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Grafische Methoden der Prozessanalyse

AutorAndrea K. Weber Marin, Simone E. Creux, Urs B. Meyer
VerlagCarl Hanser Fachbuchverlag
Erscheinungsjahr2005
Seitenanzahl466 Seiten
ISBN9783446403741
FormatPDF
KopierschutzWasserzeichen/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis39,99 EUR

Die Betriebsabläufe in der automatisierten Produktion sind sehr komplex. Sollen diese verbessert werden, muss das Zusammenspiel der Einzelkomponenten sehr genau bekannt sein. In dem vorliegenden Buch werden Methoden vorgestellt, die es ermöglichen, industrielle und Dienstleistungsprozesse genau zu analysieren, um daraus Möglichkeiten für Verbesserungen, z.B. hinsichtlich Wertschöpfung und Sicherheit, abzuleiten. Darüber hinaus eignet sich der Ansatz für Design, Modellierung und Programmierung technischer Systeme.

Die hier vorgestellten grafischen Methoden der Prozessanalyse beruhen auf statischen und dynamischen Diagrammen, die in Verbindung mit einem strengen Regelwerk als Prozessmodell dienen. Dies funktioniert sehr viel detaillierter als bei herkömmlichen Diagrammen, wie Flowcharts oder Organigrammen. Sämtliche Abläufe und Prozessparameter werden mit Hilfe einer eigens von den Autoren entwickelten Semantik anschaulich dargestellt.

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Kapitelübersicht
  1. Vorwort und Inhaltsverzeichnis
  2. Einführung in die Prozess-Orientierte Analyse: E1 Prozess-Orientierte Analyse
  3. Einführung in die Prozess-Orientierte Analyse: E2 Abgrenzung der Prozess-Orientierten Analyse
  4. Statische Analyse: S1 Statische Analyse mit dem Flussdiagramm
  5. Statische Analyse: S2 Wertfluss-Diagramm
  6. Statische Analyse: S3 Ressourcenfluss-Diagramm
  7. Dynamische Analyse: D1 Zustandsdiagramm
  8. Dynamische Analyse: D2 Simulationsmodell
  9. Dynamische Analyse: D3 Echtzeitsteuerung
  10. Fallstudien: F1 Systemanalyse eines Dienstleistungsbetriebes
  11. Fallstudien: F2 Ökonomische Analyse einer Weberei mit integrierter Veredlung
  12. Fallstudien: F3 Exergieanalyse in der Backwarenindustrie
  13. Fallstudien: F4 Konzept und Steuerung einer Entmagnetisierlinie für Fernsehbildröhren
  14. Fallstudien: F5 Simulation einer Hochleistungsweberei
  15. Fallstudien: F6 Reengineering einer Standseilbahn
  16. A Anhang
  17. Index
Leseprobe

1.6 Projektziele von POA-Modellen (S. 18-19)

1.6.1 Neuplanung

Für das Design und die Planung eines neuen Systems, beispielsweise eines neuen Produktionsbetriebs, ist ein top-down Vorgehen von Vorteil. Durch eine optimale Auslegung von Prozessen mit der Definition ihrer Schnittstellen wird ein neues System geplant. Die Schnittstellen werden dabei auf den Produktfluss ausgerichtet, der auch die Abfolge der Prozesse festlegt. Die anderen Flüsse, wie Ressourcen, Materialien und Informationen werden so geleitet, dass die Prozesse optimal versorgt werden. In der Systemstruktur werden die Prozesse so gruppiert, dass die Anzahl Flüsse auf der jeweiligen Ebene minimal wird. In Realität heisst dies, überflüssige Schnittstellen auszuschalten.

In den Fallstudien F4 und F5 werden neue Systeme mit POA geplant. Kapitel F4 zeigt die Neukonzeption einer Entmagnetisierlinie für Masken von Bildröhren. Diese Prozesslinie wurde mit Hilfe des Flussdiagramms und Zustandsdiagramms von POA entwickelt und in die Wirklichkeit umgesetzt. Kapitel F5 führt ein neues Konzept einer Weberei ein, das wegen einer Maschine mit einer neuen Funktionsweise notwendig wurde. Um die Handhabung dieser Maschinen im Betrieb zu planen und um herauszufinden, welche Bereiche wie Arbeitsorganisation, Layout oder Materialfluss davon betroffen sind, wurde eine Simulation durchgeführt.

1.6.2 Technische Aufdatierung
Ein anderer Analyseansatz wird gewählt, wenn ein bestehendes System zum Zweck einer Optimierung, einer Automatisierung oder eines Reengineerings untersucht werden soll. In diesem Fall wird die bestehende Struktur des Systems ins Modell übernommen (IST-Analyse). Dies kann durch ein top-down oder bottom-up Vorgehen geschehen, je nach den Voraussetzungen, welche das reale System bietet. Für die Modellierung eines bestehenden Systems ist es speziell wichtig, eine systematische Analysemethode mit strikten Regeln für die Modellierung einzusetzen. Die erste Abklärung betrifft den Freiheitsgrad bezüglich alternativer Lösungen für das System. Das Modell des momentanen Systemzustands wird nämlich im Rahmen einer Analyse und Optimierung verändert, indem alternative Prozessabläufe, Zusammenlegungen von Prozessen, Änderung der Struktur und Verminderung von Schnittstellen untersucht und vorgeschlagen werden. So entsteht ein Modell des gewünschten Systemzustands (SOLL-Modell), das schrittweise in die Wirklichkeit umgesetzt wird.

Fallstudie F6 beschäftigt sich mit dem Transportsystem in einer militärischen Festung. Diese Transporteinrichtung, eine Standseilbahn, muss erneuert werden, um die weitere Nutzung der Festung zu ermöglichen. In diesem Projekt wurde mit POA ein Konzept für eine neuartige Steuerung der Standseilbahn erstellt, als Maschinensteuerung programmiert und simuliert.

1.6.3 Reverse Engineering

In den vorher erwähnten Fällen war das Ziel von POA, den kreativen Prozess der Systemgestaltung, der auf einer systematischen und konsistenten Methode beruht, zu unterstützen. Im Falle eines Reverse Engineerings geht es für die Unterstützung des Systemverständnisses in erster Linie darum, eine Übersicht über ein System zu erlangen. Viele Produktionssysteme sind mangelhaft dokumentiert und funktionieren lediglich dank der Kompetenz weniger Mitarbeiter. Um die Systemstabilität zu fördern werden mit POA die Prozessspezifikationen und Definitionen der Schnittstellen erstellt. Dafür geeignet ist ein bottom-up Vorgehen, das von der Maschinenebene ausgeht.

In den Fallstudien F2 und F3 wird ein Reverse Engineering behandelt. Das heisst, dass ausgehend vom Produkt der Pfad der Prozesse rückwärts analysiert wird. Die reale oder virtuelle Produktionslinie wird modelliert, je nachdem wieweit man diese kennt und Zugang dazu hat. Kapitel F2 nimmt eine wirtschaftliche Produktionsanalyse eines gewobenen Stoffes vor. Dabei wird das System auf mehreren Ebenen mit dem Wertfluss-Diagramm strukturiert, Kosten und Wertschöpfung berechnet und mit den in der Firma bestehenden Zahlen verglichen. Kapitel F3 führt eine Exergieanalyse einer Croissant-Produktion mit dem Ressourcenfluss- Diagramm durch. Es wird untersucht, ob Energieströme in der Produktion rezykliert oder wiederverwendet werden können.

Inhaltsverzeichnis
Vorwort6
Inhaltsverzeichnis8
E Einführung in die Prozess- Orientierte Analyse16
E1 Prozess- Orientierte Analyse18
1.1 Einleitung19
1.2 Konzept von POA21
1.3 Statisches Modell23
1.3.1 Systemspezifikation23
1.3.2 Ökonomische Analyse24
1.3.3 Ökologische Analyse25
1.4 Dynamische Analyse26
1.4.1 Systemverhalten26
1.4.2 Prozesssimulation27
1.4.3 Maschinen- und Prozesssteuerung28
1.5 Vorgehen bei einer Produktionsanalyse29
1.5.1 Reale Welt im Modell29
1.5.2 Modelldefinitionen30
1.5.3 Erfassung eines Modells31
1.6 Projektziele von POA-Modellen33
1.6.1 Neuplanung33
1.6.2 Technische Aufdatierung33
1.6.3 Reverse Engineering34
1.7 Organisation des Buchs34
E2 Abgrenzung der Prozess- Orientierten Analyse38
2.1 Einleitung39
2.2 Upper- und Lower-CASE40
2.3 Strukturierte Analyse41
2.3.1 Methodenbeschreibung41
2.3.2 Vergleich POA und SA42
2.4 Unified Modeling Language44
2.4.1 Methodenbeschreibung44
2.4.2 Vergleich POA und UML45
2.5 Computerunterstützung47
2.5.1 CASE-Tool47
2.5.2 Programmierung49
S Statische Analyse50
S1 Statische Analyse mit dem Flussdiagramm52
1.1 Einleitung53
1.2 Flussdiagramm: Wozu?54
1.2.1 Zweck54
1.2.2 Anwendung55
1.2.3 Abgrenzung56
1.3 Elemente des Flussdiagramms60
1.3.1 Diagramm60
1.3.2 Prozess61
1.3.3 Fluss63
1.3.4 Flusseinteilung69
1.3.5 Regeln für Prozess und Fluss70
1.4 Systemabgrenzung72
1.4.1 Externe Entität72
1.4.2 Kontextdiagramm73
1.4.3 Regeln für externe Entität und Kontextdiagramm74
1.5 Systemstruktur und Hierarchie76
1.5.1 Systemstruktur76
1.5.2 Nummerierung der Prozesse und Diagramme78
1.5.3 Gleichgewicht von Vaterprozess und Kinddiagramm79
1.5.4 Flusshierarchie durch Verzweigung81
1.5.5 Regeln für Flussverbindungen und Hierarchie84
1.6 Elementspezifikation und Objektverzeichnis86
1.6.1 Elementspezifikation86
1.6.2 Objektverzeichnis88
1.7 Empfehlungen und Richtlinien92
1.7.1 Bestandteile eines Modells92
1.7.2 Empfehlungen für zweckmässiges Vorgehen93
1.7.3 Empfehlungen für leicht lesbare Diagramme95
1.7.4 Empfehlungen für Systemoptimierung98
1.8 Anwendungsbeispiel: Tankstelle101
S2 Wertfluss- Diagramm112
2.1 Einleitung113
2.2 Wertfluss-Diagramm: Wozu?114
2.2.1 Zweck114
2.2.2 Anwendung115
2.2.3 Abgrenzung116
2.2.4 Definitionen117
2.3 WFD-Elemente121
2.3.1 Vom Flussdiagramm zum WFD121
2.3.2 Prozess121
2.3.3 Externe Entität121
2.3.4 Wertfluss122
2.4 Flussarten und Flusskategorien125
2.4.1 Einteilung der Flüsse125
2.4.2 Flusskategorie: Ressourcen- und Informationsfluss129
2.4.3 Flusskategorie: Produktfluss129
2.4.4 Flusskategorie: Fiktiver Wertfluss132
2.4.5 Flusskategorie: Geldfluss136
2.5 Wertberechnung139
2.5.1 Vorgehen bei der Wertberechnung139
2.5.2 Prinzip der Wertberechnung140
2.5.3 Wertberechnung in der Hierarchie140
2.5.4 Flussgleichung144
2.5.5 Prozessbilanz147
2.6 Elementspezifikation und Berechnung149
2.6.1 Parameterdeklaration149
2.6.2 Flussspezifikation150
2.6.3 Prozessspezifikation151
2.6.4 Berechnung basierend auf Gleichungen mit Parametern154
2.7 Spezielle Beispiele158
2.7.1 Wertaustausch mit der Aussenwelt158
2.7.2 Beispiel der Abfallberechnung in einer Firma159
2.7.3 Anzeige von Gewinn und Verlust162
2.7.4 Investitionsrechnung164
2.7.5 Immaterielles Vermögen: Markenname166
2.8 Anwendungsbeispiel: Tankstelle167
S3 Ressourcenfluss-Diagramm178
3.1 Einleitung179
3.2 Ressourcenfluss-Diagramm: Wozu?180
3.2.1 Zweck180
3.2.2 Anwendung181
3.2.3 Abgrenzung182
3.2.4 Definitionen183
3.2.5 Konzept der Energie und Exergie187
3.3 RFD-Elemente189
3.3.1 Vom Flussdiagramm zum RFD189
3.3.2 Prozess189
3.3.3 Ressourcenfluss190
3.3.4 Externe Entität191
3.4 Flussarten und Flusskategorien192
3.4.1 Einteilung der Flüsse192
3.4.2 Flusskategorie192
3.4.3 Flussart193
3.5 Berechnungen in der Fluss- und Prozessspezifikation195
3.5.1 Vorgehen bei den Berechnungen195
3.5.2 Parametererhebung und -deklaration196
3.5.3 Allgemeine Flussspezifikation197
3.5.4 Allgemeine Prozessspezifikation198
3.6 Massenanalyse im RFD200
3.6.1 Massenbilanz200
3.6.2 Allgemeingültige Flussberechnungen202
3.7 Energieberechnung im RFD207
3.7.1 Energieinhalt von Ressourcenflüssen207
3.7.2 Energiebilanz209
3.7.3 Prozesswert Energieeffizienz212
3.8 Exergieberechnung im RFD213
3.8.1 Exergie von Ressourcenflüssen213
3.8.2 Exergiebilanz214
3.8.3 Beispiel: Exergieanalyse einer Streckspulmaschine215
3.8.4 Prozesswert Exergieeffizienz220
3.9 Analyse der grauen Energie221
3.9.1 Berechnung der grauen Energie221
3.9.2 Prozesswert graue Prozessenergie222
3.9.3 Beispiel: Graue Energie einer Spinnerei224
3.10 Anwendungsbeispiel: Tankstelle227
D Dynamische Analyse234
D1 Zustandsdiagramm236
1.1 Einführung237
1.2 Zustandsdiagramm: Wozu?238
1.2.1 Zweck238
1.2.2 Anwendung239
1.2.3 Abgrenzung der Methodik240
1.3 Elemente des Zustandsdiagramms243
1.3.1 Diagramm243
1.3.2 Zustand243
1.3.3 Zustandsübergang245
1.3.4 Regeln und Beispiele für Zustandsdiagramme248
1.4 Strukturierung des Modells252
1.4.1 Zustandsstrukturierung in der Hierarchie252
1.4.2 Elementspezifikation256
1.4.3 Objektverzeichnis257
1.5 Vom Flussdiagramm zum Zustandsdiagramm260
1.5.1 Hierarchie von Flussdiagramm und Zustandsdiagramm260
1.5.2 Schrittweises Vorgehen262
1.5.3 Schritt 1: Ziel und Anforderungen an das Projekt festlegen263
1.5.4 Schritt 2: Flussdiagramm ergänzen263
1.5.5 Schritt 3: Prozessverhalten spezifizieren264
1.6 Empfehlungen und Richtlinien266
1.6.1 Empfehlungen für Zustandsdiagramme266
1.6.2 Bestandteile eines POA-Modells267
1.7 Anwendungsbeispiel: Tankstelle269
D2 Simulationsmodell274
2.1 Einleitung275
2.2 Simulationsmodell: Wozu?276
2.2.1 Zweck276
2.2.2 Anwendung276
2.2.3 Abgrenzung278
2.3 Von Flussdiagramm zu Programmcode280
2.3.1 Schrittweises Vorgehen280
2.3.2 Schritt 1: Zweck und Anforderungen des Projekts spezifizieren280
2.3.3 Schritt 2: Systemstruktur mit Flussdiagramm festlegen281
2.3.4 Schritt 3: Prozessverhalten mit Zustandsdiagramm modellieren283
2.3.5 Schritt 4: Benutzeroberfläche erstellen285
2.3.6 Schritt 5: Jedes Programmmodul codieren286
2.3.7 Schritt 6: Systemverhalten testen288
2.4 Unterschiede im Codieren von Simulationsmodell und289
Echtzeitsteuerung289
2.4.1 Vergleich Simulationsmodell und Echtzeitsteuerung289
2.4.2 Codieren eines Simulationsmodells291
2.4.3 Weitere Schritte mit dem Simulationsmodell293
2.5 Einsatz marktgängiger Simulationswerkzeuge295
2.5.1 Zusammenhang POA und Werkzeuge für diskrete Simulation295
2.5.2 Evaluation marktgängiger Simulationswerkzeuge296
2.5.3 Anwendungsbeispiel: Tankstelle mit Simulationsprogramm299
2.6 Anwendungsbeispiel: Tankstelle303
2.6.1 Statisches und dynamisches Modell der Tankstelle303
2.6.2 Benutzeroberfläche306
2.6.3 Programmcodierung307
D3 Echtzeitsteuerung314
3.1 Einleitung315
3.2 POA bei Echtzeitsteuerung: Wozu?316
3.2.1 Zweck316
3.2.2 Anwendung317
3.2.3 Abgrenzung318
3.2.4 Definitionen320
3.3 Betriebszustände von Produktionsmaschinen321
3.3.1 Produktive und nicht-produktive Zustände321
3.3.2 Überwachen des Systemzustands323
3.3.3 Fehlerbehandlung326
3.4 Systemsicht in der Zustandsdomäne328
3.4.1 Zweck328
3.4.2 System mit diskreten Parametern329
3.4.3 System mit kontinuierlichen und diskreten Parametern332
3.4.4 System mit kontinuierlichen Parametern334
3.5 Programmdesign und Codierung338
3.5.1 Codierung338
3.5.2 Programmdesign338
3.5.3 Programmcodierung340
3.6 Speicherprogrammierte Steuerung eines Heizlüfters342
3.6.1 Systemstruktur342
3.6.2 Systemverhalten343
3.6.3 Risikoanalyse345
3.6.4 Programmiersprachen für SPS346
3.7 Anwendungsbeispiel: Tankstelle349
3.7.1 Steuerung der Zapfsäule349
3.7.2 Programmcodierung353
F Fallstudien356
F1 Systemanalyse eines Dienstleistungsbetriebes358
1.1 Betrieb einer Bar kennen lernen359
1.2 Modell erstellen360
1.2.1 Zu untersuchendes System Bar spezifizieren360
1.2.2 Detaillierung der Diagramme363
1.3 Erkenntnisse aus der Fallstudie mit POA369
F2 Ökonomische Analyse einer Weberei mit integrierter Veredlung372
2.1 Modell einer textilen Produktion373
2.2 Firma und Produkt374
2.3 Vorgehen beim Erstellen des Modells375
2.4 Wertfluss-Diagramme von WebEdel379
2.4.1 Kontextdiagramm379
2.4.2 WFD Ebene 1: „Produziere Gewebe“381
2.4.3 WFD der tieferen Ebenen387
2.4.4 Fiktiver Wertfluss für Kostenabwälzung392
2.5 Erkenntnisse aus der Fallstudie mit POA394
F3 Exergieanalyse in der Backwarenindustrie396
3.1 Energieanalyse der Croissant-Linie397
3.2 Ressourcenfluss-Diagramm der Croissant-Linie398
3.2.1 Kontextdiagramm398
3.2.2 Ressourcenfluss-Diagramm Produktionsebene399
3.3 Massenberechnung der Croissants402
3.3.1 Energieberechnung der Ressourcenflüsse403
3.3.2 RFD der zweiten Ebene und Produktionslayout403
3.4 Exergieanalyse des Backprozesses408
3.4.1 Zweck der Exergiebilanz408
3.4.2 Exergieberechnung der Croissants409
3.4.3 Exergieberechnung der Energieflüsse411
3.4.4 Exergetische Effizienz des Backprozesses412
3.5 Erkenntnisse aus der Fallstudie mit POA413
F4 Konzept und Steuerung einer Entmagnetisierlinie für Fernsehbildröhren414
4.1 Entmagnetisieren von Bildröhren415
4.2 Neukonzeption einer Entmagnetisierlinie416
4.3 Systemgestaltung der neuen Produktionslinie418
4.4 Prozesssteuerung für die Bearbeitung der Masken422
4.5 Erkenntnisse aus der Fallstudie mit POA425
F5 Simulation einer Hochleistungsweberei426
5.1 Neues Produktionssetup für eine Weberei427
5.2 Modell einer Weberei428
5.2.1 Schritt 1: Kontextdiagramm428
5.2.2 Schritt 2: Flussdiagramm erste und zweite Ebene429
5.2.3 Schritt 3: Zustandsdiagramm431
5.2.4 Schritt 4: Zustandsspezifikation und Zustandsliste432
5.3 Simulationsmodell für Arbeitsorganisation433
5.3.1 Programmdesign433
5.3.2 Benutzeroberfläche435
5.3.3 Initialisierung436
5.3.4 Online-Anzeige436
5.4 Resultate der Simulation der M8300437
5.5 Erkenntnisse aus der Fallstudie mit POA440
F6 Reengineering einer Standseilbahn442
6.1 System einer Standseilbahn443
6.2 Technische Aufdatierung des Transportsystems444
6.3 Fluss- und Zustandsdiagramme445
6.3.1 Flussdiagramm des Transportsystems445
6.3.2 Zustandsdiagramm des Antriebs447
6.3.3 Systemhierarchie450
6.4 Transportsimulation451
6.4.1 Fernsteuerung451
6.4.2 Benutzeroberfläche451
6.4.3 Programmcode453
6.5 Erkenntnisse aus der Fallstudie mit POA455
A Anhang458
A.1 Abkürzungen458
A.2 Glossar460
A.3 Literaturverzeichnis462
Index464

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