Was ist eigentlich eine Simulation?
In diesem Bereich geben wir Ihnen einen Einblick in die Welt der Ablaufsimulation und versuchen, häufig gestellte Fragen kurz zu erläutern.
In diesem Bereich geben wir Ihnen einen Einblick in die Welt der Ablaufsimulation und versuchen, häufig gestellte Fragen kurz zu erläutern.
Simulation ist die Darstellung eines Systems mit seinen dynamischen Prozessen in einem experimentierfähigen Modell, um Erkenntnisse zu gewinnen, die auf die Wirklichkeit übertragbar sind.
Das bedeutet vereinfacht:
In der Praxis – insbesondere bei SimPlan – nutzen wir die Ablaufsimulation, oft auch als diskrete, ereignisorientierte Simulation (DES) bezeichnet. Dabei werden Prozesse modelliert, bei denen Stückgut oder andere Objekte durch definierte Abläufe mit festen Zeitangaben fließen – etwa durch Produktionslinien oder Lagersysteme.
Traditionell genutzt in Bereichen wie:
Diese Methode lässt sich aber auch erfolgreich auf Simulationen von Personenströmen, Geschäftsprozessen, Verkehrsnetzwerken oder Versorgungssystemen erweitern.
Ergänzend zeigt moderne Forschung, dass Simulation im Marketing und Vertrieb auch zur Sales-Forecast-Modellierung, Kampagnenplanung oder Preisszenarien‑Analyse eingesetzt wird. Simulationen helfen, unterschiedliche Strategien virtuell durchzuspielen – etwa um Preise oder Werbewege zu optimieren. So können Entscheidungen datenfundierter getroffen und Ressourcen effizient eingesetzt werden.
Simulation ist ein zentrales Werkzeug in der Anlagen- und Systemplanung, sowohl für neue als auch bestehende Anlagen.
In der Realisierungsphase liefern Simulationsmodelle wertvolle Ergebnisse für die Programmierung der Steuerung. In speziellen Fällen kann der Steuerungscode sogar weitgehend automatisiert aus dem Modell erzeugt werden.
Mit der virtuellen Inbetriebnahme lässt sich Steuerungssoftware unabhängig von der realen Anlage testen. Dabei werden Sensorik, Aktorik oder ganze SPS durch das Modell emuliert oder mit diesem gekoppelt. Entsprechend strukturierte Modelle ermöglichen einen einfachen Wechsel zwischen Simulations- und Emulationsmodus.
Im laufenden Betrieb kann Simulation als vorausschauendes Werkzeug genutzt werden. Der Test des Tagesprogramms zeigt frühzeitig, wie sich Aufträge, Losgrößen oder Maschinenbelegungen auf Durchlaufzeiten, Personalbedarf und Anlagenauslastung auswirken. So lassen sich Szenarien durchspielen und bereits vor Produktionsstart die besten Abläufe auswählen.
Damit ein Modell als Digitaler Zwilling eingesetzt werden kann, muss es mit realen Daten gekoppelt werden. Dazu gehören etwa aktuelle Auftragsstände, Taktzeiten, Rüstzeiten und Verfügbarkeiten. Je vollständiger diese Parameter sind, desto präziser die Prognosen. In manchen Fällen werden die Simulationsergebnisse zusätzlich durch Optimierungsverfahren wie Heuristiken unterstützt.
Auch nach Projektabschluss kann ein Simulationsmodell langfristig eingesetzt werden. Betreiber nutzen es, um zukünftige Anpassungen zu prüfen – zum Beispiel die Integration neuer Produkte oder die Logistikabwicklung für neue Kunden.
Der Vorteil liegt in der schnellen Umsetzbarkeit: Da das Ist-Modell bereits existiert, muss es nur an die geplanten Änderungen angepasst werden. Das spart Zeit, erleichtert die Entscheidungsfindung und reduziert Risiken.
Bevor die Entscheidung für die Durchführung einer Simulationsstudie fällt, sollte geklärt werden, ob alle Voraussetzungen für ein erfolgreiches Projekt erfüllt sind. Fehlen Erfahrungen im Umgang mit dem Werkzeug Simulation, empfiehlt es sich, bereits in der Grundsatzentscheidung einen Berater hinzuzuziehen. Er kann beurteilen, ob Simulation für die individuelle Problemstellung geeignet ist.
In der Anfangsphase sollte man sich zudem entscheiden, ob man:
Diese Entscheidung sollte auf Basis folgender Bedingungen gefällt werden:
Abb: Beispiel für eine Anlagenvisualisierung mit Demo3D – Quelle: Kuka Systems GmbH
Um dies zu vermeiden, empfiehlt es sich, auch bei Aufbau eines betriebsinternen Dienstleisters, das erste Projekt in Zusammenarbeit mit einem erfahrenen Berater durchzuführen. Das garantiert eine effektive Übertragung von Know-How auf den Einsteiger.
Denkbar sind aber auch andere Varianten wie die „verlängerte Werkbank“. Das heißt, ein interner Mitarbeiter wird in der Abwicklung von Simulationsprojekten sowie der Bedienung von Modellen geschult. Die Erstellung der Modelle jedoch wird von externen Dienstleistern zugekauft.
Nachdem Sie die Entscheidung über die Durchführung einer Simulationsstudie getroffen haben, stellt sich die Frage nach dem richtigen Simulationssystem oder dem geeigneten externen Dienstleister.
Die meisten Simulationssystemhersteller bieten eine Probeinstallation bzw. eine zeitlich begrenzte Miete des Systems an. Dieses Angebot empfiehlt sich insbesondere deshalb, weil man erst im Umgang mit der Software ihre Vor- und Nachteile kennenlernt und kostengünstig das auf die individuellen Anforderungen passende System bestimmen kann.
Oder Sie entscheiden sich für unser Toollabor. In ein bis zwei Tagen (je nach Umfang der Aufgabe und Anzahl der zu testenden Simulationssysteme) können Sie die gängigen Systeme am Markt anhand Ihrer individuellen Anforderung testen. Sie bekommen einen kompakten Überblick über den Funktionsumfang und Handhabbarkeit der verschiedenen Softwaresysteme.
Eine steigende Zahl an Beratungsunternehmen bietet heute Simulationsdienstleistungen an. Entscheidende Kriterien für die Auswahl des richtigen Partners sind:
Diese Tabelle zeigt die grundsätzliche Klassifizierung und die zu erwartenden Kosten auf:
* Aufwand inkl. Modellerstellung, Datenbeschaffung und –aufbereitung sowie Durchführung von Experimenten. Der Aufwand umfasst interne wie externe Leistungen.
** Hierbei handelt es sich um grobe Richtpreise, die von Projekt zu Projekt variieren können. Generell wird der Aufwand für eine Simulationsstudie durch die Komplexität der Abbildung bestimmt. Müssen beispielsweise umfangreiche Steuerungen implementiert werden, so erhöht das den Aufwand spürbar
Simulation unterstützt die Planung neuer sowie die Optimierung bestehender komplexer Prozesse. Sie macht Zusammenhänge sichtbar und ermöglicht den objektiven Vergleich von Lösungsalternativen.
Der konkrete monetäre Vorteil lässt sich im Vorfeld nicht exakt bestimmen. Studien und Richtwerte (z. B. VDI) beziffern das Verhältnis von Kosten zu Nutzen im Durchschnitt mit etwa 1:6 – jeder in die Simulation investierte Euro bringt also ein Mehrfaches an Nutzen zurück. Bei großen Investitionen, etwa im Karosseriebau der Automobilindustrie, fällt das Verhältnis häufig noch deutlich günstiger aus.
Es gibt aber auch Projekte, in denen Simulation vor allem dazu dient, Planungen abzusichern, ohne dass zusätzliche Optimierungspotenziale gefunden werden. Auch in solchen Fällen schafft Simulation Transparenz und reduziert Risiken.
Ob Simulation sinnvoll ist, sollte anhand folgender Fragen entschieden werden:
Neben reinen Kostenvorteilen bietet Simulation auch qualitative Nutzenfaktoren – etwa kürzere Inbetriebnahmezeiten, einen schnelleren Anlauf von Anlagen und eine deutliche Risikominimierung bei Investitionen.
Damit eine Ablaufsimulation erfolgreich eingesetzt werden kann, müssen organisatorische, betriebswirtschaftliche, technische und methodische Rahmenbedingungen beachtet werden.
Ein Simulationsprojekt folgt einem klar strukturierten Ablauf, der sicherstellt, dass die Ergebnisse zuverlässig und praxisnah sind.
Zu Beginn werden die Projektziele festgelegt und die Aufgabenstellung präzise beschrieben. Eine klare Fragestellung ist entscheidend für den späteren Nutzen der Simulation.
Das zu untersuchende System wird analysiert und die relevanten Daten werden gesammelt. Dazu gehören z. B. Prozesszeiten, Kapazitäten, Layouts oder Steuerungsregeln.
Die gewonnenen Rohdaten werden strukturiert und aufbereitet, bevor sie in das Simulationsmodell überführt werden. Anschließend wird das Modell formalisiert, um die Abläufe realistisch abzubilden.
Das formale Modell wird in einer Simulationssoftware implementiert. Danach werden verschiedene Szenarien und Experimente durchgeführt, um unterschiedliche Lösungsansätze zu testen.
Die Ergebnisse werden ausgewertet und mit den Projektzielen abgeglichen. Verifikation und Validierung stellen sicher, dass Modell und Daten korrekt sind und die Simulation die Realität realistisch abbildet.
Am Ende steht ein ausführbares Modell mit belastbaren Simulationsergebnissen, das als Grundlage für fundierte Entscheidungen dient.
Die folgende Grafik zeigt die typischen Schritte von der Datenbeschaffung bis zur Analyse und Validierung.
Quelle: Rabe, M.; Spieckermann, S.; Wenzel, S.: Verifikation und Validierung für die Simulation in Produktion und Logistik. Springer Verlag, Berlin-Heidelberg, 2008, S. 5
Die Formulierung von Zielen steht am Anfang einer jeden Simulationsstudie. Grundsätzliche Absicht bei der Erstellung einer neuen oder Änderung einer vorhandenen Anlage ist die Steigerung der Wirtschaftlichkeit eines Unternehmens.
Konkrete Ziele einer Simulationsstudie könnten z. B. sein:
Wirtschaftlichkeitssteigerung mit Hilfe von Ablaufsimulation lt. [VDI 3633 (2010)]
Heutigen Simulationssoftwares liegen unterschiedliche Konzepte zugrunde. Sehr verbreitet ist das Baustein-Konzept. Dabei wird ein Simulationsmodell aus einzelnen Bausteinen zusammengesetzt. Jeder Baustein lässt sich folgendermaßen beschreiben:
Abb: Beschreibung der Bausteine eines Simulationssystems
Die einzelnen Bausteine und die Vorgänge innerhalb der Bausteine werden verbunden in einen Gesamtprozess. Dadurch entsteht ein Netzwerk. Mit Hilfe der Bausteine und des Netzwerkes können die verschiedensten logistischen Systeme abgebildet werden.
Mittels der 2D- oder 3D-Animation können alle Vorgänge innerhalb des Netzwerks visualisiert werden.
Mit der fortlaufenden Erweiterung des Anwendungsspektrums für die Ablaufsimulation ergibt sich eine Vielzahl an Perspektiven für Ihr Unternehmen.
Jüngste Beispiele sind der Einsatz der Ablaufsimulation zur Ermittlung des CO2-Fußabdrucks eines Unternehmens über die komplette Lieferkette, zur Optimierung des Energieverbrauchs in Produktionsprozessen oder zur Planung der Montage von Off-Shore-Windanlagen.
Die Entwicklung von Assistenzsystemen für die Ablaufsimulation zielt auf eine Erleichterung der Datensammlung und –aufbereitung sowie der Auswertung und Dokumentation von Experimenten. Erste Simulationssoftwarelösungen vermitteln einen Eindruck von der Steigerung der Effizienz in Simulationsprojekten sowie von der Erweiterung des Funktionsumfangs und der Integration in bestehende IT-Landschaften.
Das Assistenzsystem SimAssist
Um brauchbare Simulationsergebnisse zu erhalten, muss das Modell eine möglichst hohe Übereinstimmung mit den realen Prozessen aufweisen. Diese Realitätstreue wird im Wesentlichen durch zwei Faktoren bestimmt:
Die Wahl des richtigen Detaillierungsgrades sowie eine geeignete Modellstrukturierung erfordert Erfahrung im Aufbau von Simulationsmodellen. Simulationssoftware kann dabei unterstützen, indem sie beispielsweise geeignete Bausteinbibliotheken bereitstellt.
Zur Abbildung zufälliger Einflüsse werden in der Simulation sogenannte Zufallsgeneratoren eingesetzt. Im Unterschied zu statischen Planungsverfahren, bei denen Störgrößen oft über pauschale Abschläge und schwankende Prozessparameter über Mittelwerte berücksichtigt werden, liefert das Simulationsmodell ein Ergebnisintervall sowie ein genaueres Bild der Auswirkungen von zufälligen Einflüssen.
Diese Methode ermöglicht es, ein detaillierteres und realistischeres Verständnis der Systemleistung und potenzieller Störungen zu gewinnen.
Eine häufige Frage ist, wo die Simulation organisatorisch am besten aufgehoben ist.
Da die Simulation eine Querschnittsfunktion darstellt und verschiedene Bereiche wie Lieferketten-, Logistik- und Produktionsplanung sowie die Auftragssteuerung umfasst, empfiehlt sich die Einrichtung als Stabsstelle auf Werks- oder Geschäftsleitungsebene.
Alternativ kann die Simulation auch in dem Bereich angesiedelt werden, der den größten Bedarf hat. In vielen Unternehmen betrifft dies die Abteilungen für Layout-, Prozess- oder Materialflussplanung.
Wichtige Aspekte der Positionierung:
Diese organisatorische Einbettung stellt sicher, dass die Simulation effektiv genutzt und in die Unternehmensprozesse integriert wird.
Ein Digital Twin ist ein virtuelles Abbild eines realen Produkts, Systems oder Prozesses, das laufend mit Echtzeitdaten versorgt wird und den physischen Zustand über den gesamten Lebenszyklus hinweg spiegelt – von Planung über Betrieb bis hin zur Wartung. Im Gegensatz dazu ist eine klassische Simulation meist statisch oder szenariobasiert – sie verwendet historische oder angenommene Daten, um hypothetische „Was-wäre-wenn-Szenarien“ zu testen, ohne automatische Aktualisierung.
Ein funktionaler Digital Twin benötigt mehrere technische Bausteine, die nahtlos zusammenarbeiten:
Ein intensives Gespräch über Ihren individuellen Bedarf und die für Sie geeigneten Einsatzmöglichkeiten der Simulation können diese kurzen Ausführungen natürlich nicht ersetzen. Und wie transparent eine Anlage wird, wenn sie am Bildschirm zu „leben“ beginnt, können wir in diesem Rahmen nur schwer vermitteln.
Selbstverständlich stehen wir Ihnen für eine intensive Beratung jederzeit zur Verfügung. Nehmen Sie mit uns Kontakt auf und wir setzen uns umgehend mit Ihnen in Verbindung.
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