Inhalte der Online-Ausgabe 4-2020

Nachhaltigkeit in der Produktion – die Krise als Startschuss für den Umbruch

P. Burggräf, MBA – Lehrstuhl­inhaber des Lehrstuhls für International Production Engineering and Management an der Universität Siegen (Editorial)

Wie die vergangenen Krisen wird auch die Corona-Krise der Startpunkt für den nächsten Aufschwung sein. Zu Deutschlands Stärke, diese Krise zu bewältigen, trägt neben dem sozialen Sicherungssystem und einem soliden Finanzhaushalt nicht zuletzt auch der hohe industrielle Wertschöpfungsanteil bei. Wir diskutieren schon heute, ob sich die Wirtschaft gemäß dem V- oder dem U-Szenario entwickelt. Das Vorkrisenniveau als wirtschaftliches Ziel ist also gesetzt. Dies sollte allerdings nicht zu einem Blick in den Rückspiegel führen. Die Krise wird der Wegbereiter für gesellschaftliche und wirtschaftliche Umbrüche sein. Sie beschleunigt den Zerfall ausgedienter Geschäftsmodelle und setzt Kapazitäten für neue Prioritäten frei. Es geht also darum, nötige Anpassungen und Neuausrichtungen für die Wettbewerbsfähigkeit nach der Krise vorzunehmen.

Multiagentensysteme in der Agilen Montage*

P. Burggräf, M. Dannapfel, T. Adlon, H. Kahmann, E. Schukat, L. Holtwiesche – Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen

In der variantenreichen Automobilindustrie gewinnen Montagesysteme mit frei vernetzten und taktzeitunabhängigen Montagestationen stetig an Bedeutung. Durch zunehmende Freiheitsgrade und den damit verbundenen Komplexitäts­anstieg stellt sich jedoch die Frage, wie die Anforderungen nach Robustheit und Echtzeitfähigkeit in der Ablaufplanung erfüllt werden können. In diesem Beitrag wird ein Konzept zur Ablaufplanung in der „Agilen Montage“ unter Verwendung von Multiagentensystemen vorgestellt, das auch hinsichtlich der Anwendbarkeit in der Automobilmontage geprüft wurde.

Einführung einer autonomen Produktion*

E. Neumann, S. Schumacher, D. Bauer, T. Bauernhansl; T. Lucht, P. Nyhuis – Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart; Institut für Fabrikanlagen und Logistik (IFA), Leibniz Universität Hannover

Industrie 4.0 ist geprägt von autonomen Produktionssystemen. Das Erreichen von Autonomie stellt viele Industrieunternehmen vor große Herausforderungen. Handlungsleitende Unterstützung bei der Einführung von Autonomie ist ein essenzieller Erfolgs­faktor. Das hier vorgestellte Reifegradmodell bietet Unternehmen die Möglichkeit, den aktuellen Entwicklungsstand, die individuelle Zielsetzung und den entsprechenden evolutionären Weg dahin zu identifizieren.

Integrierter Planungsansatz zur regionalen Standortplanung und -entwicklung*

M. Krause, P. Nyhuis; D. Kik, T. S. Spengler – IFA, Leibniz Universität Hannover; Institut für Automobilwirtschaft und Industrielle Produktion (AIP), Technische Universität Braunschweig

Die zunehmende Ansiedlung von Unternehmen in städtischen Ballungsräumen stellt die regionale Standortplanung vor neue Herausforderungen. Damit Unternehmen langfristig vorteilhafte Entscheidungen in der Standortplanung und -entwicklung treffen können, müssen sie verstärkt mit Kommunen kooperieren. Vor diesem Hintergrund wurde im DFG-­Forschungsprojekt „MetroPlant“ ein integrierter Plan­ungsansatz entwickelt, der Unternehmen bei der regionalen Stand­ort­bewertung und -entscheidung unterstützt. Berücksichtigt werden dabei unternehmensseitige und kommunale Maßnahmen zur Entwicklung von Standorten über die Zeit. Dieser Beitrag stellt wesentliche Erkenntnisse einer workshopbasierten Validierung des entwickelten Planungsansatzes vor.

Technologieintegrierte Fabrikplanung für KMU*

I. Glodde, H. Scholz, T. Knothe, H. Kohl – Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK, Berlin

Für kleine und mittelständische Unternehmen (KMU) ist die Fabrikplanung mit digitalen Werkzeugen und Methoden in der Regel nicht wirtschaftlich, obwohl sie die gleichen Qualitäts­anforderungen an die Fabrikplanung stellen wie große Unternehmen. Dieser Beitrag zeigt, wie auf Basis von Unternehmensmodellen die technologieintegrierte Fabrik­planung wirtschaftlich die Planungsqualität steigert, indem sie bereits in der frühen Entwicklungsphase Kernelemente der Planung synchronisiert: Fabrikkonzept, Fertigungsprozesse, Technologien und Digitalisierung.

Kontinuierliche Planung von Logistikflächen*

M. Teucke, M. Veigt, H. Engbers, M. Freitag; M. Klose – BIBA Bremer Institut für Produktion und Logistik GmbH; Universität Bremen; abat AG, Bremen

Da Logistikflächen für innerstädtische Fabriken nur begrenzt verfügbar sind, ist deren bestmögliche Nutzung bedeutsam. Der Einsatz von Softwarewerkzeugen ist in der Neuplanung von Logistikflächen gängige Praxis. Die effiziente Nutzung bestehender Flächen in Anbetracht geänderter Anforderungen wird aber selten kontinuierlich überprüft. Der Beitrag zeigt, wie eine kontinuierliche planerische Restrukturierung von Logistikflächen durch ein digitales Assistenzsystem unterstützt werden kann.

Blockchain-Lösungen für den produktionstechnischen Mittelstand

T. Bux, M. Mohr – Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW), Universität Stuttgart; inovex GmbH, Hamburg

Die Digitalisierung findet Einzug in den deutschen produktionstechnischen Mittelstand. Bisherige Ansätze beschränken sich auf Optimierungen firmeninterner Prozesse. Der nächste Schritt ist die Nutzung dieser Ansätze, um firmenübergreifende Geschäftsmodelle zu realisieren. Noch gibt es jedoch einige Herausforderungen, die diesen Schritt verhindern. In diesem Beitrag werden diese Herausforderungen durchleuchtet und ein Lösungsansatz präsentiert.

Easer

D. Flum, D. Franz, M. Sporleder, L. Theisinger, E. Abele – Institut für Produktionsmanagement, Technologie und Werkzeugmaschinen (PTW), Technische Universität Darmstadt

Industrielle Kälte- und Wärmeversorgungssysteme haben mit 75 % einen erheblichen Anteil am Gesamtenergiebedarf der deutschen Industrie. Der zunehmende Anteil erneuerbarer volatiler Energien führt dazu, dass die Energieflexibilität der Anlagen an Bedeutung gewinnt. Mit „Easer“ wird in diesem Beitrag das Konzept eines webbasierten Planungswerkzeugs vorgestellt, das die Energieeffizienz und Energieflexibilität im Sinne eines ganzheitlichen Demand Side Management berücksichtigt.

Robuste Produktion im volatilen Umfeld*

S. Stobrawa, S. Wöllnitz, M.-A. Dittrich – Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW), Leibniz Universität Hannover

Unter den Bedingungen eines volatilen Umfelds wird es für Unternehmen heute schwieriger die Zielerreichung in der Produktion sicherzustellen. Heterogene Schwankungen im Ver­halten der Elemente eines Produktionssystems erfordern die Fähigkeit, Planzustände stabil beibehalten zu können. Dieser Beitrag stellt einen Messansatz vor, der mithilfe der Materialflusssimulation diese Elemente einer Produktion hinsichtlich ihrer Robustheit bewertet. So lassen sich robuste Produktionssysteme ableiten.

Echtzeitabbild der Produktion*

T. Donhauser, U. Endter, T. Schmidt, J. Franke; L. Baier, P. Schuderer – Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik FAPS, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg; Technische Hochschule Ingolstadt

Systeme zur Produktionsplanung und -steuerung (PPS) können zeitdynamische Wechselwirkungen nur bedingt berücksichtigen. Dies wird erst durch zusätzliche Simulationsfunktionen in Form einer simulationsgestützten Optimierung möglich und führt so zu effizienteren und besser umsetzbaren Plänen. Der erforderliche produktionssynchrone digitale Zwilling entsteht durch geeignete Anbindung des Simulationsmodells an betriebliche Automatisierungs- und Erfassungssysteme. Diese Verknüpfung wird hier im Detail erläutert.

Eine bibliometrische Analyse

M. Schmidt, J. T. Maier; M. Grothkopp – Institut für Produkt- und Prozess­innovation (PPI), Leuphana Universität Lüneburg; Institut für Technologiemanagement, Universität St. Gallen

Produzierende Unternehmen stehen in einem dynamischen Umfeld vor der Herausforderung eine zunehmende Daten­menge effizienter zu verarbeiten. In diesem Zusammenhang werden häufig Ansätze des maschinellen Lernens (ML) diskutiert. Der Beitrag stellt eine umfassende Aufarbeitung des Stands der Forschung bezogen auf den Einsatz von ML-­Ansätzen in der Produktionsplanung und -steuerung (PPS) bereit. Daraus lässt sich der Forschungsbedarf in den einzelnen Aufgaben­gebieten der PPS ableiten.

Systematische Methoden­auswahl bei der Digitalisierung*

A. Selmaier, B. Martens, M. Sjarov, M. Kuhn, M. Herbert, J. Franke – Lehrstuhl für FAPS, Universität Erlangen-Nürnberg

Digitalisierungsprojekte sind Softwareprojekte. Sequenzielle Planungsmethoden, wie sie im konventionellen Projekt­management überwiegend Anwendung finden, eignen sich nur bedingt für diesen Projekttyp, da die anwendungsspezifischen Anforderungen sowie die Abhängigkeiten der Anlagen und IT-Systeme untereinander zu einem erheblichen Anstieg der Gesamtkomplexität führen. In diesem Beitrag wird daher ein Ansatz zur systematischen Auswahl geeigneter Projekt­managementmethoden für Digitalisierungsprojekte vorgestellt, welcher die traditionelle Projektplanung im Produktionsumfeld um iterative Vorgehensweisen aus der Software­­­entwicklung ergänzt.

Digital assistierte Montageplanung*

L. Bußwinkel, J.-C. Hauk, H. Schneider; R. Stark – Volkswagen AG, Wolfsburg; Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb (IWF), Technische Universität Berlin

Die Montageplanung ist durch große manuelle Aufwände sowie eine auf Erfahrungen und Expertenwissen basierende Entscheidungsfindung geprägt. Trotz zahlreicher Forschungs­aktivitäten wird nur eine geringe Automatisierung der Montageplanung erreicht. Daher wird für die Montageplanung ein Assistenzstufenmodell erarbeitet, das zukünftig eine systematische Entwicklung digitaler Assistenzsysteme erlaubt, die in der industriellen Praxis einen Mehrwert erzeugen.

Planung automatischer Identifikationstechnologien*

P. Wilsky, L. Weißflog, R. Prielipp, M. Bojko, R. Riedel – Technische Universität Chemnitz

Technologien zur automatischen Identifikation (Auto-ID) von Objekten dienen im industriellen Kontext zunehmend als Basis für neuartige Services. Sie sind essenzieller Bestandteil von Nachverfolgungsfunktionen, etwa für Produktionsfortschrittskontrollen und Materialflussoptimierungen. Sie identifizieren und lokalisieren Werkstücke, Produkte und/oder Betriebsmittel. Mit Anwendung und Akzeptanz in den Unternehmen steigt auch die Anzahl an Technologien und Anbietern im Markt. Um den Planungsprozess zum Einsatz dieser Technologien zu strukturieren und Planern einen Leitfaden zur Verfügung zu stellen, wurde ein Verfahren zur Auswahl geeigneter Technologien entwickelt.

Digitalisierung mit Weiterbildung gestalten*

B. Denkena, M.-A. Dittrich, G. Vibora Münch, S. Thiem – IFW, Garbsen

Die Digitalisierung verändert Unternehmen. Mitarbeitende dabei mitzunehmen ist Aufgabe der Weiterbildung. Doch das undurchsichtige und standardisierte Weiterbildungsangebot ist oft nicht passend. Wie der alternative Weg, weg von standardisierten Weiterbildungsangeboten, aussehen kann, zeigt dieser Beitrag. Ausgehend vom Arbeitssystem wird beschrieben, wie über Handlungsfelder Kompetenzlücken gefunden und Weiterbildungskonzepte entwickelt werden können.

Konfiguration der Variantenflexibilität*

R. Ungern-Sternberg, K. Erlach – Fraunhofer IPA, Stuttgart

Flexible Produktionsressourcen stellen die aktuell benötigen Artikel wirtschaftlich her. Mithilfe des EPEI (Every-Part-Every-­Interval) lassen sich Losgrößen für eine maximal flexible Produktion berechnen. Der vorgestellte Ansatz erweitert die EPEI Berechnung um einen Kennwert zur Bestimmung und Konfiguration des Flexibilitäts-Engpasses in auftragsbasierten Produktionen und zeigt die Durchführung an einem Beispiel.

GPS-Einführung in KMU der Pharmaindustrie*

F. Sieckmann, H. Kohl – Fraunhofer IPK, Berlin

Die Einführung eines Ganzheitlichen Produktionssystems (GPS) ist ein geeignetes Mittel zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit. Für kleine und mittlere Pharmaunternehmen gestaltet sich eine solche Einführung aufgrund von Branchenspezifika oft als Herausforderung. Zur Unterstützung bei der Einführung eines GPS in kleinen und mittleren Pharmaunternehmen wurde eine Methodik zur Auswahl, Konfiguration und Implementierung passender Methoden entwickelt und in Form einer Software zugänglich gemacht.

Digitale Produktion und intelligente Steuerung*

M. C. May, A. Kuhnle, G. Lanza – wbk Institut für Produktionstechnik, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Im Rahmen der stufenweisen Umsetzung von Industrie 4.0 erreicht die Vernetzung und Digitalisierung die gesamte Produktion. Den physischen Produktionsprozess nicht nur cyber-physisch zu begleiten, sondern durch eine virtuelle, digitale Kopie zu erfassen und zu optimieren, stellt ein enormes Potenzial für die Produktionssystemplanung und -steuerung dar. Zudem erlauben digitale Modelle die Anwendung intelligenter Produktionssteuerungsverfahren und leisten damit einen Beitrag zur Verbreitung optimierender adaptiver Systeme.

Live Soll-Ist-Abgleich mit Augmented Reality

H. Graf – Fraunhofer-Institut für Graphische Daten­verarbeitung IGD, Darmstadt

Automatisierte, Computer-Vision-gestützte Systeme objektivieren die Qualitätskontrolle in der Automobilproduktion. Augmented-Reality-Technologien des Fraunhofer-Instituts für Graphische Datenverarbeitung IGD vereinen reale und digitale Produktionsumgebung undlassen so auf den ersten Blick Abweichungen zwischen Ist und Soll erkennen.

Transfer Learning für visuelle Kontrollaufgaben*

H. Würschinger, M. Mühlbauer, N. Hanenkamp – Lehrstuhl für Ressourcen- und Energieeffiziente Produktionsmaschinen, Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

In der industriellen Praxis wird eine Vielzahl von Prozess- und Qualitätskontrollaufgaben visuell von Mitarbeitern oder mithilfe von Kamerasystemen durchgeführt. Durch den Einsatz Künstlicher Intelligenz (KI) lässt sich die Programmierung und damit die Implementierung von Kamerasystemen effizienter gestalten. Im Bereich der Bildanalyse können dabei vortrainierte Künstliche Neuronale Netze verwendet werden. Das Anwenden dieser Netze auf neue Aufgaben wird dabei Transfer Learning genannt.

Bei den mit einem Stern gekennzeichneten Beiträgen handelt es sich um wissenschaftlich begutachtete und freigegebene Fachaufsätze („reviewed paper“).