4 Modellierungskonzepte für Transportvorgänge - MRCC:...

1

Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg Thomas Schulze 1Produktionssimulation

4 Modellierungskonzepte für Transportvorgänge4 Modellierungskonzepte für Transportvorgänge

4.1 Modellierung mittels Ressourcen4.2 Modellierung mittels Transporter4.3 Modellierung mittels Conveyors


4.1 Modellierung mittels Ressourcen4.1 Modellierung mittels Ressourcen

In dem Modell 10 wurde der Transport der Teile innerhalb des Fertigungsbereiches stark vereinfacht modelliert. – Transportzeit ist konstant 2 Minuten– tatsächliche Entfernung, die Verfügbarkeit von Transportmitteln

usw. wurden nicht berücksichtig

2


4.1 Modellierung mittels Ressourcen4.1 Modellierung mittels Ressourcen

Eine unzureichende Modellierung des Transportes – Auswirkungen auf die Schätzung der Durchlaufzeiten

Eine einfache Möglichkeit: – Verwendung von Ressourcen– Ressource limitiert, wie viel Entitäten gleichzeitig transportiert

werden können– Bevor ein Transport starten kann, muss die Entität

» diese Transport-Ressource belegen (Seize)» mit dieser zu der betreffenden Zielstation fahren (Delay) und» diese Ressource am Ziel wieder freigeben (Release)


Mögliche UmsetzungMögliche Umsetzung

Ressource Transfer mit einer Kapazität von 2 EinheitenAn jeder Station, von wo aus ein Transport stattfinden soll, muss Modul Seize zum Belegen der Ressource eingefügt werdenVon 5 verschiedenen Stellen im Modell wird nun ein Modul Seize auf die Ressource Transfer benötigt.Frage:– Soll jedes Seize seine eigene Wartschlange aufbauen oder soll

eine gemeinsame Warteschlange für alle Seize genutzt werden?

Ja, nur eine Warteschlange:– Warteschlange als „Shared Queue“ markieren– Alle betreffenden Entitäten warten dann in dieser einen

Warteschlange nach der FIFO-Regel.

3


Mögliche UmsetzungMögliche Umsetzung

Nein, mehrere Warteschlangen:– Anwendung von unterschiedlichen Regeln– Wartezeiten in Abhängigkeit vom Standort

SeizeTransport-Ressource

DelayBeladen

RouteZur nächsten

Station

DelayEntladen

ReleaseTransport-Ressource

Leave

Enter

SeizeTransport-Ressource

DelayBeladen

RouteZur nächsten

Station

DelayEntladen

ReleaseTransport-Ressource

Leave

Enter


Definition der Ressource TransferDefinition der Ressource Transfer

4


Gesamtstruktur des ModellsGesamtstruktur des Modells

Die Bearbeitung auf den Maschinen mittels Modul ProcessAnfordern einer Ressource zum Transport, der eigentliche Transport und das Freigeben des Transporters erfolgt durch die Module Leaveund Enter (Modell: Model11)


Modul Modul LeaveLeave am Eintrittspunktam Eintrittspunkt

5


Modul Modul EnterEnter an der Station Celle 1an der Station Celle 1


Ergebnisse : WartezeitenErgebnisse : Wartezeiten

6


Ergebnisse : AuslastungErgebnisse : Auslastung


4.2 Modellierung von Transportern4.2 Modellierung von Transportern

Allgemeine BemerkungenARENA-Objekt: Transporter – Carts, Handwagen, Trucks und Gabelstapler

Modellierung von Transportvorgängen auf der Basis von Route setzt voraus:– Transportgerät (TG) ist immer verfügbar,– TG befindet immer an dem Punkt, an dem der Transport starten soll und– es treten keine zusätzlichen Verzögerungen auf

Transportvorgänge sind komplexer, d.h.– Anfordern eines TG– Auswahl eines TG, bei mehr als einem freien TG– Ausgewähltes TG muss dann von seiner aktuellen Position zu der

betreffenden Beladenposition fahren

7


Allgemeine BemerkungenAllgemeine Bemerkungen

„free-path Transporter“– bewegen sich frei durch das zu modellierende System– berücksichtigen keine Staus oder andere Restriktionen während

der Fahrt – Fahrzeit ist nur von der Geschwindigkeit des Transporters und der

Entfernung abhängig

„guided Transporter“– bewegen sich auf einem fest definierten Netzwerk von Pfaden– Fahrzeiten sind abhängig von der Geschwindigkeit des

Transporters, den Entfernungen und möglichen Blockierungen innerhalb des Netzwerkes


TransporterTransporter

Generische Ausdruck Transporter– eine oder mehrere identische „transfer devices“ (Ressourcen), die

durch Entitäten zum Zweck der Bewegung von einer Station zu anderen belegt werden können.

Der Transport einer Entität mit einem Transporter erfordert drei Aktivitäten:– Anfordern eines Transporters (Request)– den eigentlichen Transport (Transport)– die Freigabe des Transporters (Free)

8


Zuordnung Entität und TransporterZuordnung Entität und Transporter

(1) Eine Entität fordert einen Transporter an. Konflikt: Mehr als ein Transporter ist verfügbarLösung: Transporter Selection Rule– CYC (Zyklisch)

» Auswahl des nächsten freien Transporters beginnend mit dem Nachfolger des letzten ausgewählten Transporters

– ER (Basierend Nutzerdefinierten Regeln)– LDS (Largest Distance to Station)

» Auswahl des am weitesten entfernt stehenden Transporter– POR (Preferred Order Rule)

» Auswahl des freien Transporters mit der kleinsten Nummer– RAN (Random Priority)– SDS (Smallest Distance to Station)

» Auswahl des Transporters, der die kürzeste Entfernung aufweist


Zuordnung Entität und TransporterZuordnung Entität und Transporter

(2) Ein Transporter wird frei gegeben. Konflikt: Mehrere Entitäten warten auf die Zuweisung eines Transporters. Lösung:– Verwendung von Prioritäten– Der Entität mit der niedrigsten Priorität wird der Transporter

zugewiesen. – Bei identischer Priorität wird der Transporter der wartenden Entität

mit der geringsten Entfernung zugewiesen

9


4.2.2 Modellierung mit 4.2.2 Modellierung mit freefree--pathpath TransporternTransportern

Modell 12 , Basis ist das bekannte FertigungssystemTransporte durch zwei TransporterDie Geschwindigkeit der Transporter ist 50 feet pro MinuteJeder Transporter kann nur ein Teil transportierenDas Be- bzw. Entladen eines Teiles dauert 0.25 MinutenDie entsprechenden Entfernungen zwischen den einzelnen Stationensind bekannt.


Definition der TransporterDefinition der Transporter

10


Anfordern eines Transportes mit Anfordern eines Transportes mit LeaveLeave


LeaveLeave

Aktivitäten des Leave-moduls– Zuweisung eines Transporters– Anfahrt des leeren Transporters– Verzögerung um die Beladezeit und– Fahrt zur Zielstation

Alternative sind die Module:– Request (Anfordern und Zuweisen des Transporters einschließlich

Anfahren)– Delay (Beladen)und – Transport (Fahren zum Ziel)

11


EnterEnter


EnterEnter

Aktivitäten des Enter-Moduls:– Definition der Station, – Verzögerung um die Entladezeit und – Freigabe des Transporters

Alternativ die Module – Station (Definition einer Station),– Delay (Fahren zum Zielort) und – Free (Freigabe des Transporters)

12


Beschreibung der EntfernungenBeschreibung der Entfernungen


ResultateResultate

13


Modell 13Modell 13

Ein Fertigungsbereich besteht aus den Stationen Workstation, Paint, New Paint und Pack. Diese Stationen werden in dieser Reihenfolgedurchlaufen. Zwei unterschiedliche Teiletypen werden in diesem Fertigungsbereich produziert. Die Ankunfts-, Bearbeitungs- und Transportzeiten sind bekannt. Der Transport wird durch zwei Gabelstapler abgewickelt. Baulich bedingt, ist die Strecke zwischen dem Eintrittspunkt Entry und der Workstation nicht vollständig durch mehrere Gabelstapler befahrbar. Aus diesem Grund wurde eine Signalanlage eingeführt. Auf der Strecke (Aisle), zwischen Entry und der Signalanlage (Stop Light) kann nur 1 Gabelstapler fahren.


Modell 13Modell 13

Entry

Stop Light

Workstation

New Paint

Paint

Pack

ExitEntry

Stop Light

Workstation

New Paint

Paint

Pack

Exit

14


Detailliertere TransportermodellierungDetailliertere Transportermodellierung

Die Nutzung der Module Enter und Leave kann nicht an allen Stationen erfolgenEs muss zusätzlich die Strecke Aisle nachgebildet werden. (Ressource) Beginn der Strecke : Station EntryEnde der Strecke : Station Stop LightZusätzliche Aktionen:– Anfordern eines Transporters – Beladen– Fahren


Detailliertere TransportermodellierungDetailliertere Transportermodellierung

Station Entry fordert einen Transporter an (Allocate) und es wird ein Transporter zugewiesen. Nun sind theoretisch zwei Fälle zu unterscheiden.a) Dieser Transporter befindet sich an einer anderen Station – Der Transporter fährt dann zur Station Stop Light – Entität an der Station Entry versucht die Ressource Aisle zu

belegen– Nach dem Belegen der Ressource fährt der Transporter zur Station

Entry. b) Dieser Transporter befindet sich an der Station Entry.– Diese Situation kann nicht auftreten, da an der Station Entry keine

Entladung stattfindet

15


Auswahl eines Transporters mit Auswahl eines Transporters mit AllocateAllocate

Die Nummer des ausgewählten Transporters wird im Attribut Truck# gespeichert


TransporterTransporter--Variable LTVariable LT

Aktuelle Position des Transportes mit der Nummer, die im Attribut Truck# gespeichert ist

16


Transporter am der Station Transporter am der Station EntryEntry


Bewegen des leeren TransportersBewegen des leeren Transporters

Der freie Transporter wird mit Move zur Station Stop Light bewegt

17


Belegen der Ressource Belegen der Ressource AisleAisle


Bewegen des leeren TransportersBewegen des leeren Transporters

18


Transport des belegten TransportersTransport des belegten Transporters


Aktivitäten an der Station Stop LightAktivitäten an der Station Stop Light

19


Struktur des ModellsStruktur des Modells


4.2.3 Modellierung mit 4.2.3 Modellierung mit GuidedGuided TransporternTransportern

Guided Transporter bewegen sich auf einem Netz von vordefinierten WegenWährend der Bewegung können diese von anderen Transportern blockiert werdenDas Netzwerk besteht aus Links (Verbindungen) und Intersections(Knoten)Typische Beispiele für Guided Transporter:– AGV (Automated Guided Vehicles)– Transporter sind fahrerlos– folgen einem in den Boden eingelassenes Führungskabel– Fahrbefehle durch einen Computer

20


Model 16 : Netzwerk für Model 16 : Netzwerk für AGV‘sAGV‘s

1

6

11

7

10 9

8

4

2

3

512

Workstation

NewPaint

Paint

Pack

ExitSystem

StagingEnter

1 Intersection

Paint Station

Link

Link1Link2

1

6

11

7

10 9

8

4

2

3

512

Workstation

NewPaint

Paint

Pack

ExitSystem

StagingEnter

Link3

Link4

Link5

Link6

Link7

Link8

Link9

Link10

Link11Link12

Link13

Link14Link15

Link16


IntersectionIntersection

Definition für:– Jeden Knoten in dem Netzwerk,– Jeden „Interaktionspunkt“ eines AGV mit dem Modell

» Haltepunkt zum Be- und EntladenIntersection kann eine Länge > 0 haben Konflikt : Mehr als ein Link auf eine Intersection und mehr als ein AGV will die Intersection belegenLösung : durch Intersections-spezifische Regeln, wie FCFS-Regel (First Come First Serve)Deklaration im Elements-Panel

21


IntersectionIntersection


Zuordnung von Stationen und Zuordnung von Stationen und IntersectionsIntersections

Jeder Station, die vom AGV angefahren wird, muss einer Intersectionzugeordnet werdenDefinition dieser Beziehung im Stations-Modul aus dem Elements-Panel

22


LinkLink

Links verbinden die Intersections zu einem Netzwerkbesteht aus einer ganzzahligen Anzahl von identischen Zonen (Zones)Länge eines Links : Länge einer Zone * AnzahlEin Link kann nur von einem Transporter belegt werden, aber ein Transporter kann mehrere Links belegen.Belegungsrichtungen :– Unidirectional (Standard) nur eine Richtung– Bidirectional beide Richtungen

» Belegung eines bidirectionalen Links durch mehr als einen Transporter ist nur möglich, wenn beide Transporter in einer identischen Richtung fahren wollen

– Spur (Nachbildung von Sackgassen)

Definition im Elements-Panel


LinkLink

23


NetworkNetwork

Definition des Networks im Elements-Panel


GuidedGuided TransporterTransporter

Zusätzliche Merkmale gegenüber den Standard (free path) Transportern– „Zugehörigkeit“ zu einem Netzwerk– die Art der Belegung von Zonen eines Links– Größe eines Transporters.

Definition erfolgt im Elements-Panel

24


Konzept zur TransporterbewegungKonzept zur Transporterbewegung

Grundsätzlich:– eine Zone eines Links und eine Intersection kann jeweils nur durch

einen Transporter belegt werden– Aber ein Transporter mehrere Zonen und Intersections gleichzeitig

belegen– Man kann sich eine Zone oder eine Intersection als eine Ressource

vorstellen, die durch eine virtuelle Entität Transporter belegt wird

Einfache Form aus der Vielzahl der möglichen Bewegunsgoptionen:– Größe des Transportes : eine Zone eines Links– Regelung der Belegung der Zonen durch den Transporter:

Release-at-Start– Belegungsrichtung der Links: Unidirectional– Größe der Zonen und Intersections: identisch



1 2

a1 a2 a3 b1

1 2

a1 a2 a3 b1

Transporter (braun) hat die Zone a1 vollständig belegtkein anderer Transporter kann diese Zone betreten.

25



1 2

a1 a2 a3 b1

1 2

a1 a2 a3 b1

Wenn der Transporter die Zone a2 belegt hat, dann ist er Besitzer der Zone a2 und die Zone a1 ist freigegeben.



1 2

a1 a2 a3 b1

1 2

a1 a2 a3 b1

Da die Zone a1 frei ist, kann ein weiterer Transporter die Zone a1 belegen, obwohl diese Zone noch mit einem „Rest“ von dem braunen Transporter belegt ist

26


Entität und TransporterEntität und Transporter

Analogie zu den entsprechenden Modulen für free-path Transporter– Allocate, Request und Move– Transport und Free

Beachte: – Es müssen die Konstrukte aus dem Blocks-Panel verwendet

werden. – Die Module aus dem Advanced Transfer Panel gelten nur für die

free-path-Transporter.


Struktur des ModellsStruktur des Modells

27


RequestRequest


TransportTransport

28


4.3 Modellierung von 4.3 Modellierung von ConveyorConveyor

Conveyor– Bewegung der Objekte entlang von vordefinierten Pfaden mit

definierten Ein- und Ausschleuspunkten. Grundprinzip – Jedes zu bewegende Objekt (Entität) muss auf genügend freien

Platz auf dem Conveyor warten, bevor es den Conveyor belegen kann und dann auf diesem transportiert wird.

– Ein Conveyor besteht aus Zellen (cells) einheitlicher Länge, die sich mit einer identischen konstanten Geschwindigkeit bewegen.

– Eine Zelle kann maximal von einer Entität belegt werden.


ZellenZellen

In welchen Größenordnungen sollte nun die Größe einer Zelle definiert werden?Die Anzahl der Zellen zur Nachbildung des Conveyors muss ganzzahlig sein. Schlussfolgerung:– Größe einer Zelle sehr klein zu wählen.

Beispiel: – Streckenlänge: 100 m– Länge einer Entität: 2 m

– Cell size: 1 m, 100 Zellen– Cell size: 2 m, 50 Zellen– Cell size: 1 cm, 10000 Zellen

29


ZellenZellen

Die Anzahl der Zellen beeinflusst die Rechengeschwindigkeit des Modells. Mit steigender Zellanzahl nimmt die Rechengeschwindigkeit ab.

Größe einer Zelle „zu groß“– Rechenzeit sinkt– Abbildungsgenauigkeit wird kleiner

Beispiel – Zellgröße : 5 m – Länge einer Entität : 1 Meter,

Folge:– Entität wartet an der Beladestelle so lange, bis eine freie Zelle

verfügbar ist. Obwohl diese Zelle nur zu 1/5 belegt ist


SegmenteSegmente

Ein Conveyor in ARENA besteht aus mehreren SegmentenJedes Segment besteht aus mindesten zwei Stationen– Beginn und Ende

Zusätzlich können noch weitere Stationen zur Beschreibung von Ein-und Ausschleuspunkten verwendet werden.

30


NonNon--AccumulatingAccumulating ConveyorConveyor

Der Abstand zwischen zwei benachbarten Objekten ist immer konstantBeladen:– Conveyor stoppt

Fortsetzung der Bewegung:wenn der Beladevorgang beendet ist

Entladen:– Objekt hat seine Zielstation erreicht, der Conveyor wird angehalten,

das Objekt wird entladen und auf einen Befehl hin, wird die Bewegung fortgesetzt.

Modellierung mit sen Basis-Modulen– ACCESS: Allokation der entsprechenden Zellen– CONVEY: Befehl zum Transportieren– EXIT: Entfernung des Objektes von dem Conveyor


BeispielBeispiel

Non-Accumulating ConveyorGeschwindigkeit beträgt 20 feet pro MinuteDie Entfernungen zwischen den einzelnen Stationen sind bekannt.Die Größe der Teile ist konstant mit 6 feet

31


Definition des Definition des ConveyorsConveyors

Cell Size : 3 feet– Alle Längenangaben in feet zwischen den Stationen lassen sich ganzzahlig

durch 3 dividieren, die Anzahl der Zellen zwischen den Stationen ist ganzzahlig

– Die Teile benötigen aufgrund ihrer Länge von 6 feet 2 Zellen (ganzzahlig)

Max Cells Occupied– 2– ergibt sich aus der maximalen

Länge eines Teiles bezogen auf Zellen


Definition der SegmenteDefinition der Segmente

Es wird nur ein Segment mit dem Namen Segment benötigt.

32


Belegen des Belegen des ConveyorsConveyors mittels mittels LeaveLeave


Verlassen des Verlassen des ConveyorsConveyors

Beachte:– Voraussetzung : immer genügend Pufferplatz zur Aufnahme eines

Objektes an der betreffenden Station besteht– Bei limitierten Pufferplätzen muss eine veränderte Modellierung erfolgen.

33


ErgebnisseErgebnisse

Blocked:– Mittlerer Anzahl der

blockierten Entitäten

Utilization:– Verhältnis aus der

mittleren Anzahl der belegten Zellen zur Gesamtlänge des Conveyors


AccumulatingAccumulating ConveyorConveyor

Accumulating Conveyors bewegen sich ständig Diese Conveyor stoppen nicht bei der Be- und EntladungWenn ein Objekt Oi stoppt, dann sammeln sich (akkumulieren) die anderen Objekte Oj (j>i) hinter dem Objekt Oi

Sie warten solange, bis das Objekt Oi entfernt wurde oder diese Objekt hat sich auch weiter bewegt. Während der „normalen“ Bewegung hat jedes Objekt einen Abstand zum vorherigen Objekt. Dieser Abstand wird zu Null , wenn das Objekt Oi stoppt und das Objekt Oj zu diesem auffährt. Nach der Aufhebung der Blockade, fährt das Objekt Oi weiter und das Objekt Oj wartet, bis der benötigte Abstand wieder vorhanden ist.

34


Definition des Definition des ConveyorsConveyors

Cell Size: 3 feet, wobei maximal 2 Zellen (6 feet) belegt werden. In dieser Größe ist der Abstand zum vorherigen Objekt mit eingerechnet.

Accumulation Length– Länge, die ein Objekt während

des Akkumulierens einnimmt– Beispiel mit einer konstante

Länge von 4 feet verwendet– Im allgemeinen wird hier ein

Verweis auf einen Attributwert eingetragen.


ErgebnisseErgebnisse

Length Accumulated– Mittlere Länge

aller akkumu-lierter Entitäten in Längen-einheiten

Utilization– Verhältnis

zwischen der belegten Länge des Conveyorszur Gesamtlänge des Conveyors.

4 Modellierungskonzepte für Transportvorgänge - MRCC:...

Documents

Transcript of 4 Modellierungskonzepte für Transportvorgänge - MRCC:...