Meta-Modelle sind Rechenmodelle, die das Verhalten technischer Systeme näherungsweise beschreiben oder nachbilden. Sie werden aus Beobachtungen von Simulationsmodellen der technischen Systeme abgeleitet. Es handelt sich also um Modelle von Modellen, um Meta-Modelle. Meta-Modelle unterscheiden sich grundsätzlich von analytischen Ansätzen zur Systembeschreibung. Während analytische Ansätze in ihrer mathematischen Struktur die tatsächlichen Gegebenheiten des betrachteten Systems wiedergeben, sind Meta-Modelle stets Näherungen. Der Vorteil von Meta-Modellen liegt in ihrer einfachen Form. Sie sind leicht zu bilden und anzuwenden. Ihr Nachteil ist die nur annähernde und u.U. unvollständige Beschreibung des Systemverhaltens. Im folgenden wird die Bildung von Meta-Modellen anhand eines Bediensystems dargestellt. Zuerst werden die Möglichkeiten einer analytischen Beschreibung bewertet. Danach werden zwei unterschiedliche Meta-Modelle, Polynome und neuronale Netze, vorgestellt. Möglichkeiten und Grenzen dieser Formen der Darstellung des Systemverhaltens werden diskutiert. Abschließend werden praktische Einsatzfelder von Meta-Modellen in der Materialflußplanung und -simulation aufgezeigt.

Meta-Modelle sind Rechenmodelle, die das Verhalten technischer Systeme näherungsweise beschreiben oder nachbilden. Sie werden aus Beobachtungen von Simulationsmodellen der technischen Systeme abgeleitet. Es handelt sich also um Modelle von Modellen, um Meta-Modelle. Meta-Modelle unterscheiden sich grundsätzlich von analytischen Ansätzen zur Systembeschreibung. Während analytische Ansätze in ihrer mathematischen Struktur die tatsächlichen Gegebenheiten des betrachteten Systems wiedergeben, sind Meta-Modelle stets Näherungen. Der Vorteil von Meta-Modellen liegt in ihrer einfachen Form. Sie sind leicht zu bilden und anzuwenden. Ihr Nachteil ist die nur annähernde und u.U. unvollständige Beschreibung des Systemverhaltens. Im folgenden wird die Bildung von Meta-Modellen anhand eines Bediensystems dargestellt. Zuerst werden die Möglichkeiten einer analytischen Beschreibung bewertet. Danach werden zwei unterschiedliche Meta-Modelle, Polynome und neuronale Netze, vorgestellt. Möglichkeiten und Grenzen dieser Formen der Darstellung des Systemverhaltens werden diskutiert. Abschließend werden praktische Einsatzfelder von Meta-Modellen in der Materialflußplanung und -simulation aufgezeigt.

Digitale Zwillinge können in verschiedenen Einsatzgebieten genutzt werden, insbesondere innerhalb einer digitalen Fabrik. Im Zuge verschiedener studentischer Projekte an der Smart Factory AutFab der Hochschule Darmstadt wurden state-of-the-art Software-Tools zur Implementierung verschiedener digitaler Zwillinge verwendet. Bei einer Linienplanung wurde das Potential für Brownfield-Anlagen deutlich. Verschiedenste Projekte haben mithilfe von digitalen Zwillingen virtuelle Inbetriebnahmen erfolgreich durchgeführt und inzwischen den größten Teil der Smart Factory abgedeckt. Über Materialfluss- und Energieverbrauchs-Simulationen konnten Engpässe in der Fertigung identifiziert werden, welche in einem Unternehmen zu großen Einsparungen führen können. Schließlich wurde ein neuer Weg von kollaborativer Entwicklungsarbeit gezeigt, welcher den Aufwand beim Aufbau von Systemen mit hoher Ähnlichkeit erheblich reduzieren kann.

In der Stahlindustrie sind strategische Entscheidungen mit hohen Investitionsbedarfen verbunden und aufgrund komplexer Produktionsvorgänge oft nur schwer zu bewerten. Im Rahmen der Arbeit wird ein Modell vorgestellt, das eine Verbindung zwischen der Veränderung technischer Parameter im Produktionsnetzwerk und ihren Auswirkungen auf den Wert der Unternehmung zulässt. Hierfür werden die zukünftigen Freien Cashflows bestimmt, die aus der Betriebstätigkeit (Produktion und Vertrieb) der Unternehmung resultieren und diskontiert zu einem Unternehmenswert aufsummiert (DCF). Entscheidend hierbei ist der Trade-off zwischen der technischen Detailtreue des Modells und der Handhabbarkeit (Modularität) bei der kurzfristigen Bewertung strategischer Fragestellungen. Abschließend wird der Einsatz des Modells anhand von Beispielen demonstriert.

Univ., Diss--Marburg, 2007.

Universiẗat, Diss.--Erlangen-Nürnberg, 2005.

This thesis focuses on control strategies for intralogistics transport systems. It evaluates how switching from central to decentral dispatching approaches influences the performance of these systems. Many ideas and prototypes for implementing decentral control have been suggested by the scientific community. But usually only the qualitative advantages of this new paradigm are stated. The impact on the performance is not quantified and analyzed. Additionally, decentral control is often confused with distributed algorithms or uses the aggregation of local to global information. In the case of the latter, the technological limitations due to the communication overhead are not considered. The decentral prototypes usually only focus on routing. This paper takes a step back and provides a generic simulation environment which can be used by other researchers to test and compare control strategies in the future. The test environment is used for developing four truly decentral dispatching strategies which work only based on local information. These strategies are compared to a central approach for controlling transportation systems. Input data from two real-world applications is used for a series of simulation experiments with three different layout complexities. Based on the simulation studies neither the central nor the decentral dispatching strategies show a universally superior performance. The results depend on the combination of input data set and layout scenario. The expected efficiency loss for the decentral approaches can be confirmed for stable input patterns. Regardless of the layout complexity the decentral strategies always need more vehicles to reach the performance level of the central control rule when these input characteristics are present. In the case of varying input data and high throughput the decentral strategies outperform the central approach in simple layouts. They require fewer vehicles and less vehicle movement to achieve the central performance. Layout simplicity makes the central dispatching strategy prone to undesired effects. The simple-minded decentral decision rules can achieve a better performance in this kind of environment. But only complex layouts are a relevant benchmark scenario for transferring decentral ideas to real-world applications. In such a scenario the decentral performance deteriorates while the layout-dependent influences on the central strategy become less relevant. This is true for both analyzed input data sets. Consequently, the decentral strategies require at least 36% to 53% more vehicles and 20% to 42% more vehicle movement to achieve the lowest central performance level. Therefore their usage can currently not be justified based on investment and operating costs. The characteristics of decentral systems limit their own performance. The restriction to local information leads to poor dispatching decisions which in return induce self-enforcing inefficiencies. In addition, the application of decentral strategies requires bigger storage location capacity. In several disturbance scenarios the decentral strategies perform fairly well and show their ability to adapt to changed environmental conditions. However, their performance after the disturbance remains in some cases unpredictable and relates to the properties of self-organizing complex systems. A real-world applicability has to be called into question.

A considerable rise in the Electric Arc Furnace steelmaking has taken place in the EU during the last decade. As a result, the amount of steelmaking dust has increased as well. This dust is recycled in order to recover the valuable amount of zinc present in it. In contrast to the increase in dust generation, the capacity of recycling sites has not changed accordingly and there are growing concerns over this imbalance. In the present thesis, logistics and resource allocation of dust recycling in the EU are analysed. Data collected through a questionnaire survey was used to formulate the transportation model of linear programming. The results of the model highlight the location of gaps in recycling capacity and its uneven geographical distribution. The state of the recycling can be improved by research in scrap de-zincing; a process that can recover most of the zinc prior to steelmaking thereby lowering the total amount of dust. To this effect experiments were conducted using electro-galvanized scrap samples in order to study the kinetics of zinc evaporation. Various parameters such as the flow rate of carrier gas, scrap heating rate, packed bed voidage, permeability, and specific surface area were studied with a view of a possible scale-up of the process. The results show that there is a potential of integrating the de-zincing step into high temperature scrap pre-heating processes using shaft type systems that utilize off-gases of steelmaking and auxiliary burners.

In der Stahlindustrie sind strategische Entscheidungen mit hohen Investitionsbedarfen verbunden und aufgrund komplexer Produktionsvorgänge oft nur schwer zu bewerten. Im Rahmen der Arbeit wird ein Modell vorgestellt, das eine Verbindung zwischen der Veränderung technischer Parameter im Produktionsnetzwerk und ihren Auswirkungen auf den Wert der Unternehmung zulässt. Hierfür werden die zukünftigen Freien Cashflows bestimmt, die aus der Betriebstätigkeit (Produktion und Vertrieb) der Unternehmung resultieren und diskontiert zu einem Unternehmenswert aufsummiert (DCF). Entscheidend hierbei ist der Trade-off zwischen der technischen Detailtreue des Modells und der Handhabbarkeit (Modularität) bei der kurzfristigen Bewertung strategischer Fragestellungen. Abschließend wird der Einsatz des Modells anhand von Beispielen demonstriert.

The Photovoltaic Industry is at a crossroads for change. Improving the sustainability of this complex system requires a thorough understanding of the entire life cycle of the solar module production. The product life cycle is thereby divided into the value added steps of raw material extraction, outsourced production, in-house production, operation, and recycling. Furthermore, the following report distinguishes between social, ecological, and economic sustainability. The report offers a compacted matrix with all parts of sustainability and each life cycle stage in order toshow companies of the photovoltaic industry the sensible areas. This should be a first step for improving the sustainability in the whole life cycle of a solar module.