Konzeptionelle Ansätze zur ganzheitlichen Betrachtung von Produktionsanlagen am Beispiel der Walzwerksindustrie

Derzeitige Optimierungsbestrebungen der Industrie wie z. B. die virtuelle Produktentwicklung, sowie aktuelle Entwicklungs- und Forschungsfelder wie die Digitale Fabrik oder das Zukunftsprojekt Industrie 4.0 erfordern ganzheitliche Betrachtungsweisen. Die Automobil- sowie die Luft- und Raumfahrtindustrie waren die Vorreiter für die ganzheitliche Betrachtung von Produkten und deren Abbildung und Optimierung mit den Methoden der Simulation und neuen Visualisierungstechniken wie der Virtual Reality- Technologie (VR). Dabei wird eine vollständige und durchgängige virtuelle Absicherung innerhalb der Produktentwicklung und mittlerweile auch der Produktionsmittelentwicklung angestrebt. Die Vorteile sind die Beherrschbarkeit immer komplexerer Produkte, Prozesse und Produktionssysteme, die frühzeitige Optimierung von Verfahren, die Beschleunigung von Innovationsprozessen sowie signifikante Zeit- und Kosteneinsparungen in der Entwicklung. Immer mehr Branchen gehen daher dazu über, diese Methodik und Strategie zu übernehmen. Die der Automobil- und Luftfahrtindustrie vor gelagerte Zulieferindustrie sowie die Anlagenbauunternehmen als Systemlieferanten können ebenfalls davon profitieren. Die vorliegende Arbeit hat sich deshalb zum Ziel gesetzt, auf der Basis einer systemischen Analyse und durch den Einsatz von Simulations- und Visualisierungstechniken konzeptionelle Ansätzen zu entwickeln, welche eine ganzheitliche Betrachtung von Produktionsanlagen ermöglichen. Dies wird beispielhaft für die Walzwerksindustrie durchgeführt. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden drei Teilziele umgesetzt. Erstens: die ganzheitliche systemische Analyse von Produktionssystemen und Ableiten eines erweiterten Mehrebenenmodells, welches eine systematisch-methodisch Beschreibung zur ganzheitlichen Betrachtung ermöglicht. Zweitens: die Konzeptentwicklung zur Steigerung der Durchgängigkeit von Simulationen und Visualisierung. Die Tragfähigkeit des entwickelten Konzepts wurde anhand von eigenen Simulationsprogrammen und Prototypen exemplarisch aufgezeigt. Wesentliche neue Elemente darin sind die Mehrebenen-Simulationsplattform mit hybrider Simulation und das VR- Visualisierungsportal. Drittens: die Definition von Szenarien für Gesamtprozesssimulationen, wie z. B. Prozesskettensimulation mittels dem Mehrebenenmodells, als Einsatzszenarien für simulationsbasierte ganzheitliche Betrachtungen. Im Ausblickteil der Arbeit werden bestehende Herausforderungen und zukünftige Entwicklung von ganzheitlichen Betrachtungen dargestellt und Anknüpfungspunkte zu aktuellen Forschungsfelder aufgezeigt.