Parallele und Verteilte Simulation bei der Steuerung komplexer Produktionssysteme

Schulz, Roland

Parallel and Distributed Simulation applied to the Production-Control of complex Production-Systems dissertation (Dr. rer. pol.) at the Faculty of Business Science at the Technical University of Ilmenau submitted from Dipl.-Wirtsch.-Inf. Roland Schulz submitted: Ilmenau, 15.03.2002 defended: Ilmenau, 08.11.2002 experts: Prof. Dr.-Ing. habil. Peter Gmilkowsky, TU Ilmenau PD Dr.-Ing. habil. Thomas Schulze, Otto-von-Guericke University Magdeburg Prof. Dr. habil. Dirk Stelzer, TU Ilmenau Simulation as method of the prognosis worked well in the last years in the application of the simulation of production-systems. Based on a model of the production-system one can prognosticate the future state of the production system and test measures for the recovery of future grievances in advance. The paper describes the framework for simulation-based production-control to as integrated support-system that enables the user to create and run automatically a simulation-model of a complex production-system without the assistance of a simulation-expert. Therefore a simulation study is less costly and faster feasible. But there are still another problems: (1) It is necessary to test a lot of different control strategies and parameter-constellations of these control-strategies in the simulation-model. and (2) It is very time-expensive to run large simulation-models. I.e. the time needed for the simulation is in the center of attention. Parallel and distributed simulation is offered as letout that applies well in other application-areas. This is the reason why an investigation for a tool for parallel and distributed simulation was performed. First the tool ParSimONY was selected as a flexible and extendable solution, and then it was adapted and extended to ParSimONY-ProdSys for parallel simulation of complex production-systems. Finally ParSimONY-ProdSys was integrated in the support-system of the framework for simulation-based production-control. This creates the possibility to apply parallel simulation to production-systems at first time. Furthermore the special process- conditions of real production-systems can be considered and it is possible to use complex, time-intensive scheduling algorithms. It was necessary to solve a couple of problems before it was possible to use parallel and distributed simulation. So a high uncertainty exists about using what procedures and parameters of the parallel and distributed simulation for the context of production-control of complex production-systems. Therefore a selection of procedures and parameters was performed. Later this selection was evaluated simulativly at several types of models of production-systems. Furthermore based on the knowledge about models of complex production- systems a heuristic for the solution-defect partitioning-problem was developed and integrated into the framework for simulation-based production-control to free the user of this manual trial-and-error task.

Simulationsbasierte Fertigungssteuerung wird in der Praxis eingesetzt, um anhand des Simulationsmodells als Ersatzsystem den zukünftigen Zustand des betrachteten Produktionssystems zu prognostizieren und um im Voraus Maßnahmen zur Behebung zukünftiger Mißstände zu testen. Mit dem in der Arbeit beschriebenen Framework zur simulationsbasierten Fertigungssteuerung steht dem Anwender jetzt ein Unterstützungssystem zur Verfügung, mit dem man ohne Mitwirkung eines Simulationsexperten automatisch ein Simulationsmodell eines komplexen Produktionssystems erstellen und abarbeiten kann. Dadurch gestaltet sich eine Simulationsstudie weniger aufwendig und ist schneller durchführbar. Als Problem verbleibt jedoch, daß mit einer Vielzahl von Parametereinstellungen des Simulationsmodells zu experimentieren ist. Die Laufzeit für die Modellabarbeitung eines Experimentes ist aber z.T. beträchtlich. Primär ergibt sich daher für den Einsatz der simulationsbasierten Fertigungssteuerung ein Zeitproblem. Ein Lösungsansatz dafür ist die Parallele und Verteilte Simulation, welche bereits erfolgreich auf anderen Gebieten eingesetzt wird. Deshalb wurde mit ParSimONY-ProdSys ein Tool zur Parallelen Simulation komplexer Produktionssysteme entwickelt und anschließend in das Unterstützungssystem des Frameworks integriert. Somit ist es erstmals möglich, eine Parallele Simulation von Produktionssystemen durchzuführen. Dabei können die speziellen Prozeßbedingungen realer Produktionssysteme beachtet und komplexe Reihenfolgeplanungsansätze verwendet werden. Für den Einsatz der Parallelen und Verteilten Simulation waren dabei eine Reihe von Problemen zu lösen. U.a. galt es wegen der hohen Unsicherheit über einzusetzende Verfahren und deren Parametrisierung eine Auswahl von Verfahren und Parametern für den Anwendungskontext der simulationsbasierten Fertigungssteuerung von komplexen Produktionssystemen zu treffen. Diese Auswahl wurde durch Untersuchungen an verschiedenen Modellklassen von Produktionssystemen simulativ belegt. Weiterhin wurde auf Basis des Wissens über Modelle von komplexen Produktionssystemen eine Heuristik für die lösungsdefekte Partitionierungsaufgabe konzipiert und in das Framework zur simulationsbasierten Fertigungssteuerung integriert, um den Anwender von dieser bisher manuell im trial-and-error-Verfahren durchgeführten Aufgabe zu entlasten.

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Schulz, Roland: Parallele und Verteilte Simulation bei der Steuerung komplexer Produktionssysteme. 2003.

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