Smart Production Systems - intelligente Konzepte zur Gestaltung von Produktionssystemen

Smart Production Systems - intelligent conception of production systems

  • Unternehmen sind heute mit einem globalen Wettbewerb und großen Herausforderungen konfrontiert, wie z. B. kurzen Produktlebenszyklen oder hohen Anforderungen an die Prozess- und Ergebnissicherheit. Verschiedene daten- und technologiegetriebene sowie prozessorientierte Ansätze der Produktionsgestaltung versuchen, Lösungen für Produktionssysteme zu entwickeln, um diese Herausforderungen zu bewältigen und im globalen Wettbewerb bestehen zu können. Jede einzelne Richtung der Produktionsgestaltung weist dabei Vorteile und Defizite auf. Durch „Smart Production Systems“ werden die Grundideen der einzelnen Ansätze, die bisher als unvereinbar galten, zusammengeführt. Dadurch können einzelne Defizite ausgeglichen werden, ohne auf die bekannten Vorteile zu verzichten. Der Grundgedanke von „Smart Production Systems“ ist es, „wissensinkorporierte Objekte“ in Produktionsprozessen einzusetzen, um die Abläufe jederzeit nachvollziehbar und damit das zugehörige Produktionssystem sicher, effizient und flexibel zu gestalten. Wissensinkorporierte Objekte stellen dabei Produktionsobjekte dar, die neben ihrer eigentlichen Funktion informationstechnische Funktionen besitzen, mittels derer sie Daten speichern und wieder bereitstellen können. Der Einsatz wissensinkorporierter Objekte in „Smart Production Systems“ kann mit Hilfe des Konzepts Gestaltungswürfels „Smart Cube“ strukturiert analysiert, geplant, konzeptioniert, bewertet, implementiert, genutzt und gesichert werden. Das Konzept des Gestaltungswürfels „Smart Cube“ wird durch ein Organisations-, ein Referenz-, ein Umsetzungsmodell und mehrere spezifische Anwendungsmodelle beschrieben: 1) Das Organisationsmodell erläutert als Ansatzpunkt von „Smart Production Systems“ die Stellung des Informationsflusses und Materialfluss sowie den Zusammenhang zwischen Datenmenge und Entscheidungsreichweite innerhalb einer Produktionsorganisation. 2) Das Referenzmodell wird aus den drei räumlichen Achsen Wirkungs-, Objekt- und Prozess- sowie Informationsstruktur aufgebaut. Es erfüllt folgende Aufgaben: - Es beschreibt die grundsätzlichen Ausprägungen von Wirkungs-, Objekt- und Prozess- sowie Informationsstrukturen und deren Kombinationsmöglichkeiten innerhalb von Produktionssystemen. - Es erläutert die Zusammenhänge zwischen Technologie-, Logistik- und Kommunikationskomplexität und ermöglicht damit die Einordnung von spezifischen Produktionssystemen in das Referenzmodell. - Mit den verschiedenen Koordinaten der einzelnen Achsen liefert es eine Systematik zur Bezeichnung der verschiedenen möglichen Kombinationen, die es ermöglicht, Anwendungsmodelle aus dem Referenzmodell abzuleiten. 3) Die Anwendungsmodelle konkretisieren das Referenzmodell hinsichtlich der in einem Produktionssystem enthaltenen Objekte und Prozesse. Aufgrund der verschiedenen möglichen Kombinationen der Ausprägungen der einzelnen Strukturen im Referenzmodell lassen sich 27 verschiedene Anwendungsmodelle bilden. 4) Das Umsetzungsmodell beschreibt das Vorgehen bei der Gestaltung von Produktionssystemen mit Hilfe des Gestaltungswürfels „Smart Cube“ . Am Beispiel eines Neugestaltungsprojektes in einem Unternehmen aus der Automobilzulieferindustrie wird gezeigt, wie mit Hilfe des entwickelten Konzeptes Gestaltungswürfel „Smart Cube“ der Einsatz von wissensinkorporierten Objekten systematisch gestaltet werden kann: - Mit der Gestaltung von Kanbankarten zu wissensinkorporierten Objekten kann der manuelle Buchungsaufwand minimiert und der Anteil nicht-wertschöpfender Tätigkeiten klein gehalten werden. - Mit Hilfe des Einsatzes wissensinkorporierter Objekte in einem Fabriksystem können Zielkonflikte zwischen Sicherheit und Effizienz gelöst werden.
  • Companies act in global competition with a great number of competitors and competing products. Therefore companies have to cope with short product and production life cycles and to comply with high quality and safety requirements. A plenty of data driven, technology driven and process based approaches of factory organization try to develop solutions for production systems to accomplish these challenges and to make use of chances in the global competition. Each approach has benefits and disadvantages. “Smart Production Systems” are a new approach joining the ideas of data driven, technology driven and process based approaches. Singular deficiencies will be balanced without abandoning advantages. The fundamental idea of “Smart Production Systems” is to deploy “knowledge incorporated objects” in production processes to make work flows traceable at any time. Knowledge incorporated objects are production elements featured with a data processing module in addition to its primary function. The application of knowledge incorporated objects in production systems may be analysed, planned, structured, designed, evaluated, implemented and ensured with support of the concept “Smart Cube”. The concept “Smart Cube” is characterized by several models with different levels of specification and details: - The organization model - The reference model - 27 application models - The implementation model. The organization model interprets the impact of the information flow in a production organization and explains the relation and context between data and the scope of decisions. The reference model is built up by three spatial axis: - The progress structure as x axis - The object-/ process structure as y axis - The information structure as z axis. - The reference model contains the structures’ valid characteristics and the possible combinations of these characteristics. Every axis has three successive sections and every section contains its preceding sections. Technology-, logistics- and communication complexity represent particular characteristics on the three axis. Therefore production systems and their peculiar complexities can be classified by means of the reference model. The application models concretize the reference model for the objects and processes of a cer¬tain production system. Due to the structures’ different possible combinations, there are 27 different application models within the “Smart Cube”. Every application model can be called by its coordinates {x - y - z}, e.g. {1 - 1 - 3}. The choice of the application model is influenced by the available und suitable technologies for knowledge incorporated objects, the objects and processes within the production system and the involved information systems. The implementation model describes the approach to (re)design production systems by means of the “Smart Cube” from the first analysis to stabilization and safeguarding. It gives a short guideline for the different steps analysis, conception, evaluation, implementation and stabilization. The concept “Smart Cube” was evaluated and prooved in a pilot project within the automotive industry. The project goal was the reorganization of manufacturing and logistic processes within a factory according to “Lean Production“ without generating non value adding effort. To realize short control loops, the production is controlled and visualised by Kanban cards. These Kanban cards are equipped with RFID tags to automate bookings in the corresponding ERP-System, because manual booking is regarded as non value adding effort.

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Metadaten
Author:Constanze Birkhahn
URN (permanent link):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-22428
Advisor:Günter Warnecke
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Year of Completion:2007
Year of Publication:2007
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2007/12/17
Tag:Smart Production
GND-Keyword:Fertigungslogistik; Informationslogistik ; Logistik ; Produktionssystem ; RFID
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik
DDC-Cassification:620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten

$Rev: 12793 $