Simulation der Produktion in einer Bäckerei unter Berücksichtigung des Energiebedarfs. F. Hecker W. Hussein M. Mitzscherling T.

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1 Simulation der Produktion in einer Bäckerei unter Berücksichtigung des Energiebedarfs F. Hecker W. Hussein M. Mitzscherling T. Becker Detmold

2 Problemstellung Rohstoffe Produktion Produkt Produktionsplan Rezepte Maschinen Personal Energie Energiebedarf Anlagenbelegung Personalbedarf Zeit

3 Problemstellung Störungen Rohstoffe Rohstoffe Rohstoffe Rohstoffe Rohstoffe Produktion Produktion Produktion Produktion Produkt Produkt Produkt Produkt Produkt Produktionsplan Rezepte Maschinen Personal Energie Energiebedarf Anlagenbelegung Personalbedarf Zeit

4 Warum Simulationen? Simulationen versuchen die Realität mittels eines Models in der für die Anwendung erforderlichen Genauigkeit abzubilden. Es können auch sehr komplexe Systeme abgebildet und berechnet werden. Anhand von Simulationen können Szenarien durchgespielt oder Randbedingungen variiert und ihre Auswirkungen schnell und günstig untersucht werden ohne dass reale Versuche durchgeführt werden müssen.

5 Ziel Entwicklung eines einfach zu nutzenden Modellierungs- und Simulationswerkzeugs für die Backindustrie als Grundlage für die Produktions- und Investitionsplanung -Simulation der Produktionsprozesse in einer Bäckerei -Stückgenaue Simulation -Simulation ganzer Produktionspläne bzw. Arbeitsschichten -Optimierung der Prozesse hinsichtlich - Maschinenbelegung - Engpässe - Energiebedarf -Simulation von Anlagen, Linien oder Betrieben als Entscheidungshilfe bei Neu- und Ersatzinvestionen

6 Lösungsansatz Zusammenarbeit des FG Prozessanalytik und Getreidetechnologie mit Bakemark und mittelständischen Bäckereien Kommerzielle Software ARENA als Basis für die Simulation Anpassung der Software für die Zwecke der Backbranche - Abstraktion der Produktionseinrichtungen (Energiebedarf, Durchsatz usw.) - Abstraktion aller Produkt- und Energieströme - Erstellung von Bausteinbibliotheken für gängige Bäckereimaschinen - Erstellung einer einfach zu bedienenden Benutzeroberfläche

7 Modellierung mit ARENA ARENA arbeitet stückgenau, d.h. jedes Gebäck wird als einzelnes Objekt simuliert. Einzelne Gebäcke können zusammengefasst und vereinzelt werden. Das Verhalten von Anlagen kann aus Grundmodulen frei zusammengestellt werden. Alle Anlagen werden über definierte Produktionswege verbunden. Personal kann den einzelnen Prozessen frei zugeordnet werden.

8 Beispielsimulation - Produkte Product Name Number of Items Roggenbrot each of weight 1 kg. 100 Roggenbrot each of weight 0.5 kg. 50 Roggenmischbrot each of weight 1 kg. 100 Roggenmischbrot each of weight 0.5 kg. 50 Roggenbrötchen. 600 Brötchen. 600 Mohnbrötchen. 600 Baguette. 100 Weizenmischbrot each of weight 1 kg. 100 Weizenmischbrot each of weight 0.5 kg. 50 Mehrkornbrötchen. 600 Dinkelbrot each of weight 1 kg. 100 Dinkelbrot each of weight 0.5 kg. 50 Weissbrot. 100

9 Beispielsimulation - Personalressourcen Die Schicht beginnt um 1 Uhr und endet um 7.10 Uhr. Es sind drei Bäcker mit der Teigaufarbeitung beschäftigt. Einer von ihnen übernimmt auch die Teigbereitung. Weiteres Personal ist zuständig für die Ofenbeschickung und den Versand.

10 Produktionsplan Ready For Shipping Packaging Starts Cooling Starts Stikke/BandOven Entrance GS/GU Entrance Roggenbrot Mohnbrötchen¹ Mohnbrötchen Brötchen Mehrkornbrötchen¹ Roggenbrötchen Roggenmischbrot Baguette Mehrkornbrötchen WorkBench 2 Teiler/Portioner Entrance WorkBench 1 Delaying Process Starts Kneter/Mixer Entrance

11 Modellierung der Teigbereitung Zusammenstellung des Produkts aus verschiedenen Zutaten nach Rezept Verteilung auf zwei Knetsysteme

12 Modellierung der Gare Verteilung der Produkte auf Gärschrank oder Gärunterbrecher Verweildauer ist jeweils vom Produkt abhängig

13 Abkühlen und Verteilen Nach Durchlaufen von Ofen und Kühlung werden die Produkte im Warenausgang wieder auseinander sortiert.

14 Gesamtmodell Teigbereitung Aufarbeitung Gare/ Backen

15 Visualisierung der Simulation Graphische Darstellung der Produktion mit allen Anlagen, Personal und Transportwegen. Statistische Auswertung der Simulation nach wirtschaftlichen Kriterien Anlagenbelegung Verweilzeiten Wartezeiten Personalbedarf Energiebedarf Die Ermittlung der statistischen Kennzahlen erfolgt für jedes Szenario innerhalb weniger Sekunden.

16 Ergebnis der Simulation produzierte Mengen Number of Products Weissbrot. Roggenmischbrot each of weight 1 kg. Roggenmischbrot each of weight 0.5 kg. Roggenbrot each of weight 1 kg. Roggenbrot each of weight 0.5 kg. Dinkelbrot each of weight 1 kg. Dinkelbrot each of weight 0.5 kg. Mehrkornbrötchen. Mohnbrötchen. Weizenmischbrot each of weight 1 kg. Weizenmischbrot each of weight 0.5 kg. Brötchen. Baguette. Roggenbrötchen. Production Produktionsdauer Time From Start Of Mixing pro To End Produkt Of Packaging Roggenbrot Mohnbrötchen¹ Mohnbrötchen Brötchen Mehrkornbrötchen¹ Roggenbrötchen Roggenmischbrot Baguette Mehrkornbrötchen Weizenmischbrot Dinkel Weissbrot durchschnittl. Average Processing Anlagennutzung Time per Product (in minutes) pro Produkt WorkBench2 WorkBench1 Teiler Stikke Portionier and Wirkmaschine Packaging Mixer Kneter GS Band Oven Verteilung der Produkte auf die Anlagen Number of Products per Device WorkBench2 WorkBench1 Teiler Stikke Portionier und Wirkmaschine Packaging Mixer Kneter GU GS Band Oven

17 Ergebnis der Simulation No. Of Products Under Processing In GS With Time No. Of Products Under Processing In With Time Gärschrankbelegung Belegung Stikkenofen No. Of Products Under Processing In Bandoven With Time Belegung Bandofen Schichtdauer Shift Period 4

18 Optimierter Produktionsplan Roggenbrot Mohnbrötchen¹ Mohnbrötchen Brötchen Mehrkornbrötchen¹ Roggenbrötchen Roggenmischbrot Baguette Mehrkornbrötchen Weizenmischbrot Dinkel Weissbrot Ready For Shipping Packaging Starts Cooling Starts Stikke/BandOven Entrance GS/GU Entrance WorkBench 2 Teiler/Portioner Entrance WorkBench 1 Delaying Process Starts Kneter/Mixer Entrance

19 Optimierter Produktionsplan - Ergebnisse No. Of Products Under Processing In The Benchwork With Time (After Optimization) Personal, Aufarbeitung nach Optimierung No. Of Products Under Processing In The Benchwork With Time Arbeitszeit Aufarbeitung Arbeitszeit Aufarbeitung alt = h optimiert = h Zeitersparnis von 13%

20 Optimierter Produktionsplan - Ergebnisse No. Of Products Under Processing In Bandoven With Time Belegung des Bandofens No. Of Products Under Processing In BandOven With Time (After Optimization) nach Optimierung Belegung Bandofen Belegung Bandofen = alt optimiert h = h Verkürzung der Belegungszeit um 21%

21 Optimierter Produktionsplan - Ergebnisse No. Of Products Under Processing In Stikke With Time 4 4 No. Of Products Under Processing In Stikke With Time (After Optimization) Belegung des Stikkenofens nach Optimierung Belegung Stikkenofen Belegung Stikkenofen alt = 2, 833 optimiert = h 2166, h Verkürzung der Belegungszeit um 23%

22 Zusammenfassung Aufbauend auf ARENA wird eine maßgeschneiderte Plattform zur Produktionssimulation in Bäckereien entwickelt. Komplette Produktionspläne können in wenigen Sekunden simuliert werden. Umfangreiche Auswertemöglichkeiten stellen die zu erwartende Anlagenbelegung, den Personalbedarf und den Energieverbrauch dar. Veränderungen der Anlagenkonfiguration (Störungen, Investitionen usw.) können vorab auf ihre Konsequenzen analysiert werden.

23 Ausblick Aktuell: Simulation einer mittelständischen Bäckerei Schaffung von einfach zu bedienenden Bedienerschnittstellen Variation des Produktionsplans Änderungen an der Anlagenkonfiguration Entwicklung von Optimierungswerkzeugen Vielen Dank!