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Simulation für den Entwurf von Fabriklayouts nutzen

Die diskrete Ereignissimulation transformiert die Fertigungsabläufe durch den Einsatz digitaler Zwillinge und virtueller Inbetriebnahmen, wodurch kostspielige Fehler vermieden werden können. Dieser Artikel befasst sich mit dem Einsatz von Visual Components zur Optimierung von Fabriklayouts und verdeutlicht die Bedeutung des Layouts für die Fertigungsstrategie und die Notwendigkeit von Umgestaltungen. Er führt durch die Optimierung von Layouts sowohl für Greenfield- als auch für Brownfield-Projekte und betont dabei den iterativen Planungsprozess, die Genauigkeit und die Sicherheit.

In diesem Artikel geht es um die Gestaltung von Fabriklayouts: wie Layouts die Fertigungsstrategie widerspiegeln, wann neue Layouts benötigt werden und schließlich, wie man mit Hilfe von Visual Components ein optimiertes Layout entwirft. Die einzelnen Abschnitte behandeln:

Warum Layout wichtig ist und worauf man achten sollte

Ein Fabriklayout drückt die Produktionsstrategie eines Unternehmens aus. Es verbindet die einzelnen Schritte der Arbeitsabläufe und schränkt die Bewegung und Lagerung von Materialien ein. Layouts entwickeln sich im Laufe der Zeit und oft wird das, was optimal war, zu etwas, das weniger effizient und schwieriger zu verwalten ist.

Bei der Planung einer Fabrik muss entschieden werden, welche Geräte verwendet werden sollen, wie die einzelnen Teile zueinander stehen und wie viel Platz für den Materialtransport, den Zugang der Arbeiter und die Wartung benötigt wird.

Das alles geschieht im Rahmen der Ziele, die das Management für die Produktion hat. Dazu kann die ausschließliche Fertigung auf Bestellung, die Anwendung des One-Piece-Flow-Prinzips, die zellulare Fertigung oder die Serienfertigung gehören. Die Auswahl und Positionierung der Anlagen bestimmt, wie die Arbeit durch die Fabrik fließt und inwieweit die Ziele erreicht werden.

Die Planung von Fabriken erfolgt in zwei Szenarien: Greenfield und Brownfield.

Das Szenario des Layouts auf der grünen Wiese bezieht sich auf den Neubau. Es ist ein unbeschriebenes Blatt, das die Möglichkeit bietet, die Arbeitsabläufe mit minimalen Einschränkungen vollständig zu optimieren. Die Arbeit am Layout beginnt, bevor die Bauarbeiten abgeschlossen sind, da dies die Bereitstellung von Dienstleistungen wie gefilterter Luft und Staubabsaugung bestimmt. In manchen Fällen ist ein konzeptionelles Layout sogar noch früher erforderlich, da es die für die Fabrik benötigte Fläche sowie die Anzahl der Verladedocks, Materiallager und so weiter enthält.

Ein Brownfield-Szenario liegt vor, wenn das Fabriklayout bereits existiert. Die Unternehmensleitung kann aus verschiedenen Gründen beschließen, es zu überarbeiten, z. B. wenn sich die hergestellten Produkte oder Mengen wesentlich ändern oder wenn es einfach nur darum geht, die Effizienz zu steigern.

Bei der Planung von Brachflächen gibt es in der Regel viele Beschränkungen. Die Zufahrtswege sind oft festgelegt, das Gebäude selbst hat eine bestimmte Fläche und Konfiguration, Versorgungsleitungen sind nur in bestimmten Bereichen verfügbar und es gibt möglicherweise Hindernisse wie Säulen, die umgangen werden müssen. Die Herausforderung besteht hier darin, die Arbeitsabläufe innerhalb der Einschränkungen des bestehenden Gebäudes zu optimieren.

Ein Projekt definieren und starten

Die Planung eines Fabriklayouts ist ein Projekt und sollte dementsprechend mit formalen Zielen und einem definierten Umfang behandelt werden. Bestimme Einschränkungen, Fristen und vor allem die Interessengruppen, von denen es viele geben wird.

Bei der Festlegung des Umfangs und der Identifizierung von Einschränkungen bieten Brachflächen-Szenarien in der Regel mehr Herausforderungen. Die verfügbare Gesamtfläche ist begrenzt und kann so konfiguriert sein, dass eine Änderung schwierig oder teuer ist. Es kann auch notwendig sein, die Produktion aufrechtzuerhalten, während Bereiche renoviert und Anlagen verlagert werden.

Sobald die Grenzen festgelegt sind, kann mit der Planung begonnen werden. Da es wahrscheinlich viele Beteiligte gibt, ist es in der Regel gut, mit allgemeinen Konzepten zu beginnen, die einen Ausgangspunkt für Diskussionen bieten. Die Planung und Gestaltung eines Produktionslayouts ist fast immer ein iterativer Prozess und es ist wichtig, dass du dir viel Zeit für die Entwicklung, Präsentation und Überarbeitung der Optionen nimmst.

Eine Herausforderung, mit der der Designer oder das Team häufig konfrontiert wird, ist die Schwierigkeit zu vermitteln, wie das vorgeschlagene Layout in der Praxis funktionieren wird. Die grafische diskrete Ereignissimulation kann zum Beispiel ein sehr leistungsfähiges Werkzeug sein, um zu zeigen, wie die neue Konfiguration in einer Vielzahl von Szenarien funktionieren wird.

Zusätzliche Überlegungen zur Gestaltung des Fabriklayouts

Die Layoutgestaltung ist immer ein iterativer Prozess. Es gibt mehrere Iterationen, wenn man bis auf die Ebene der einzelnen Anlagen vordringt, und weitere Iterationen, wenn neue Informationen verfügbar werden. Mit dem richtigen Werkzeug für die Modellierung der Fabrikabläufe lässt sich der Optimierungsprozess beschleunigen, sodass man schneller zu einem Ergebnis kommt.

Wenn das Modell brauchbare Ergebnisse liefern soll, muss es genau sein. Daher muss sich das Entwicklungsteam bemühen, genaue Zahlen für Betriebszeiten, Abmessungen, Verpackungsgrößen usw. zu ermitteln. Die Genauigkeit des Modells kann überprüft werden, indem man einen aktuellen Produktionsplan durchführt und kontrolliert, ob die Ergebnisse mit den tatsächlichen Ergebnissen übereinstimmen. (Jede Abweichung sollte untersucht und das Modell gegebenenfalls überarbeitet werden).

Ein wesentliches Element eines neuen Layouts ist die Gewährleistung der Sicherheit der Beschäftigten. Das Layout muss Platz für angemessene Schutzvorrichtungen rund um Automatisierungslösungen und gefährliche Prozesse, z. B. mit Chemikalien, vorsehen, auch wenn dies die Arbeitsabläufe und den Materialtransport beeinträchtigen kann.

Es gibt viele Aspekte für eine erfolgreiche Fabrikplanung. Sie beginnt mit einem detaillierten Verständnis des Herstellungsprozesses und sollte mit einem Modell enden, das sich für die Bewertung verschiedener Produktionsszenarien und die Lösung spezifischer Herausforderungen eignet.

Dazwischen liegen Fragen der Prozessabhängigkeit, der erwarteten Granularität sowie der Geschwindigkeit und Effizienz des Entwurfsprozesses. Zu den Ergebnissen gehören Zeichnungen, die zeigen, wo die Geräte platziert werden sollen und wie die Dienstleistungen erbracht werden, aber viele Hersteller suchen heute nach einem digitalen Zwilling. Dies ist eine neue Innovation in der Fertigung, die für die virtuelle Inbetriebnahme und für Experimente genutzt werden kann.

In modernen Fabriken ist der Herstellungsprozess selten ein einziger Strom von Anfang bis Ende. Produktvarianten und Anpassungswünsche führen dazu, dass Materialien und Komponenten an verschiedenen Stellen einfließen, Arbeitsschritte umgangen werden und unterschiedliche Endpunkte erreicht werden.

Beginne damit, diese Variationen zu verstehen und entwickle eine vollständige Karte des Prozesses oder der Aktivitäten, die angelegt werden sollen. Von hier aus müssen die Abhängigkeiten ermittelt werden, d. h. sowohl die Prozesse, die räumlich nebeneinander liegen sollten, als auch die, die möglicherweise getrennt werden müssen. (Zum Beispiel ist es in der Regel ratsam, das Schweißen vom Lackieren zu trennen.)

Die Layoutarbeit beginnt in der Regel mit einer übergeordneten konzeptionellen Übersicht. Daraus geht hervor, wie die Funktionen zueinander angeordnet werden: die Bearbeitung liegt zum Beispiel neben der Reinigung und diese neben der Montage.

Nachdem ein Konsens über das Konzept erzielt wurde, kann mit der Detailarbeit begonnen werden. Diese wird immer detaillierter und erreicht schließlich die Ebene der Komponenten von Automatisierungslösungen wie Robotern und sogar einzelnen Tischen und Werkbänken.

Mehr Details erfordern mehr Arbeit, also muss ein Kompromiss zwischen Details und Geschwindigkeit gefunden werden. Genau hier hilft Visual Components. Durch die Verwendung von Standardmodulen und die Möglichkeit, Layouts schnell zu erstellen, zu bewerten und zu überarbeiten, wird der Aufwand für die Erstellung eines digitalen Modells des Layouts erheblich reduziert. (Ein Lernpfad mit 11 Modulen zeigt dir, wie du mit Visual Components Fertigungsdesign und -planung durchführen kannst).

Beispiele dafür, was mit Visual Components erreicht werden kann, sind:

Fazit

Ein Fabriklayout kann nicht allein mit CAD entworfen werden, denn es ist viel mehr als nur die physische Anordnung der Maschinen. Das Layout muss tatsächlich funktionieren, und das kann nur durch eine Echtzeitsimulation ermittelt werden. Mit Werkzeugen wie Visual Components wird diese Aufgabe nicht nur überschaubar, sondern auch effizient und effektiv. Wenn du deine Produktions- oder Lagerabläufe umgestalten willst, solltest du nicht zögern.

Tauche ein in die Welt der umfassenden Anlagenplanung mit Visual Components, einem leistungsstarken Werkzeug für die Planung von Fabrikanlagen, das die Effizienz, Genauigkeit und Anpassungsfähigkeit sicherstellt, die in der modernen Fertigung erforderlich sind.

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