VDI 3633 Blatt 1-2014 Simulation of systems in materials handling logistics and production - Fundamentals.pdf

1、VEREIN DEUTSCHERINGENIEURESimulation von Logistik-, Materialfluss-und ProduktionssystemenGrundlagenSimulation of systems in materials handling,logistics and productionFundamentalsVDI 3633Blatt 1 / Part 1Ausg. deutsch/englischIssue German/EnglishVDI-Handbuch Produktionstechnik und Fertigungsverfahren

2、, Band 1: Grundlagen und PlanungVDI-Handbuch Technische Logistik, Band 8: Materialfluss II (Organisation/Steuerung)VDI-RICHTLINIENZubeziehen durch /Available at BeuthVerlag GmbH,10772 Berlin AlleRechtevorbehalten /All rights reserved Verein Deutscher Ingenieuree.V.,Dsseldorf 2014Vervielfltigung auch

3、fr innerbetrieblicheZwecke nichtgestattet / Reproduction evenfor internal use not permittedDie deutsche Version dieser Richtlinie ist verbindlich.ICS 03.100.10 Dezember 2014December 2014The German version of this standard shall be taken as authorita-tive. No guarantee can be given with respect to th

4、e English trans-lation.FrhereAusgaben: 12.93; 12.10 EntwurfFormereditions: 12/93; 12/10DraftVDI-Gesellschaft Produktion und Logistik (GPL)Fachbereich Fabrikplanung und -betriebInhalt SeiteVorbemerkung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Einleitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 An

5、wendungsbereich . . . . . . . . . . . . . . 32 Begriffe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 Anwendungsfelder und Leitstzefr die Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . 43.1 Anwendungsfelder der Simulation . . . . . 43.2 Leitstze. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Nutzungsmglichkeite

6、n und typischeFragestellungen. . . . . . . . . . . . . . . . . 64.1 Simulation in der Planungsphase . . . . . . 64.2 Simulation in der Realisierungsphase. . . . 74.3 Simulation in der Betriebsphase . . . . . . 85 Simulation im Gesamtrahmen einesUnternehmens . . . . . . . . . . . . . . . . . 95.1 Anw

7、endungsziel und -voraussetzungen. . . 95.2 Wissen und Werkzeug. . . . . . . . . . . . 105.3 Informationstechnische Integration . . . . . 136 Simulationswerkzeuge . . . . . . . . . . . . . 146.1 Komponenten von Simulationswerkzeugen 146.2 Simulatorentwicklungsumgebungen . . . . 187 Vorgehensweise zur

8、 Durchfhrung einerSimulationsstudie . . . . . . . . . . . . . . . 188 Durchfhrung einer Simulationsstudie . . . . 218.1 Aufgabendefinition und Zielsystem. . . . . 218.2 Von der Systemanalyse bis zum Simulationsmodell . . . . . . . . . . . . . 228.3 Datenbeschaffung und -aufbereitung . . . . 33Conten

9、ts PagePreliminary note . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 Scope . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Terms and definitions . . . . . . . . . . . . . 33 Application areas and guiding principlesfor simulation . . . . . . . . . . . .

10、. . . . . . 43.1 Application areas for simulation . . . . . . 43.2 Guiding principles . . . . . . . . . . . . . 64 Applications and typical targets . . . . . . . 64.1 Simulation in the planning phase . . . . . . 64.2 Simulation in the implementation phase . . 74.3 Simulation in the operation phase .

11、 . . . . 85 Simulation within the overall frameworkof a company . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95.1 Goal and prerequisites ofapplying simulation. . . . . . . . . . . . . 95.2 Knowledge and tool . . . . . . . . . . . . 105.3 Integration into enterprise IT . . . . . . . . 136 Simulation tools . .

12、 . . . . . . . . . . . . . . 146.1 Components of simulation tools . . . . . . 146.2 Simulation development environments . . . 187 Procedure model for the execution of asimulation study . . . . . . . . . . . . . . . . 188 Execution of a simulation study. . . . . . . . 218.1 Task definition and target

13、 system. . . . . . 218.2 From the system anlysis to the simulation model . . . . . . . . . . . . . . 228.3 Data collection and data preparation . . . . 33B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF8FD9NormCD - Stand 2015-01Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2014 2 VDI

14、 3633 Blatt 1 / Part 1Seite8.4 Experimente und Analyse . . . . . . . 358.5 Verifikation und Validierung (V insbesondere werden die Pro-zesse ber die Zeit entwickelt.Anmerkung: Im weiteren Sinne wird unter Simulation das Vorbe-reiten, Durchfhren und Auswerten gezielter Experimente mit ei-nem Simulati

15、onsmodell verstanden.SimulationsexperimentGezielte empirische Untersuchung des Verhaltenseines Modells durch wiederholte Simulationslufemit systematischer Parameter- oder Struktur-variation.Anmerkung: Die Simulation selbst beinhaltet keine Optimierung.Durch mathematische Optimierungsverfahren kann a

16、ber die syste-matische Parametervariation untersttzt und im Hinblick auf dieSimulationsziele gnstige Parameterkonfiguration ermittelt werden.and evaluation of simulation studies. Experience hasshown that the efficiency of such studies often suffersfrom misunderstandings, different levels of know-how

17、 and divergent motivations.1 ScopeThis standard is targeted to users of simulation tech-nology (planners, equipment suppliers, operators,service providers) involved in the preparation, execu-tion and evaluation of simulation studies for the in-vestigation of logistic, material flow and productionsys

18、tems.In the interests of simplification, logistics, materialflow and production systems are referred to in the fol-lowing collectively as “technical systems”.2 Terms and definitionsFor the purposes of this standard, the following termsand definitions apply:ModelSimplified reproduction of a planned o

19、r existing sys-tem with its processes in a different conceptual orconcrete system. Note: Its differences from the real system in terms of its characte-ristics that are relevant to the investigation are within a given rangeof tolerance.ProcessFull set of interacting operations in a system throughwhic

20、h material, energy or information are processed,transported or stored.adapted from DIN IEC 60050-351SimulationRepresentation of a system with its dynamic proc-esses in an experimentable model to reach findingswhich are transferable to reality; in particular, theprocesses are developed over time. Not

21、e: In the broader sense, simulation refers to the preparation, ex-ecution and evaluation of targeted experiments with a simulationmodel.Simulation experimentTargeted empirical investigation of a models behav-iour by a set of simulation runs with a systematic var-iation of parameters or structures.No

22、te: The simulation itself does not involve any optimisation.However, the systematic variation of parameters can be supportedby mathematical optimisation procedures to achieve a favourableparameter configuration in terms of the simulation goals.B55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF8FD9NormCD - S

23、tand 2015-01Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2014 4 VDI 3633 Blatt 1 / Part 1SimulationslaufNachbildung des Verhaltens eines Systems mit einemspezifizierten ablauffhigen Modell ber einen be-stimmten (Simulations-)Zeitraum (Simulationszeit)wobei gleichzeitig die Wer

24、te untersuchungsrelevan-ter Zustandsgren erfasst und gegebenenfalls statis-tisch ausgewertet werden. SimulationswerkzeugSoftwarewerkzeug, mit dem ein Modell zur Nachbil-dung des dynamischen Verhaltens eines Systems undseiner Prozesse erstellt und ausfhrbar gemacht wer-den kann.StrukturBeziehungen zw

25、ischen den Elementen eines Sys-tems. in Anlehnung an DIN IEC 60050-351System Eine von ihrer Umwelt abgegrenzte Menge von Ele-menten, die miteinander in Beziehung stehen. in An-lehnung an DIN IEC 60050-351Anmerkung: Ein System ist gekennzeichnet durch die Festlegung seiner Grenze gegenber der Umwelt

26、(System-grenze), mit der es ber Schnittstellen Materie, Energie und Infor-mationen austauschen kann (Systemein- und -ausgangsgren), die Elemente, die bei der Erhhung der Auflsung selbst wie-derum Systeme darstellen (Subsysteme) oder aber als nicht wei-ter zerlegbar angesehen werden (Systemelemente),

27、 die Ablaufstruktur in den Elementen, die durch spezifische Re-geln und konstante oder variable Attribute charakterisiert wird, die Relationen, die die Systemelemente miteinander verbinden(Aufbaustruktur), sodass ein Prozess ablaufen kann, die Zustnde der Elemente, die jeweils durch Angabe der Werte

28、aller konstanten und variablen Attribute (Zustandsgren) be-schrieben werden, von denen im Allgemeinen nur ein kleiner Teiluntersuchungsrelevant ist, die Zustandsbergnge der Elemente als kontinuierliche oderdiskrete nderungen mindestens einer Zustandsgre aufgrunddes in dem System ablaufenden Prozesse

29、s.3 Anwendungsfelder und Leitstze fr die Simulation3.1 Anwendungsfelder der SimulationDie Simulationstechnik ist ein allgemein anerkanntesHilfsmittel bei Planung, Realisierung und Betrieb vontechnischen Systemen (Bild 1). Der Schwerpunktdes Simulationseinsatzes lag ursprnglich auf der Pla-nungsabsic

30、herung. Zunehmend wird die Simulationdurchgngig in allen Phasen des Planungs- und Reali-sierungsprozesses genutzt und findet auch Anwen-dung in der Prozesssteuerung whrend des Betriebs.Die Bedeutung der rechnergesttzten Simulationwird aufgrund ihrer unbestreitbaren Vorzge in Zu-kunft weiter zunehmen

31、. Einerseits werden die Vor-aussetzungen gnstiger, da hardwaretechnische Leis-tungssteigerungen und softwaretechnische Fort-Simulation runReproduction of a systems behaviour with a specificexecutable model over a certain (simulation) time pe-riod (simulation time) during which the values for in-vest

32、igation-relevant state variables are collected and,as far as required, statistically evaluated.Simulation toolSoftware program which can be used to build a modelreproducing a systems dynamic behaviour and proc-esses and to make this model executable.StructureRelations among the elements of a system.

33、 adapted from DIN IEC 60050-351SystemA set of interrelated elements separated from the en-vironment. adapted from DIN IEC 60050-351Note: A system is characterised by the definition of a borders to the environment (system borders),with which it can exchange material, energy and information viainterfa

34、ces (system input and output), its elements which, when the resolution is increased, representsystems themselves (subsystems) or which are regarded as notbeing decomposable any further (system elements), the sequence structure in the elements which is characterised byspecific rules and constant or v

35、ariable attributes, the relations which connect the system elements among eachother (composition structure) so that a process can be run, the states of the elements which are each described by stating thevalues of all constant and variable attributes (state variable) ofwhich generally only a small p

36、art is relevant to the investigation, the state transitions of the elements as continuous or discretechanges of at least one state variable due to the process running inthe system.3 Application areas and guiding principles for simulation3.1 Application areas for simulationSimulation is a generally a

37、ccepted technology for theplanning, implementation, and operation of technicalsystems (Figure 1). Originally, simulation hasmainly been used to enhance planning safety. Today,it is being increasingly used through all phases of theplanning and realisation process as well as to supportprocess control

38、during operation of the technical sys-tem.The importance of computer-aided simulation willcontinue to grow in the future due to the undisputedadvantages it can offer. On the one hand, applicationconditions are becoming more favourable as increas-ing hardware performance and advance of softwareB55EB1

39、B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF8FD9NormCD - Stand 2015-01All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2014 VDI 3633 Blatt 1 / Part 1 5 schritte bei den Simulationswerkzeugen die Einsatz-mglichkeiten erweitern. Andererseits verstrkt sichdie Notwendigkeit fr den vermehrten Eins

40、atz der Si-mulation, weil die Tendenzen in der Wirtschaft, wie steigende Produktkomplexitt und Variantenviel-falt, steigende Komplexitt von Produktionsnetzwer-ken, steigende Anforderungen an die Qualitt, steigende Anforderungen an die Flexibilitt beiSonderwnschen, steigende Anforderungen an Servicez

41、eit undServicegrad, schnellere Produktwechsel, kleinere Losgren und steigender Kostendruck,zu immer krzeren Entwicklungs- und Planungs-zyklen (bis hin zur permanenten Unternehmenspla-nung) und gleichzeitig zu komplexeren technischenSystemen und intelligenteren Strategien zur Erfl-lung dieser Anforde

42、rungen fhren.Aufgrund der Vielzahl von zeit- und zufallsabhngi-gen Systemgren sowie der stark vernetzten Wirk-zusammenhnge stoen mathematisch-analytischeMethoden bei der Untersuchung derartiger Systemeschnell an Grenzen. Mithilfe der Simulation hinge-gen kann das zeitliche Ablaufverhalten komplexert

43、echnischer Systeme untersucht und beurteilt werden.Signifikante Vorteile der Simulation liegen in derMglichkeit zur Untersuchung real (noch) nicht existierender Systeme, real existierender Systeme ohne direkten Betriebs-eingriff,technology expand the possible applications for sim-ulation tools. On t

44、he other hand, the need for simula-tion is increasing because of trends in the economysuch as increasing product complexity and diversity ofvariants, increasing complexity of production networks, increasing demands on quality, increasing demands in terms of flexibility to fulfilindividual requiremen

45、ts, increasing demands in terms of service time andservice level, shorter product life cycles, smaller batch sizes, and increasing costs pressure,have led to ever-shorter development and planningcycles (right up to permanent corporate planning) andalso to more complex technical systems and more in-t

46、elligent strategies to fulfil these demands.Due to the wide range of time-dependent and randomsystem values and the highly networked interactions,mathematical-analytical methods soon reach theirlimits in the examination of such systems. With theaid of simulation, however, it is possible to examinean

47、d assess the behaviour over time of complex tech-nical systems.Significant advantages of simulation consist in thepossibility of examining systems which do not (yet) exist, real, existing systems without direct interventionin operation,Bild 1. Anwendungsfelder der Simulation Figure 1. Application fi

48、elds for simulationB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCBB7EF8FD9NormCD - Stand 2015-01Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2014 6 VDI 3633 Blatt 1 / Part 1 mehrerer Gestaltungsvarianten bei geringem Ar-beitsaufwand, des Systemverhaltens ber lange Zeitrume hin-weg (Zei

49、traffung) sowie von Anlaufvorgngen, Einschwingphasen undbergngen zwischen definierten Betriebszustn-den.3.2 Leitstze Simulation stets vor Investition. Simulation setzt vorherige Zieldefinition und Auf-wandsabschtzung voraus. Vor der Simulation analytische Methoden aus-schpfen. Simulation ist kein Ersatz fr Planung. Die Abbildungsgenauigkeit ist nicht so detailliertwie mglich, sondern so detailliert wie zur Ziel-erfllung erforderlich