(BIM)-Prozesssimulation
From Digital Model to Real-World Success
Der Einsatz von Simulationen zur Untersuchung komplexer Probleme ist einer der Gründungsgedanken unseres Unternehmens. Simulationsstudien helfen bei der Optimierung von Ausführungsstrategien, der Auslegung komplexer Anlagen und der Produktivitätssteigerung von Arbeitsprozessen.
Unsere erfahrenen Simulationsmodellierer vereinen digitales Know How mit den spezifischen Branchenkenntnissen aus Bauindustrie und Bergbau und helfen Ihnen dadurch, praktisch brauchbare Lösungen zu entwickeln.
Prozesssimulationen sind besonders im Zusammenhang mit der Anwendung der BIM-Methodik (Building Information Modeling) geeignet, da sie eine Vielzahl von Vorteilen bieten, die eng mit den Grundprinzipien von BIM verknüpft sind. Zusammengefasst lässt sich sagen, dass Prozesssimulationen in Verbindung mit BIM eine ganzheitliche, optimierte und kollaborative Planung und Ausführung von Bauprojekten ermöglichen, was zu einer höheren Effizienz, besseren Qualität und niedrigeren Risiken führt.
Auch abseits von BIM lassen sich Prozesssimulationen zum Beispiel in der Energiewirtschaft nutzen, um die Effizienz zu erhöhen, Risiken zu minimieren und so Kosten zu senken.
Was ist eine Prozesssimulation?
Eine Prozesssimulation ist eine computergestützte Methode, um den Ablauf und die Funktionsweise eines bestimmten Prozesses oder mehrerer Prozesse in einer virtuellen Umgebung nachzubilden und zu analysieren. Mittels Prozesssimulation wird ein digitaler Zwilling eines Vorhabens erstellt, der abstrahiert die Realität abbildet, unabhängig ob das Gegenstück in der Realität bereits existiert oder sich noch in Planung befindet. Diese Simulationen können in verschiedenen Bereichen eingesetzt werden, wie zum Beispiel in der Produktion, Logistik, Fertigung, Chemie, oder auch bei der Analyse von Geschäftsprozessen. SD Engineering beweist, dass auch in Bereichen wie Bauwesen und Bergbau Prozesssimulationen gewinnbringend eingesetzt werden können.
Eine Prozesssimulation dient in der Regel dazu, die Arbeitsabläufe und Kosten eines Vorhabens besser zu kontrollieren und planen. In dieser sicheren und kostengünstigen Planungsumgebung können jederzeit gewünschte Kennzahlen erhoben werden, um verschiedene Optionen miteinander zu vergleichen und so komplexe Zusammenhänge besser erkenntlich zu machen. So können zum Beispiel alternative Produktionssysteme digital erprobt werden, ohne die aktuelle Produktion für das Experiment zu stoppen, was zu einem potentiellen Produktionsausfall führen könnte.
Insgesamt dient eine Prozesssimulation dazu, komplexe Prozesse innerhalb definierter Grenzen besser zu verstehen, effizienter zu gestalten und Risiken zu minimieren, bevor sie in der Realität implementiert werden.
Wie funktioniert eine Prozesssimulation?
Eine Prozesssimulation basiert auf der korrekten Abbildung der zu simulierenden Prozesse. Diese werden in Form von Zustandsdiagrammen in der Simulationssoftware aufgenommen.
Ein Zustandsdiagramm ist ein grafisches Modell, das die verschiedenen Zustände eines Systems und die Übergänge zwischen diesen Zuständen darstellt. Ein Zustand repräsentiert eine spezifische Konfiguration des Systems zu einem bestimmten Zeitpunkt. Übergänge zwischen den Zuständen werden als Pfeile dargestellt und geben an, wie das System von einem Zustand in einen anderen übergeht. Jeder Übergang wird durch ein Ereignis oder eine Bedingung ausgelöst. Dies kann beispielsweise der Ablauf einer vorgegeben Dauer sein.
Die Logik eines jeden Akteurs in einer Prozesssimulation wird in Form dieser Zustandsdiagramme beschrieben. Das Simulationsmodell führt virtuell eigenständig (oder bei Bedarf mit manueller Eingabe eines Nutzers) die modellierten Prozessabläufe aus. Dies kann entweder unbegrenzt geschehen, oder bis ein bestimmtes Ziel erreicht wurde. In weiteren Schritten können dann weitere Rahmenbedingungen oder Kennzahlen der Simulation hinzugefügt werden.
Interaktives Beispiel
Zur Verdeutlichung der Funktionsweise ist hier ein interaktives Modell für eine beispielhafte Prozesssimulation eingebettet. Die simulierten Prozesse sind bewusst einfach gehalten. Es werden Transportvorgänge eines oder mehrerer LKW simuliert, die zwischen zwei Orten pendeln und an jedem Ort be- und entladen werden. An jedem Ort kann immer nur ein LKW gleichzeitig entladen werden.
Zur Anpassung der Eingangswerte sind Schaltflächen wie Schieberegler, Buttons und Textfelder vorgesehen. Die Modellzeit kann über die Steuerleiste im unteren Bereich angepasst werden. Durch diese können die Anzahl der LKW sowie die Be- und Endladedauern an den Lagern eingestellt werden. Um die Simulation zurückzusetzen und neue Eingangswerte einzugeben muss der „Stop“-Knopf am unteren Rand der Simulation gedrückt werden.
Chancen
Da eine Simulation eine (vereinfachte) Abbildung der Realität ist, lassen sich mit ihrer Hilfe viele Dinge kostengünstiger und schneller bewerkstelligen, als eine reale Umsetzung des zu untersuchenden Umstandes benötigen würde. Bei verschiedenen Optionen, die miteinander verglichen werden sollen, müssen so nicht teure Prototypen für jeden Fall angefertigt werden, sondern nur Anpassungen am Modell für die verschiedenen Tests gemacht werden.
Natürlich lassen sich auch bislang in der Realität existierende Prozesse und Gegenstände modellieren, in diesem Fall ist die Simulation eine Abbildung, wie die Realität für die so geplanten Prozesse aussehen soll.
Gleichzeitig sorgt ihr Aufbau aus möglichst genauen und voneinander abhängigen Prozessen, dass im Vergleich zu Berechnungen mit reinen Durchschnittswerten, genauere Ergebnisse erzielt werden können. Zum Beispiel können Bottlenecks auf diese Weise besser ermittelt werden und so Planungsungenauigkeiten besser ermittelt und beseitigt werden.
Des Weiteren sind Simulationen in der Lage bei unsicheren Eingabewerten in kurzer Zeit Parameterstudien für diese zu erstellen. Auch können bei Bedarf zufällige Ereignisse abgebildet werden. Beispielsweise könnte eine Maschine mit 5% Wahrscheinlichkeit Fehler produzieren, hat dies Auswirkungen auf das Endergebnis der Simulation, wenn dies zu unterschiedlichen Zeiten passiert.
Die gegebenen Möglichkeiten der Visualisierung und Analyse in Bezug auf frei wählbare Kennzahlen sorgen für ein besseres Verständnis des gegebenen Problems, sowie ein erhöhtes Vertrauen in die erarbeitete Lösung, auch für Personen, die nicht an der Erstellung dieser beteiligt waren.
Herausforderungen
Eine Prozesssimulation ist immer nur so gut und genau, wie die ihr zu Grunde liegenden Kennzahlen. Wenn ein falscher Eingangswert angegeben wird, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass auch das Ergebnis der Simulation nicht mehr akkurat das zu simulierende Szenario darstellt. Außerdem ist eine Simulation theoretisch, außerplanmäßige Ausfälle kann die Simulation nur abbilden, wenn diese explizit vorher angegeben werden (womit sie nicht mehr außerplanmäßig sind). So kann eine Simulation ein in der Realität nicht mehr erreichbares Ergebnis berechnen, da die Simulation zum Beispiel nicht weiß, dass der Suezkanal für mehrere Wochen nicht befahrbar sein wird, da sich ein Schiff in diesem festgefahren hat. Zudem ist zu beachten, dass eine Simulation auch immer eine gewisse Vereinfachung der Realität darstellt, um die Prozesse händelbar zu machen. In der Regel geschieht dies in einer dem zu simulierenden Szenario angepassten weise, sodass die Auswirkungen auf das Ergebnis minimal sind. Wenn die Ergebnisse der Simulation aber zum Beispiel als perfekter Zeitplan für eine just in time Produktion genutzt werden sollen können diese geringen Abweichungen ggf. Auswirkungen auf diese Produktion haben.
Teilleistungen in Projekten
PROZESSAUFNAHME
In der Prozessaufnahme werden zunächst der Ist-Zustand und mögliche Soll-Zustände aufgenommen.
Diese werden dann als Prozesse in Prozesskarten (BPMN, EPK, ...) dargestellt und darauf basierend ein oder mehrere Konzept(e) zu einem prozessorienterten Informationsmanagment erstellt.
AUFBEREITUNG
UND ANALYSE
Die Ergebnisse der Simulation werden von uns in dynamischen und interaktiven Dashboards bereitgestellt. Des weiteren können wir die Ergebnisse zum Beispiel in der Form einer Präsentation oder eines Berichtes aufbereiten und Videomaterial von einfachen 3D-Visualsierungen bis hin zu hochwertigen Renderings liefern.
MODELLERSTELLUNG
Es wird ein auf Java basierendes multimethodisches Prozessmodel auf Basis der Prozessaufnahme entwickelt.
Dabei wird je nach Projekt eine Kombination aus agentenbasierter und ereignisorientierter Simulation und System Dynamics genutzt.
ANWENDER-TOOLS
Weitergehend können wir die Simulation um eine anwenderfreundliche Nutzeroberfläche erweitern, um diese interaktiv zu steurern. Diese Simulation kann dann entweder cloudbasiert oder als eigenständiges Programm zur Verfügung gestellt werden. Schulungen zur Anwandung, Nutzerhandbücher und weiterer Support können ebenso von uns zur Verfügung gestellt werden.
