Die Planung einer Fabrik beginnt mit der Definition des Fertigungsprozesses
Konkret gesagt: Aus welchen Schritten setzt sich die Fertigung zusammen und wie sind diese Schritte miteinander verknüpft. Dabei ergeben sich große Unterschiede zwischen einer Serien- oder einer Einzelteilfertigung sowie Mischformen daraus.
Bereits die abstrakte Aneinanderreihung der erforderlichen Fertigungsschritte in der Fabrikplanung stellt die Planer vor Herausforderungen wie beispielsweise:
- Wie strukturiert man die Fertigung mit Hinblick darauf, dass unterschiedliche Produkte die Fertigungsschritte in unterschiedlichen Reihenfolgen durchlaufen bzw. nicht alle Schritte durchlaufen müssen?
- Wie viel Fertigungskapazität muss in den einzelnen Schritten bereitgestellt werden z.B. in Abhängigkeit von der Produktionsreihenfolge?
- An welchen Punkten der Fertigung muss es möglich sein, die Kapazität für zukünftige Anforderungen zu erweitern?
- Wie entkoppelt man die Fertigungsschritte, um einerseits eine kurze Durchlaufzeit der Produkte und andererseits eine hohe Auslastung der Maschinen und Anlagen sicherzustellen?
- Sollen neue Fertigungstechnologien zum Einsatz kommen, wie können sie in den Prozess integriert werden?
- Welchen Einfluss hat eine technologiebedingte Verkettung von Prozessen und wie können diese optimiert werden?
- Welche intralogistischen Rahmenbedingungen hinsichtlich Transport (z.B. automatisiert mit FTS) und Logistikflächen (Weiterreich- und Puffermengen) sind zu berücksichtigen?
In vielen Fällen wird die Fabrikplanung durch dynamische Einflussfaktoren erschwert:
- Müssen beispielsweise in der Fabrik unterschiedliche Produkte mit verschiedenen Fertigungsinhalten produziert werden, muss der Prozess in der Lage sein, Schwankungen im Produktionsprogramm zu beherrschen.
- Rüstzeiten an Maschinen können unterschiedlich hoch sein und sollten durch eine intelligente Prozesssteuerung minimiert und optimiert werden.
- Maschinen und Anlagen können zeitweise ausfallen oder müssen gewartet werden. Diese Ausfälle müssen in der Planung berücksichtigt werden.
- Qualitätsbedingte Nacharbeiten können unterschiedlich hoch anfallen.
Bereits in den frühen Schritten der Fabrikplanung, der groben Konzeption des Fertigungsprozesses, kann die Simulation den Planer in wichtigen Entscheidungen unterstützen.
Im Unterschied zu einer statischen Planung, also der Planung mit festgelegten Kenngrößen, kann die Simulation den Einfluss der dynamischen Faktoren deutlich machen. Ein Beispiel hierfür ist die Kapazitätsplanung einer Maschine. Während die statische Planung eine mittlere technische Verfügbarkeit der Maschine annimmt und durch einen prozentualen Abschlag von der Kapazität berücksichtigt, liegt die Simulation deutlich näher an der Realität.
Durch den Einsatz von Zufallsgeneratoren werden unterschiedlich lange Maschinenstörungen erzeugt, die dennoch im Mittel die geplante technische Verfügbarkeit ergeben. Doch der Effekt verschieden langer Ausfallzeiten auf den Gesamtprozess weicht oft signifikant von den geplanten Auswirkungen von Störungen in einer reinen Mittelwertbetrachtung ab. So können sich z.B. längere Staus vor der Maschine ergeben oder die Maschine läuft über eine längere Zeit störungsfrei und kann nicht ausgelastet werden.
Ein ähnliches Vorgehen wird für die Auslegung der Logistik für eine optimierte Fabrik angewendet. Fahrzeuge unterliegen ebenfalls zufälligen Störeinflüssen wie Maschinen und die Vielzahl von möglichen Fahraufträgen führt zu Backlogs, somit verspätetet Transporten und damit Versorgungsengpässen innerhalb der Fabrik.
Neben der Konzeptplanung kann die Simulation auch im Folgeschritt, der Layoutplanung, wichtige Hilfestellung im Gesamtablauf der Fabrikplanung leisten.
Alle wichtigen Einflussfaktoren können im Simulationsmodell – der Digitalen Fabrik – geprüft und das geplante Layout verifiziert und optimiert werden. Alternative Lösungen können unter identischen Bedingungen getestet sowie objektiv verglichen und bewertet werden.
Grundsätzlich ermöglicht die Simulation, den Fertigungsprozess in der Fabrik vorab virtuell aufzubauen, zu evaluieren und zu optimieren. Das heißt, in einer relativ kurzen Zeit werden die Inbetriebnahme und der Anlauf einer Fabrik virtuell durchlaufen. Sämtliche Erkenntnisse, die man dabei gewinnt, können noch in den Planungsprozess einfließen. Das steigert die Prozessqualität deutlich und vermeidet eventuell erforderliche Nachbesserungen im späteren laufenden Betrieb.