Einsatz von FlexSim

Aus der zunehmenden Komplexität der Logistik, wobei Excel-Tabellen nicht mehr ausreichten und nach und nach durch dynamische Tools ersetzt wurden, erwuchs die Notwendigkeit von Simulationen. Das erkannte auch FORVIA HELLA und entschied sich für FlexSim. 2013 erwarb die Firma Lizenzen und entwickelte ein Jahr später interne Bibliotheken, in denen die Benutzer Objekte „zur schnellen Verwendung“ verfügbar haben. „Seitdem sind Simulationen in beiden Divisionen Standard, sowohl in der Elektronik als auch in der Beleuchtung. Es darf also kein neues Projekt in Angriff genommen und keine Investition genehmigt werden, ohne dass eine Simulation bestätigt hat, dass das System so funktionieren wird, wie wir es uns vorstellen.

Vorschau auf die FlexSim-Anwendung

Um 2020 herum haben wir nachgerüstet, dann kamen Prozessplanungstools, Robotersimulationen als technischer Hintergrund sowie Erweiterungen um virtuelle Realität bzw. Methoden der künstlichen Intelligenz hinzu“, resümiert Tomáš Sauer die Entwicklung des Simulationstools bei FORVIA HELLA. Er fügte jedoch an, dass man noch lange nicht fertig ist und das System um weitere Innovationen bereichern wird. Aktuell stellt das unternehmensinterne Team das FlexSim-Tool mehr als 50 Anwendern weltweit in seinen Werken zur Verfügung. „Wir bieten ihnen nicht nur Support, d. h. Unterstützung bei der Entwicklung von Simulationen, sondern auch verschiedene Trainingskonzepte, also sämtliche Schulungen von Grundkenntnissen über Programmierung bis hin zu Schulungen für fortgeschrittene Anwender“, erklärt Tomáš Sauer. Ein wichtiger Bestandteil ist die Entwicklung von Methoden, der die erwähnten Bibliotheken dienen, und von Pilotprojekten.

Montagelinie

Die Funktionalität einer Lösung lässt sich immer am besten an praktischen Beispielen demonstrieren. Wie also sieht der Einsatz von FlexSim im Echtbetrieb aus? Simulationen zielen in der Regel auf mehrere Problemstellungen ab. Dazu gehören Zykluszeit, Anzahl der Geräte, Pufferbedarf, Verteilung der Bediener, Engpässe, Einfluss von NOK-Teilen und verschiedene Szenarien.

Tomáš Sauer präsentierte die Montagelinie eines anonymen Kunden als Referenz. „Zu Beginn interessierten uns der Zeitzyklus, die optimale Maschinenzahl und What-if-Szenarien“, so Sauer. Für die Ermittlung dieser Werte nutzt Sauers Team eigene Tools und Berechnungen (bei What-if-Szenarien fließen beispielsweise vorausgesetzte Reparaturzeiten für einzelne Anlagen ein). Jede Variante wird in Diagrammen und Tabellen abgebildet, sodass eine neue Version der Simulation entsteht. Der Vorteil liegt darin, dass die Simulation immer das sogenannte sichere Minimum berücksichtigt und daher Kosten für eine mögliche Überdimensionierung von Projekten spart. In diesem konkreten Fall erfolgte die Simulation in Form einer Visualisierung des Fließbandbetriebs mit der Bewegung „echter“ Bediener an den Maschinen. Es handelte sich also nicht um vollautomatischen Betrieb.

Einsatz in der Logistik

Bei einer Logistiksimulation liegt der Schwerpunkt neben der Grundanforderung an die Kontinuität der Logistikprozesse auf der Verteilung der Vorratsbehälter, der Anordnung und Anzahl der Ressourcen, d. h. Fahrer und AGVs, und der Übersicht über die Lagerbereiche.

Das Beispiel betraf ein europäisches Werk von FORVIA HELLA, wo die Aufgabe darin bestand, AGVs in die bestehende Umgebung zu integrieren. „Der Lieferant bot uns zehn AGVs als ideale Lösung an. Wir hatten keine andere Möglichkeit als die FlexSim-Simulation, um das zu verifizieren. Es stellte sich heraus, dass fünf Fahrzeuge ausreichen. Bereits hier ergab sich also eine große Einsparung“, so Sauer. Diese Annahme bezog sich aber nicht auf die gesamte Mobilität im Werk. „Als wir sämtlichen Verkehr und die Bewegung der Menschen vor Ort einbezogen, stellten wir fest, dass fünf Fahrzeuge nicht reichen, weil sie auf verschiedene Weise blockiert wären und es nicht schaffen, alles abzutransportieren. Die Hinzunahme von Trolleys brachte keine Lösung, da nur noch mehr blockiert wurden. Schließlich kamen wir an einen Punkt, an dem uns die Simulation sagte, dass das Konzept nicht funktionieren kann“, erläuterte Sauer.

Die Simulation hat also eindeutig gezeigt, dass die Implementierung von AGVs in die vorhandene Umgebung mit engen Gängen keine gute Idee war. Das Ergebnis war eine Lösung, die aus an der Decke hängenden Fördersystemen bestand, ein Konzept, das sich sowohl in der Simulation als auch in der Praxis bewährte.

Erweiterungen

Wie oben erwähnt, arbeitet das Team von Tomáš Sauer an weiteren Add-ons zum Simulationstool FlexSim. Eines davon ist die virtuelle Realität. „Vereinfacht gesagt, kann man bei der virtuellen Realität eine Brille aufsetzen und die Simulation durchlaufen. Wir haben aber zusätzlich Tools entwickelt, die auch eine Interaktion in der Simulation ermöglichen, was sich gut zur Schulung von Bedienern eignet“, so Tomáš Sauer.

Heutzutage braucht fast jedes IT-Produkt Unterstützung durch künstliche Intelligenz, was hier nicht anders ist. „Konkret arbeitet FlexSim mit Reinforcement Learning. Dabei geht es darum, ein Modell laufen zu lassen, das Wissen erlangt, und die Anwendung mittels Skript in Python. Hier haben wir versucht, Produktionssequenzen und -wege für AGVs zu optimieren“, erklärt der Autor der Präsentation. Eher Zukunftsmusik ist die Nutzung der Plattform Nvidia Omniverse, welche das Streamen von 3D-Daten in Simulationssoftware ermöglicht.

„Sinn sehe ich in der künftigen Integration von Simulationssoftware mit Tools zur Materialflussüberwachung und Robotersimulationen. Man stelle sich ein Transportsystem vor, eine Palette kommt an, in dem Moment schalte ich auf Robotersoftware, wo eine reale Simulation der Trajektorie läuft, eine reale Simulation der Zykluszeit des Roboters, und sobald die Palette auf ein AGV oder einen Zug geladen ist, wechsle ich wieder zum Simulationstool“, beendete Tomáš Sauer seinen Vortrag auf der TAL 2024 ganz visionär.

Die Vorteile von Simulationen in Planungsprozessen liegen auf der Hand und gewinnen mit zunehmender Größe und Kostspieligkeit der Projekte weiter an Bedeutung. Mit ihrer Hilfe können Pläne korrigiert, verbessert, aber auch gänzlich aufgegeben werden, wenn die Simulation ihre Untauglichkeit beweist. Dadurch können Unternehmen enorme Summen einsparen.

 

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