3D Manufacturing Simulation

Schritt für Schritt zur 3D-Fertigungssimulation

Wie funktioniert es?

Doch wie funktioniert die Fertigungssimulation? Fertigungsabläufe werden oft mittels einer ereignisorientierten Simulation (Discrete Event Simulation, DES) simuliert. Dabei beschreibt das Modell einen Prozess als Serie von Ereignissen, die den Ablauf bzw. die Bearbeitungsreihenfolge definieren. Jedes der Ereignisse wird danach definiert, was es wann tut und welche Auswirkungen das auf die anderen Ereignisse hat. Ein Ereignis ist also ein programmierter Zeitpunkt, an dem etwas geschieht, was wiederum andere Ereignisse auslöst oder sich bei deren Auftreten ändern kann. Im simulierten Prozess fließen Werkstücke wie beispielsweise Baugruppen, auf die die Ereignisse einwirken. Die Größe des Werkstücks kann variieren, sodass es unterschiedlicher Verarbeitungsschritte oder Ereignisse bedarf. Bei der Bearbeitung der einzelnen Komponenten eines Werkstücks wird nicht die erforderliche Zeit modelliert, stattdessen ändert das Ereignis sofort den Zustand der Entität beispielsweise von ’nicht bearbeitet‘ in ‚bearbeitet‘. Allerdings wird erfasst, wie lange es dauern würde, das Werkstückdurch den Prozess laufen zu lassen, und das Ergebnis in der Auswertung berücksichtig. DES kann auf alle Fertigungsarten angewendet werden, angefangen bei der Einzelstückfertigung bis hin zu gemischten und kontinuierlichen Produktionsprozessen.

Schritt für Schritt

Schritt 1 auf dem Weg zu einer Fertigungssimulation ist die Erstellung eines Modells des Ablaufs, der Produktionslinie, der Zelle oder der Produktionsstätte. Das Modell sollte dabei die Realität so genau wie möglich widerspiegeln: Jede Abweichung verringert die Genauigkeit. Dazu müssen die Anwender Darstellungen der bestehenden oder der geplanten Vorrichtungen in ein digitales Layout einfügen. Softwareanbieter bieten dafür Tools mit vorkonfigurierten Maschinen- und Robotereinheiten, die sich per Drag & Drop in das Modell kopieren lassen. Auch CAD-Modelle können importiert werden. Um eine möglichst getreue Nachbildung des Gebäudes bzw. der vorhandenen Infrastruktur zu ermöglichen, können auch 3D-Scans, beispielsweise des Raums, durchgeführt werden.

In Schritt 2 werden die Verhaltensweisen definiert. Diese können beispielsweise Bearbeitungszeiten oder Fördergeschwindigkeiten sein. Dabei sind je nach Lösung nicht immer Programmierkenntnisse notwendig. Die Lösung von Visual Components bietet dafür beispielsweise visuelle Prozessmodellierungsfunktionen.

Der 3. Schritt ist die Ausführung der Simulation. Ein entscheidender Schritt ist dabei die Validierung des Modells. So wird überprüft, ob es die tatsächlichen Bedingungen widerspiegelt. Bei der Simulation eines bestehenden Prozesses ist das vergleichsweise einfach, da die Nutzer einen aktuellen Produktionsplan oder konkrete Maschineneigenschaften eingeben können. Schwieriger wird es hingegen bei Modellen, die so noch nicht existieren. Dafür ist es wichtig, möglichst viele Daten zusammenzutragen und Annahmen zu testen. Auch wenn das Modell in solchen Fällen nicht mit realen Daten verifiziert werden kann, ist ein Vergleich der verschiedenen Szenarien oder Ansätze möglich, um die Variante zu finden, die der Realität am nächsten kommt. Erst wenn die Anwender von der Korrektheit des Modells überzeugt sind, sollte es zur Beurteilung alternativer Szenarien, zum Vergleich verschiedener Layouts oder für weitere Tests verwendet werden.

Raum für Verbesserung erkennen

Hersteller streben branchenunabhängig nach Verbesserungen, um beispielsweise Kosten zu senken oder die Qualität zu halten beziehungsweise zu erhöhen. Stellschrauben sind Änderungen am Fabriklayout, den Abläufen sowie neue Ansätze bei der Produktionsplanung und den Maschinen. In komplexen Fertigungsprozessen bergen Veränderungen jedoch ein gewisses Risiko. 3D-Fertigungssimulationssoftware ist ein Instrument, um dieses Risiko zu reduzieren und andere – möglicherweise unerwartete – Verbesserungsmöglichkeiten aufzuzeigen.