Simulation in der Automobilproduktion

Frontmatter

1. Einleitung

Zusammenfassung

Bei der Entwicklung und Nutzung von rechnergestützten Werkzeugen hat die Automobilindustrie von jeher eine Vorreiterrolle eingenommen. Beginnend bei der Einführung von CAD über den Einsatz der Simulationstechnik bis zu den aktuellen Bestrebungen der „Digitalen Fabrik“ hat es die Automobilindustrie immer verstanden, durch eine umfassende Technologieführerschaft das Produkt „Auto“ und dessen Produktion weiterzuentwickeln. So hat sich auch in den vergangenen Jahren „stärker als in anderen Industriebereichen […] die Simulation im Automobilbau als effizientes Werkzeug zur Planung von Systemen und Anlagen durchgesetzt […]“ (s. Kapitel 5 — Kobylka).

Johann Bayer, Thomas Collisi, Sigrid Wenzel

2. Geschichten zur Simulation mit der Automobilindustrie

Zusammenfassung

Die Simulation gilt heute noch als neue Methode, trotzdem hat sie bereits eine historische Dimension. Anhand von Geschichten wird die Entwicklung der rechnergestützten Simulation in einem zeitlichen Bogen vom Anfang der 70er Jahre bis heute und mit Blick in die Zukunft gespannt.

Adi Reinhardt

3. Einsatzfelder der Simulation in der Automobilindustrie

Zusammenfassung

Autos mit innovativer Technik und ihre umweltschonende Herstellung in modernsten Werken erfordern die steigende Nutzung mathematischer Methoden. Auf Hochleistungsrechnern simulieren Ingenieure und Techniker unter Anwendung spezieller Software neue Fahrzeuge und verbesserte Fertigungsprozesse. Geplante Fahrzeugkomponenten werden von ihnen oft unter bisher unbekannten Bedingungen digital getestet. Sie stellen komplexe Montagevorgänge dreidimensional dar und erproben optimierte Herstellungsverfahren virtuell am Bildschirm, diskutieren dies alles im Team und verbessern so die Prozesskette der Fahrzeugentwicklung und -herstellung.

Hans Joachim Gora

3.2. Planungsunterstützende Simulationswerkzeuge kommen in der Automobilindustrie zunehmend zum Einsatz

Zusammenfassung

In Zusammenarbeit mit der Opel Powertrain GmbH, Bereich Manufacturing Engineering, wurden in der Vergangenheit zahlreiche Simulationsprojekte erfolgreich durchgeführt. Gegenstand der Untersuchungen waren Projektvarianten innerhalb der Motoren- und Getriebefertigung an verschiedenen europäischen Produktionsstätten der Opel Powertrain GmbH. Bei diesen Projekten wurde deutlich, dass die Zusammenarbeit zwischen Planung und Simulation einen äußerst hohen Stellenwert bei der Entscheidungsfindung besitzt.

Axel Sommer, Arnim Steinel

3.3. Planung der Leistungsabstimmung für Pkw-Getriebe mit Hilfe der Simulation

Zusammenfassung

Die immer kürzer werdenden Zyklen, in denen in der Automobilindustrie eine neue Fahrzeuggeneration auf den Markt kommt, haben eine Verkürzung der Abstände der Planung neuer Fertigungs- und Montagesysteme zur Folge. Dazu ist es vielfach erforderlich, bereits in frühen Planungsphasen aus einer Vielzahl möglicher Planungslösungen die beste Alternative auszuwählen. Zur Unterstützung bietet es sich an, mit Hilfe rechnerunterstützter Planungswerkzeuge Planungsalternativen zu entwickeln und diese anschließend mit Hilfe der Simulation bezüglich ihrer dynamischen Eigenschaften zu überprüfen.

Gert Zülch, Reinhard Müller, Thorsten Vollstedt

3.4. Die Simulation von Lackieranlagen in der Automobilindustrie

Zusammenfassung

Wir widmen diesen Beitrag Herrn Horst A. Jakobi. Er galt als einer der anerkannten Simulationsfachleute in Deutschland. Dabei stand er stets für pragmatische, praxisorientierte Ansätze ein. Er verstand es, Visionen von konkreten und erfolgsversprechenden Ideen zu trennen und diese voran zu treiben. Seine Mitarbeit in verschiedenen Gremien, z.B. der ASIM und des VDI, half, die Anwendung der Simulation in Deutschland zu verbreiten und wichtige Grundlagen und Richtlinien für einen professionellen Einsatz zu erarbeiten. Neben seiner hohen fachlichen Kompetenz haben wir seinen Einsatz für die Förderung junger Unternehmen schätzen gelernt.

Sven Spieckermann, Dirk Wortmann

3.5. Simulationsgestützte Personaleinsatzplanung in der Pkw-Endmontage

Zusammenfassung

Die Endmontage eines Mittelklasse-Pkws erfolgt weitgehend manuell. In dem hier beschriebenen Projekt bei einem deutschen Automobilhersteller wurde eine wirtschaftliche Bündelung einzelner Arbeitsvorgänge erarbeitet, die zum einen die Auslastung der Werker optimiert und zum anderen die logistische Versorgung der Montagelinie weg- und kostenorientiert ermöglicht. Aufgrund der hohen Komplexität des Planungsproblems wurde als Hilfsmittel die Simulation eingesetzt. Als Simulator wurde Simple++ (heute: eMPlant) verwendet.

Walter Eversheim, Ingo Abels

3.6. Flexible Transferstraße: Hochdynamisches Störverhalten reduziert Effekte von Maßnahmen zur Leistungssteigerung

Zusammenfassung

Das hier beschriebene Anwendungsbeispiel erläutert die Simulation einer durch extreme Störeinflüsse charakterisierten Transferlinie. Neben der Vorgehensweise, wie der Ermittlung und Aufbereitung der Stillstandsdaten, wird detailliert auf die Versuchsdimensionierung eingegangen. Anhand der Simulationsergebnisse wird anschließend die effektive Wirkung von Maßnahmen zur Stillstandsreduzierung und Strukturveränderungen der Linie diskutiert.

Hans-Peter Wiendahl, Matthias Hegenscheidt

3.7. Auslegung einer Förderanlage für die Fertigung von Automobilzubehörteilen

Zusammenfassung

Bei einem Automobilzulieferbetrieb wurde für einen Bereich der Teilefertigung ein neues, automatisiertes Transportsystem benötigt. Dieses sollte den Bereich zwischen Rohteileherstellung und Lackiererei bedienen, in welchem typenabhängig verschiedene Bearbeitungsschritte erfolgen. Das Transportsystem wurde zunächst konventionell geplant. Mittels Simulation wurde seine Funktionstüchtigkeit überprüft. Schwachstellen konnten aufgefunden und ausgemerzt werden. Insbesondere mussten Pufferüberläufe und Staus und daraus resultierende Produktionsunterbrechungen vermieden werden. Durch die Simulation konnte das Transportsystem in einer optimalen Größe und Funktion definiert werden, vor allem bezüglich Puffergrößen und Anzahl Transporthilfsmittel im System. Empfehlungen für die anzuwendenden Steuerungsstrategien konnten gewonnen werden.

Willi Müller, Veronika Hrdliczka

3.8. Simulationsstudie zur Detailplanung der Transportflüsse zwischen Presswerk und Karosseriebau

Zusammenfassung

Im Rahmen einer Simulationsstudie sollten im Škoda-Werk Mlada Boleslav die Transportflüsse zwischen Presswerk und Karosseriebau (überwiegend Gabelstaplerverkehr) untersucht werden. Dabei waren die logistischen Voraussetzungen für die reibungslose Ver- und Entsorgung der Fertigungsbereiche zu ermitteln (Behälterdurchsatz, Anzahl Gabelstapler, Fertigungs- und Logistikorganisation um Blockierungen/Abrisse im Materialfluss zu vermeiden…) sowie die Dimensionierung des Blocklagers im Presswerk zu überprüfen. Für die Untersuchungen wurde auf Wunsch des Auftraggebers das Simulationssystem SIMPRO eingesetzt. Durch die Anwendung neuer Methoden der Dynamischen Dimensionierung konnte die Simulationsstudie sehr effizient durchgeführt werden. Wesentliches Ergebnis der Studie waren die Einsparung von 7 Gabelstaplern in drei Schichten (von 45 auf 38) sowie aus der Simulation abgeleitete Empfehlungen für eine effizientere Fertigungsorganisation.

Andrea Kobylka, Dirk Dreher

3.9. Simulation der Produktions- und Steuerungssysteme beim Systempartner

Zusammenfassung

Durch eine starke Erhöhung der Varianten und Stückzahlen in der Produktion des smart war bei einem Systempartner die Kapazitätsgrenze erreicht. Die Anpassung der Produktions- und Steuerungssysteme erforderte nach einer ersten Schätzung eine Investition in zweistelliger Millionenhöhe. Zur Validierung der Investitionsplanung wurde ein interdisziplinäres Team mit externer Unterstützung zusammengestellt. Durch die Simulation der drei Produktionsbereiche, der Förder- und Lagertechnik sowie der Planungs- und Steuerungsmethoden konnten Engpässe ermittelt sowie Lösungsszenarien im Experiment getestet werden. Als Ergebnis wurden konkrete Maßnahmen zur Änderung der Fördertechnik erarbeitet und verbesserte Planungskonzepte aufgezeigt. Nach der Umsetzung der Maßnahmen war der Systempartner wieder in der Lage, die MCC Endmontage „just in sequence“ zu beliefern.

Markus Becker, Reimund Weyland

3.10. Simulationsunterstützte Betriebsführung

Zusammenfassung

Der Einsatz der Simulation in der Ablaufplanung ist inzwischen in der Automobilindustrie sowohl in den Bereichen der Grobplanung als auch in der Feinplanung und Konstruktion gängige Praxis. Ein bisher noch nicht intensiv unterstütztes Aufgabengebiet ist die Ablaufsteuerung, obwohl die Potentiale schon lange diskutiert werden. In einem Projekt, das INPRO und Volkswagen gemeinsam durchführen, soll für dieses Anwendungsgebiet eine Simulationsunterstützung erprobt und realisiert werden. Zur Zeit der Drucklegung dieses Buches befindet sich das realisierte System in der Erprobungsphase.

Josef Prinz

3.11. Steuerungskonzeption für ein neues Automobilwerk

Zusammenfassung

Der vollständig neue Steuerungsentwurf für ein neues Werk der Hyundai Motor Corporation wurde mit einem verteilten Simulationsmodell untersucht, das Modelle von Rohbau, Lackierung und Montage sowie Prototypen der zugehörigen Steuerungssysteme umfasste. Die prinzipielle Eignung des Steuerungskonzeptes wurde nachgewiesen, die Optimierungsalgorithmen im Detail ausgewählt und abgestimmt. Neben den direkten Ergebnissen hat sich das Modell auch als Medium des Informationsaustausches zwischen den beteiligten Teams in Asan, Ulsan und Berlin bewährt.

Markus Rabe

3.12. Strategische Studien zur Analyse ganzer Fabriken

Zusammenfassung

Der Einsatz der Simulation für die Logistik in der Automobilindustrie beschränkt sich nicht nur auf den Materialfluss. Es gibt eine Fülle von werksübergreifenden, strategisch ausgerichteten Fragestellungen, die mit Hilfe der Simulationstechnik beantwortet werden könnten. Dazu müssen geeignete Werkzeuge zur Verfügung stehen. Des Weiteren werden auch spezielle Vorgehensmodelle für die Durchführung dieser komplexen Simulationsstudien benötigt, die sich über alle Projektphasen von der Datenbeschaffung bis hin zur Dokumentation der Ergebnisse erstrecken. Der folgende Beitrag stellt typische Fragestellungen zusammen, die auf einer strategischen Ebene beantwortet werden müssen und erläutern anhand von Projektbeispielen exemplarisch typische Ergebnisse.

Bernd Noche

4. Perspektiven für die Simulation

4.1 Prozessplanung, Produktionsmodellierung und -Simulation — ein Überblick

Zusammenfassung

Das Investitionsrisiko neuer Produktionsanlagen soll durch den durchgängigen Einsatz neuer digitaler Planungs- und Simulationswerkzeuge minimiert werden. Die heute bereits verfügbaren und vielfach in Insellösungen eingesetzten Planungs- und Simulationssysteme sind daher zukünftig miteinander zu verknüpfen und ermöglichen damit den Aufbau der „Digitalen Fabrik“.

Thomas Bär, Siegmar Haasis

4.2. Planungsbegleitende Ablaufsimulation in der Endmontage

Zusammenfassung

Die Planung der Pkw-Endmontage im BMW-Werk Dingolfing wird bereits mit Hilfe von CAx-Methoden durchgeführt. Dazu zählt auch die Ablaufsimulation, allerdings bisher erst ab einer relativ späten Planungsphase. Für kürzere Planungszeiten und eine höhere Planungsqualität ist sie datentechnisch und methodisch durchgängig einzubinden.

Gunther Reinhart, Christian Effert, Robert Reiter

4.3. Gesamtsimulation einer Produktionsprozesskette am Beispiel des neuen Roadsters SL bei DaimlerChrysler

Zusammenfassung

Um den ständig steigenden Marktanforderungen zu entsprechen, ist eine ebensolche permanente Produktivitätssteigerung in der Industrie notwendig. Die Automobilindustrie reagiert nicht nur mit geänderten Produktionsabläufen, sondern gleichfalls mit fortschrittlichen Planungsabläufen und -instrumenten. Der folgende Beitrag stellt ein Struktur- und prozessorientiertes Konzept für die gesamtheitliche Ablaufsimulation einer Produktionsprozesskette in einem Automobilmontagewerk vor. Vorgehensweise, Details und Ergebnisse werden anhand des Pilotprojektes zu dieser Gesamtsimulation im DaimlerChrysler-Werk Bremen dargelegt.

Uwe Bracht, Arne D. Ostermann

4.4. 3D-Animationen in der Ablaufsimulation

Zusammenfassung

Die BMW Group machte in den vergangenen beiden Jahren erste Erfahrungen mit der dreidimensionalen Animation von Modellen der Ablaufsimulation. Der Beitrag stellt einerseits die Problematik des heute noch enormen Aufwands zur Erzeugung solcher Modelle dar, gibt andererseits aber auch eine Übersicht über den Stand der Technik, den Nutzen der 3D-Animation sowie einen Ausblick auf mögliche zukünftige Lösungsansätze zur Beherrschung der Komplexität und den erweiterten Einsatzbereich der 3D-Visualisierung in der Ablaufsimulation.

Axel Kremer, Jörg Liewald

4.5. Simulation von Auftragsabwicklungsprozessen — Ein neuer Ansatz in der Automobilindustrie

Zusammenfassung

Die Simulation besitzt für die Planung und Analyse von technischen Systemen in vielen Einsatzgebieten seit längerem einen hohen Stellenwert. Klassisch stehen dabei die Planungs- und Investitionsabsicherung im Vordergrund. Im Bereich der Automobilindustrie lassen sich beispielsweise vielfältige Simulationsanwendungen in der Logistik-, Fabrik-und Anlagenplanung finden.

Jan Hickmann, Jürgen Wloka

5. Statements und Trendaussagen

Zusammenfassung

Erkenntnisrelevante Aspekte der realen Welt werden stärker als bisher in die virtuelle Welt integriert. Da wir die reale Welt in 3D dynamisch und interaktiv erleben, sind dies Vorgaben für die virtuelle Welt. Die „Digitale Fabrik“ und das Unternehmen als Ganzes werden wir in absehbarer Zeit in verteilten Simulationsmodellen durchwandern und erforschen.

Johann Bayer, Thomas Collisi, Sigrid Wenzel

Backmatter