SA von R. Zwissler, 2001

Titel

Ereignisdiskrete Modellierung und Simulation einer Produktionsanlage der chemischen Industrie

(SA: D-MAVT)

Betreuung

S. Fabricius, Prof. Dr. W. Kröger

Abgabe

Februar 2001

Abstract

Aufgabe war es, mit Hilfe von Petri – Netzen in der Modellierungsumgebung PACE Boolesche Zustandsmodelle für Funktion und Nichtfunktion und Modelle von typischen verfahrenstechnischen Strukturen zu erstellen. Mit den entwickelten Modellen wurde das Ausfallverhalten einer real existierenden Produktionsanlage abgebildet. Durch Simulationsexperimente mit dem entwickelten Modell konnte ein Wert für die Verfügbarkeit der Anlage ermittelt werden und durch Modellparametervariationen war es möglich die Auswirkungen von Veränderungen der Anlage auf diese Verfügbarkeit zu beurteilen.

Für die Erstellung der Booleschen Modelle ist PACE sehr geeignet. Für eine einzelne Komponente werden die Stellen 'Komponente funktioniert' und 'Komponente funktioniert nicht' durch Kanten über Transitionen verbunden, denen exponentialverteilte Zufallszahlen als Verzögerungszeiten zugeordnet werden können. Das Verhalten dieser Modelle entspricht den Erwartungen.

Bei der Darstellung von verfahrenstechnischen Strukturen in PACE muss darauf geachtet werden, welche Information vom Modell geliefert werden soll. Je nach gewünschter Information und Genauigkeit, kann für einen Apparat ein einfacheres oder ein komplizierteres Simulationsmodell erstellt werden und die Rechenzeiten unterscheiden sich voneinander.

Das Simulationsmodell der gesamten Anlage wird mit Hilfe von Modulen und Kanälen in PACE in verschiedene Ebenen aufgeteilt. In der Anlagenebene findet der Massenfluss durch die verfahrenstechnischen Apparate statt. In der Komponentenebene befinden sich die Booleschen Zustandsmodelle für Funktion und Nichtfunktion der verschiedenen Komponenten. Die Steuerung des Simulationsmodells erfolgt mit Hilfe von Ventilen, die in der Steuerungsebene mit Informationen aus den beiden anderen Ebenen geöffnet oder geschlossen werden. In der Bewertungsebene werden Informationen über die Anlage gesammelt und ausgewertet.

Um die Anlage über einen Zeitraum von achtzig Jahren zu simulieren braucht ein Pentium II (400 MHz) – Computer 25 Stunden. Das Simulationsmodell liefert einen Wert für die Anlageverfügbarkeit von 96.4 %. Dieser Wert liegt sehr nahe beim vom Betreiber ermittelten Wert von 97 %.

Nach Verdoppelung aller Tankvolumina oder der Lebenszeiten aller Komponenten konnten kleine Verbesserungen der Verfügbarkeit festgestellt werden. Die vorgenommenen Parametervariationen sind relativ grob und undifferenziert. Im Rahmen dieser Arbeit wurden aus zeitlichen Gründen keine weiteren Experimente durchgeführt. Im entwickelten Simulationsmodell können jedoch sehr einfach die Parameter Volumen und Lebenszeit verändert werden und weitere Untersuchungen durchgeführt werden. Mögliche Experimente könnten sein, die Lebensdauer der Komponente mit der kleinsten Lebenszeit zu erhöhen oder nur die Fassungsvermögen einzelner Tanks zu verändern. Die so ermittelten vermeidbaren Verluste könnten mit den notwendigen Investitionskosten zum Erreichen der erhöhten Verfügbarkeit verglichen werden. Da ein Produktionsausfall von einer Stunde dem Betreiber Kosten von etwa zweitausend Franken verursacht, können sich Investitionen für kleine Verbesserungen der Verfügbarkeit bereits lohnen.