Optimale Materialflusssteuerung von Produktionslinien durch Multiskalen-Netzwerk-Modelle

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professorin Dr. Simone Göttlich; Professor Dr.-Ing. Alexander Verl
• Fachliche Zuordnung: Spanende und abtragende Fertigungstechnik ; Produktionssystematik, Betriebswissenschaften, Qualitätsmanagement und Fabrikplanung
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 251646252

Physiksimulation, diskrete, ereignisorientierte Simulation oder Flusssimulation sind Simulationsansätze, um die Verbesserung des Materialflusses von Materialflusssystemen zu erreichen. Die Verfahren eignen sich im Allgemeinen für ganz individuelle Aspekte, wie beispielsweise eine Steuerungsoptimierung einzelner Materialflusselemente oder die (lokale) heuristische Durchsatzoptimierung des gesamten Systems. Ziel des hier beantragten Forschungsvorhabens ist es, eine globale Durchsatzoptimierung des Materialflusses mit der aus der Mathematik bekannten Theorie der klassischen Optimierung durch Multiskalen-Netzwerk-Modelle zu erforschen und dann eine Steuerungs- und Layoutoptimierung durchzuführen. Zu Beginn des Forschungsvorhabens werden Flussmodelle einzelner Komponenten aus Physikmodellen abgeleitet, deren Simulation bedeutend schneller bei nahezu gleicher Genauigkeit ist. Anschließend wird ein Netzwerk des gesamten Materialflusses unter Berücksichtigung der Flusserhaltung an den Koppelknoten realisiert. Um die Kohärenz zwischen Physikmodell und Flussmodell zu gewährleisten, wird ein Multiskalen-Netzwerk-Modell entworfen. Dieses Multiskalen-Netzwerk-Modell ist die Ausgangsbasis für die mathematische und deterministische Berechnung der globalen optimalen Steuerung auf Basis des Netzwerk-Flussmodells und einer konkreten lokalen Steuerungs- und Layoutoptimierung mit Hilfe der Physikmodelle. Klassischerweise wird entsprechend der Zielsetzung aus den unterschiedlichen Alternativen manuell die beste Auswahl getroffen (simulationsbasierte Optimierung). Die hier beschriebene optimale Materialflusssteuerung bezweckt hingegen, dass durch mathematische Optimierungsstrategien und numerische Lösungsverfahren die beste Alternative automatisch berechnet werden kann. Durch das Forschungsvorhaben werden Algorithmen entwickelt, die erstmals die globale Durchsatzoptimierung von Materialflusselementen unter Einsatz deterministischer, mathematischer Methoden ermöglicht. Zum Erreichen der Meilensteine Modellierung, Multiskalen-Netzwerk-Modelle und optimale Materialflusssteuerung ist eine enge Kooperation zwischen Mathematik- und Ingenieurwissenschaften notwendig.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen