Fabrikplanung

Fabriksysteme effizient, resilient und nachhaltig gestalten

Wir nutzen präzise Simulationen, um individuelle Effizienzpotenziale sichtbar zu machen und fundierte Entscheidungen für Ihre Planung zu ermöglichen.

Dank unserer langjährigen Erfahrung in der Fabrikplanung in verschiedenen Industriebranchen erzielen wir verlässlich erfolgreiche Projektergebnisse. Dazu zählen Projekte mit Automobilherstellern und Zulieferern, im Werkzeugbau sowie in der Luft- und Raumfahrt. Ebenso haben wir zahlreiche Simulationen im Bereich der Textil- und Lebensmittelindustrie sowie bei Schienenfahrzeugen und im Transportsektor umgesetzt.

In allen Planungs- und Simulationsvorhaben orientieren wir uns an anerkannten Standards wie der VDI 5200 und VDI 3633. Gleichzeitig entwickeln wir innovative Lösungen für individuelle Problemstellungen. Für die Fabrikplanung nutzen wir verschiedene Softwaretools und verfügen insbesondere im Umgang mit Siemens Tecnomatix Plant Simulation und visTABLE über jahrzehntelange Expertise.

Unser Kompetenzportfolio erweitern wir kontinuierlich, sodass wir an der Schnittstelle zu BIM-orientierten Tools an digitale Bauprozesse anknüpfen können. 

Unser Leistungs- und Serviceangebot

Unser Angebot reicht von der Produktions- und Logistikplanung (Kapazitäts- und Lagerplanung, Transportsysteme) über die Planung und Simulation von Materialflüssen, der Layoutplanung, Wirtschaftlichkeitsbetrachtung bis hin zur Nutzung von Werkzeugen zur Datenanalyse, Modellierung, Simulation und Visualisierung.

Prozessbewertung und -optimierung

Struktur- und Layoutplanung

Materialflusssimulation für Produktion und Logistik

Energiedatenerfassung und -aufbereitung

Auslegung und Einführung nachhaltiger Energiesysteme

Prozessbewertung und -optimierung

Mit dem Ziel, Engpässe zu erkennen und Optimierungen abzuleiten, generieren wir eine Wertstrom- und Materialflussanalyse Ihrer Produktion. Damit erstellen wir eine Ist-Aufnahme von Abläufen und identifizieren Effizienzpotentiale für Materialfluss sowie Materialbereitstellung, den Informationsfluss und die Logistik (Lagerdimensionierung und Lagerstrategien) in Ihrem Betrieb.

Grundlegende Vorgehensweise
© Fraunhofer IWU
Grundlegende Vorgehensweise

Struktur- und Layoutplanung

In der Struktur- und Layoutplanung entwickeln wir – gemäß dem grundlegenden Vorgehen nach VDI 5200 – verschiedene Grob- und Feinlayoutvarianten gemeinsam mit Ihnen in einem iterativen Prozess. Dabei kombinieren wir unsere umfangreiche Planungserfahrung mit leistungsstarken Softwarewerkzeugen und fundierten Analysemethoden.

Zur Entscheidungsunterstützung setzen wir unter anderem mehrkriterielle Bewertungsverfahren wie Nutzwertanalysen ein. Ergänzend nutzen wir Sankey-Diagramme zur Visualisierung von Material- und Energieflüssen sowie mathematische Optimierungsansätze, um die bestmögliche Lösung für Ihre Anforderungen zu identifizieren.

Dabei folgen wir fünf etablierten Projektierungsschritten:

  • Analyse Produktionsprogramm
  • Funktionsbestimmung
  • Dimensionierung
  • Strukturierung
  • Gestaltung
Projektierungsschritte der Fabrikplanung
© Fraunhofer IWU
Projektierungsschritte der Fabrikplanung

Materialflusssimulation für Produktion und Logistik

Technische Bewertung

Materialflusssimulation ist eine bewährte Methode zur Planung von Produktions- und Logistiksystemen. Sie begleitet den gesamten Lebenszyklus eines Systems – von den ersten Konzepten über die Realisierung bis hin zum laufenden Betrieb. Durch Simulation lassen sich komplexe zeitliche Abläufe in der Produktion darstellen und Gestaltungsvarianten oder Anpassungen testen, ohne kostenintensive Eingriffe in das reale System vornehmen zu müssen. 

Für die Simulation nutzen wir etablierte Tools wie Siemens Plant Simulation. Die integrierten Standardfunktionen sind umfangreich parametrierbar und ermöglichen die Modellierung einer Vielzahl realer Systeme. Für komplexere Umgebungen oder Steuerungslogiken verknüpfen wir diese Grundelemente zu komplexen Bausteinen durch einzelfallangepasste Programmierung.

Damit unterstützt die Simulation als Auslegungswerkzeug bei verschiedenen Aufgabenstellungen, beispielsweise:

  • Engpässe identifizieren und Materialfluss sowie Anordnung optimieren.
  • Produktionsplanungs- und -steuerungsstrategien testen.
  • Integrierte energetische Betrachtung durchführen und das Potential zur Lastflexibilisierung prüfen.

Beispiel für die Auslegung eines automatisierten Hochregallagers

Wirtschaftliche Bewertung

Die Simulation des Produktionsprozesses lässt sich um eine Kostensimulation erweitern. Dadurch können unterschiedliche Szenarien – etwa Anlagenanpassungen – nicht nur hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit, sondern auch unter wirtschaftlichen Gesichtspunkten bewertet werden. Die Bewertung erfolgt dabei in drei Schritten:

  1. Ermittlung der Kennzahlen zur Kosten- und Erlösrechnung
    Dazu gehören beispielsweise Maschinenstundensätze, Stückkosten oder Gesamtkosten.
  2. Durchführung der Investitionsrechnung
    Das erfolgt durch den automatisierten Vergleich von mehreren Planungsvarianten.
  3. Berechnung statischer und dynamischer Investitionszahlen
    Dazu zählen zum Beispiel der Kapitalwert oder die Amortisationsdauer. 


Ökologische Bewertung

Zur ökologischen Bewertung kann die Simulation um die Analyse und Optimierung des Energieverbrauchs erweitert werden. Mit vorhandenen oder angepassten Bausteinen lassen sich Energiedaten in die Simulation integrieren, um:

  • neben der Produktivität auch Spitzenlasten und den Gesamtenergieverbrauch der Produktion sichtbar zu machen.
  • energetische Hotspots zu identifizieren und durch angepasste Produktionssteuerung zu reduzieren.
  • die Dimensionierung und den Einsatz von autonom agierenden, batteriebetriebenen Transportsystemen und deren Ladestrategien zu verbessern.
  • auch in anderen Stoffströmen wie Druckluft oder Wasserkreisläufen Transparenz zu schaffen und Effizienzmaßnahmen zu planen.

Diese Bausteine zur technischen, wirtschaftlichen und ökologischen Bewertung können je nach Fragestellung beliebig kombiniert werden, um Ihnen ein ganzheitliches Bild auf geplante Anpassungen Ihrer Produktion oder Logistik zu ermöglichen. 

Beispiel zur Visualisierung energetischer Hotspots in einem Kreislauf von Fahrerlosen Transportfahrzeugen
Beispiel zur Visualisierung energetischer Hotspots in einem Kreislauf von Fahrerlosen Transportfahrzeugen

Energiedatenerfassung und -aufbereitung

Steigern Sie die Leistung Ihrer Produktion durch unsere maßgeschneiderte Energiedatenerfassung. Im ersten Schritt analysieren wir Ihr System und erfassen alle relevanten Energiedaten– von Stromverbrauch über Druckluftnutzung bis hin zu Abwärmeströmen.

Auf Basis dieser Daten entwickeln wir ein individuelles Messkonzept, das die notwendigen Informationen in optimalen Zeitintervallen erfasst – auch während spezieller Produktionsphasen. Wir werten die Lastprofile detailliert aus und identifizieren kritische Bereiche, um gezielte technische und wirtschaftliche Maßnahmen abzuleiten.

Zusätzlich erfassen wir umfassende thermische Messdaten, um die klimatischen Bedingungen Ihrer Produktionshallen präzise zu analysieren. So erkennen wir weitere Potenziale zur Steigerung der Energieeffizienz und zur Stabilisierung des Raumklimas.

Auslegung und Einführung nachhaltiger Energiesysteme

Um die Bewertung Ihres Gesamtsystems oder spezifischer Teilbereiche effizient umzusetzen, profitieren Sie von unserer umfangreichen Erfahrung mit einer Vielzahl von Simulationswerkzeugen. Diese leistungsstarken Tools ermöglichen es uns, präzise Analysen durchzuführen und fundierte Entscheidungen zu treffen, die die Effizienz Ihres Systems steigern und Ihre Produktionsprozesse optimieren:

  • MATLAB Simulink: modellbasierte Tests von Steuerungsfunktionen
  • Polysun: Simulation von Energieversorgung, TGA und sonstigen Speichern, Wandlern und Verbrauchern, um ein optimiertes Gebäudegesamtsystem dynamisch auszulegen
  • Ansys-Tools: detaillierte Strömungs- und Systemsimulationen

Referenzprojekte

 

Assistierte Fabrikplanung

Die vom Fraunhofer IWU entwickelte Software »PlanningAssistent« erlaubt bereits in einer sehr frühen Produktentstehungsphase einen sehr detaillierten Blick in mögliche Prozessketten und die damit verbundene Fabrik. Dieser Einblick soll nahezu ohne Mehraufwand für Produktentwickelnde ermöglicht werden, sodass möglichst viele Produkte von Anfang an so gedacht werden können, dass sie unter Berücksichtigung diverser Randbedingungen fertigungstechnisch ideal umsetzbar sind.

 

ZIEL – Zukunftsfähiges, intelligentes Energie- und Lastmanagement

Um trotz Schwankungen regenerative Energiequellen auch in der Industrie maximal zu nutzen, bedarf es eines ganzheitlichen Ansatzes, der das aktive Managen von Energiequellen, -verbrauchern, -wandlern und -speichern an den Produktionsstandorten umfasst. Unsere Lösung »ZIEL« umfasst nicht nur die innerbetriebliche Verbrauchsoptimierung, sondern bezieht auch alle Steuerungsebenen der Fabrik ein.

 

ESiP – Energiespeicher in der Produktion

Eine Umfrage unter Maschinen- und Anlagenherstellern ergab, dass zur Grundlastoptimierung und Absenkung von Lastspitzen Forschungsbedarf besteht. Unterschiedliche Anwendungsszenarien und Maschinentypen müssten betrachtet werden, um eine maschinenoptimierte Auslegung dank passender Algorithmen zu erreichen, Energiespeicher optimal auszulegen und bestmöglich ausnutzen zu können. Dieser Problematik nimmt sich das Projekt ESiP an. 

EU-Projekt ECOFACT

Öko-innovatives Energiemanagementsystem für Fabriken auf Basis einer erweiterten Ökobilanz (LCA) und Lebenszykluskostenanalyse (LCCA) für eine ressourceneffiziente Fertigung

EU-Projekt RENOMIZE

Renovierung mit Automatisierung und Optimierung von Prozessen und Produkten

Blog Zukunftsfabrik

Um eine Fabrik zukunftsfähig zu gestalten und zu betreiben, sind u.a. digitalisierte Planungsprozesse und eine nachhaltige Energieversorgung erforderlich. Unser Blog wirft einen Blick auf diese und weitere Themen und zeigt, wie wir individuelle, aber auch generalisierbare Optimierungen schaffen.