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Die Simulation: Steuerung und Überwachung aller Prozesse

17/08/2018

Gartner, ein amerikanisches Forschungsunternehmen im Bereich Informationstechnologie, hat vorausgesagt, dass digitale Zwillinge in diesem Jahr eine der wichtigsten Tendenzen in der Industrie sein und dass bis 2021 50 % der großen Unternehmen diese Technologie nutzen würden. Ein digitaler Zwilling (auf Englisch „digital twin“) ist eine Simulation, eine digitale Nachbildung eines Prozesses, Produktes oder einer Dienstleistung, die auf Informationen basiert, welche von in den Geräten der Produktionszentren vorhandenen Sensoren erfasst wurden. Wie funktioniert die Simulation und worin bestehen ihre Vorteile? Wie können wir sie in der Lieferkette oder in unserem Lager anwenden?

Simulation

Heute verfügt die Industrie 4.0 über Sensoren, drahtlose Netzwerke, maschinelles Lernen („machine learning“), Dateninterpretation (Big Data), virtuelle Realität und digitale Zwillinge, um ihre Produktionsprozesse an die sich ändernden Anforderungen der Verbraucher anzupassen. Die Simulation an sich ist kein neues Konzept, obwohl sie wegen der ständigen Weiterentwicklung des Internets der Dinge (IoT) und des Einsatzes von RFID-Systemen eine immer größere Bedeutung erlangt.

Die erste Organisation, die den Begriff „digitale Zwillinge“ für die Simulation prägte und in die Praxis umsetzte, war die NASA nach dem Vorfall von Apollo 13 im Jahr 1970. Die US-Raumfahrtbehörde erkannte, dass sie diese Technologie benötigte, um die möglichen Reaktionen der Raumschiffe im Weltraum zu simulieren, bevor sie eine Besatzung auf eine Expedition schickte.

Es ist jedoch möglich, die Simulation in jedem professionellen Bereich einzusetzen. Dank des technologischen Fortschritts können Unternehmen Maschinen, Produkte und Prozesse in einer virtuellen Umgebung erstellen und testen, bevor sie in die reale Welt übernommen werden. Auf diese Weise erkennen sie Probleme und Risikosituationen, testen neue Konfigurationen und stellen Reaktionen auf verschiedenste Szenarien dar. Kurz gesagt ist die Simulation nichts anderes als die Darstellung eines Prozesses, der als Grundlage für Experimente dient, was die Flexibilität verbessert und die Produktivität der Unternehmen erhöht.

Vorteile der Simulation: fehlerfreier Entwurf

Die Simulation verbessert die Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen und bietet eine Reihe von Vorteilen für Hersteller und Lieferanten:

  • Ständige Verbesserung der Prozesse. Die Prozesse werden in der virtuellen Umgebung simuliert und später auf die reale Welt übertragen. Die digitale Version der Prozesse wird ständig überprüft und korrigiert, und als Ergebnis dieser kontinuierlichen Tests werden neue Möglichkeiten in Betracht gezogen. Die physische Version wird durch all diese Erfahrungen bereichert.
  • Kosteneinsparung. Designer und Ingenieure können ein Produkt in einer virtuellen Umgebung erstellen und verfeinern, anstatt physische Prototypen zu höheren Kosten zu bauen.
  • Vermeidung von Fehlern. Es ist möglich, Probleme zu erkennen, bevor sie auftreten, und so Betriebsunterbrechungen und Stillstandszeiten bei der Reparatur von Maschinen oder der Änderung von Prozessen zu vermeiden. Laut einer Studie des World Economic Forum in Zusammenarbeit mit dem Beratungsunternehmen Accenture können die Wartungskosten durch vorbeugende Wartung um 30 % gesenkt werden.
  • Steigerung der Produktivität. Laut der Firma Siemens wird die Simulation den Unternehmen helfen, die Produkteinführungszeit (time to market) um 50 % zu verkürzen und die Produktivität um 20 % zu steigern.
  • Planung für die Zukunft. Datenanalyse und Simulation können zu einem prädiktiven Verhalten führen und die Innovation bei allen Prozessen vorantreiben, um dem Unternehmen einen Vorsprung vor der Konkurrenz zu verschaffen.
  • Überwachung der Entscheidungen. Alle Prozesse sind miteinander vernetzt und kommunizieren daher in Echtzeit miteinander, sodass Entscheidungen auf der Grundlage zuverlässiger und aktueller Daten getroffen werden können.

Simulation der Lieferkette

Die Simulation der Lieferkette ist eine virtuelle Darstellung aller logistischen Prozesse, die ein Produkt von der Herstellung bis zur Lieferung an den Endkunden durchläuft.

Die Automatisierung der logistischen Prozesse und das Fortschreiten neuer Technologien führen dazu, dass Geräte, Produkte und Arbeiter einer Lieferkette ständig miteinander verbunden sind und eine große Datenmenge in Echtzeit erzeugen. Big Data, also der Prozess der Verwaltung großer Datenmengen, nutzt diese Informationen, um sämtliche Prozesse zu verbessern und schneller auf unvorhergesehene Umstände und Situationen, mögliche Vorfälle sowie mögliche Veränderungen am Markt reagieren zu können.

Um diese Daten zu analysieren und in nützliche Informationen umzuwandeln, ist es notwendig, eine globale Vorstellung davon zu entwickeln, was zu jeder Zeit in der Lieferkette geschieht. Dieses Konzept wird als „Supply Chain Visibility“ (Visualisierung der Lieferkette) bezeichnet.

Immer mehr Unternehmen sehen die Lieferkette als strategischen Faktor ihres Unternehmens an. Durch die Simulation erhalten sie geeignete Informationen, um die Stärken und Schwächen aller Prozesse erkennen und sie auf diese Weise sofort steuern und verbessern zu können.

Eine der größten Herausforderungen für Unternehmen besteht momentan darin, die Bestellungen in kürzester Zeit an die Kunden auszuliefern. In dieser Hinsicht hilft eine Simulation dabei, die Lieferkette als Ganzes sichtbar zu machen und so Entscheidungen zu erleichtern, die auf die Beseitigung von Engpässen und Ineffizienzen, welche den Ablauf als Ganzes verlangsamen, ausgerichtet sind.

Lagersimulation: Lösungen von Mecalux

Bei der Simulation eines Lagers handelt es sich um eine virtuelle Darstellung aller Elemente, die sich in ihm befinden und an seinen Abläufen beteiligt sind (die Ware selbst, die Lagersysteme, die Fördermittel usw.).

Mecalux hat in den letzten Jahren drei Simulationswerkzeuge (Easy M, Easy S und Automatic Warehouse Studio) entwickelt, die folgende Zwecke verfolgen:

  • Darstellung der Funktionsweise des Lagers und des Lagerverwaltungssystems (LVS). Dadurch werden die Zeiten zur Inbetriebnahme sowie Fehler minimiert.
  • Beurteilung der Produktivität der Lösungen, aus denen sich die Anlage zusammensetzt, und Durchführung der notwendigen Verbesserungen vor der Inbetriebnahme.

Kurz gesagt, diese Werkzeuge dienen dazu, dass die Kunden vor der Inbetriebnahme überprüfen können, wie ihr Lager funktioniert, und dass sie es an ihre Anforderungen anpassen können.

EASY M

Mecalux verwendet dieses Werkzeug, um die Funktionsweise der automatisierten Anlagen zu simulieren. Es wird hauptsächlich in der Angebotsphase eines Lagers eingesetzt, das von Easy WMS verwaltet werden soll.

Es zeigt, wie das Lager aussieht, wie es funktioniert und wie Easy WMS funktioniert. Außerdem erstellt Easy M Berichte über die geschätzte Leistung der Anlage (z. B. Anzahl der durchgeführten Bewegungen, Anzahl der Aufträge, die zusammengestellt werden können usw.), damit die Verantwortlichen strategische Entscheidungen ohne Risiko für ihr Unternehmen treffen können.

Easy M bietet unter anderem folgende Vorteile:

  • Realistische Schätzung der Lagerzyklen auf Grundlage der Logik und der Abläufe in den Logistikzentren.
  • Prognose aller Versandaufträge.
  • Umfassende Kontrolle der Ware und automatische Berechnung der Rotation aller im Lager vorhandenen Artikel.

EASY S

Dieses Werkzeug wird in Verbindung mit Easy WMS verwendet, um die Leistung eines Lagers (automatisiert oder manuell) vor seiner Inbetriebnahme zu entwerfen, zu konfigurieren, zu validieren und in 3D zu simulieren. Während das technische Team von Mecalux die Konfiguration des Lagers gemäß den Anweisungen des Kunden vornimmt, kann sich dieser dank der Simulation gleichzeitig ein Bild von der geplanten Anlage machen und die korrekte Funktionsweise aller Elemente überprüfen.

Stärken von Easy S:

  • Die Konfiguration des Lagers erfolgt gemeinsam mit dem Kunden, um seinen speziellen Anforderungen gerecht zu werden.
  • Mit nur wenigen Daten und Parametern wird das vorhandene oder geplante Lager des Kunden entworfen.
  • Die Funktionsfähigkeit des Lagers wird vor dessen Inbetriebnahme überprüft.
  • Bei der Simulation des allgemeinen Betriebs der Anlage können die Zyklen, Zeiten und möglichen Zwischenfälle im Lager vorab überprüft werden.
  • Easy S liefert dem Kundendienst nützliche und verlässliche Informationen. Der Kunde profitiert jederzeit von der Fernunterstützung, die Zweifel, Fragen und Vorfälle klärt.

AUTOMATIC WAREHOUSE STUDIO (AWS)

Hierbei handelt es sich um eine Weiterentwicklung der Steuerungssoftware Galileo von Mecalux (die dafür verantwortlich ist, den verschiedenen Vorrichtungen, aus denen die Installation besteht, wie Fördervorrichtungen, Regalbediengeräten, Shuttle-Cars usw.) Befehle zur Bewegung zu geben. AWS ist in der Lage, die Funktionsweise der elektromechanischen Geräte eines Lagers mithilfe eines SCADA-Systems zu simulieren.

Diese Software bietet folgende Vorteile:

  • Visualisierung des Projekts in 3D. Der visuelle Effekt ist äußerst real und das Bild ist wirklichkeitsgetreu. Es ist möglich, das Bild zu vergrößern, zu verkleinern, zu drehen usw.
  • Die Inbetriebnahmezeiten der elektromechanischen Geräte eines Lagers werden erheblich verkürzt. Mit der Simulation von AWS wird die Kommunikation zwischen der LVS und dem Steuerungssystem (Galileo) in einem Prüfszenario getestet. Anschließend werden vor Ort nur noch kleine Anpassungen vorgenommen, wie die Änderung der Zeiteinstellungen abhängig von der Position der Fotozellen, die Anpassung der Frequenzumrichter usw.
  • Standardmäßige Codebasis. AWS kann mit jeder SPS eingesetzt werden und verhält sich bei allen gleich.

Lagerplanung und -validierung

Mecalux hat eine lange Tradition in der Entwicklung von Softwarelösungen, die dazu dienen, die Leistung von Lagern zu maximieren und die maximale Qualität aller logistischen Prozesse zu gewährleisten. Die Simulation hat ein enormes Potenzial in Bezug auf die Lieferkette. Simulationswerkzeuge wie Easy M, Easy S und Automatic Warehouse Studio (AWS) sind unverzichtbar, um die Funktionsweise von Lagern zu entwerfen und zu validieren und eine Vielzahl von Prüfungen durchzuführen, um festzustellen, ob die Abläufe mit der höchstmöglichen Effizienz durchgeführt werden.