Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer Methode der Fertigungssteuerung, welche die veränderte Rolle und das verbreiterte Aufgabenspektrum in einem Cyber-Physischen Produktionssystem berücksichtigt. Die Arbeit folgt einem systematischen Ansatz, indem zunächst eine grundlegende Problemstellung spezifiziert und anschließend die Vorteile konventioneller Methoden der Fertigungssteuerung hinsichtlich der Anwendung auf die grundlegende Problemstellung diskutiert werden. Aus den Erkenntnissen dieser Methodendiskussion sowie der Analyse produktionslogistischer Grundsätze werden Anforderungen an die zu entwickelnde Methode der autonomen Fertigungsregelung (AFR) definiert, welche die anschließende Methodenentwicklung prägen. Die AFR wird in den Anwendungsfällen der flexiblen Fließ- und Werkstattfertigung in zwei Simulationsmodellen mit verschiedenen Parameterkonstellationen simuliert sowie mit konventionellen Methoden hinsichtlich der logistischen Leistung verglichen.
Die Ergebnisse in beiden Anwendungsfällen bestätigen die theoretischen Potentiale der Selbststeuerung und der Integration der Aufgaben der Fertigungssteuerung in einer Methode. Je nach Parameterkonstellation können bei gleicher Arbeitszeit eine höhere Termintreue bei geringeren Durchlaufzeiten oder vergleichbare Termintreue und Durchlaufzeiten bei deutlich geringerer Arbeitszeit erzielt werden.
Diese Arbeit und insbesondere die Untersuchung am Szenario einer realen Werkstattfertigung liefern quantitative Anreize, die Entwicklung zu Cyber-Physischen Produktionssystemen weiter voranzutreiben und auf dem betrieblichen Hallenboden die notwendige Infrastruktur zu schaffen.
Kontinuierlich steigende Erwartungen an die logistische Zielerreichung, insbesondere an die Termintreue, zunehmend volatile Märke und die Reduktion von Umlaufbeständen führen dazu, dass die Fertigungssteuerung seit Jahren an Bedeutung gewinnt. Doch auch der Umfang der Fertigungssteuerung ist gestiegen, sodass heute neben Auftragsfreigabe und -überwachung auch die Arbeitsverteilung, Reihenfolgebildung und der Kapazitätssteuerung zu den Aufgaben der Fertigungssteuerung zählen.
Die Entwicklung im Rahmen der „Industrie 4.0“ in Richtung Cyber-Physischer Produktionssysteme (CPPS) basiert auf den Fortschritten in der Informations- und Kommunikationstechnologie und versucht diese Potentiale u. a. auch in der Fertigungssteuerung zu nutzen.
Inhaltsverzeichnis
- 1 Einleitung
- 1.1 Motivation
- 1.2 Zielstellung
- 1.3 Wissenschaftstheoretische Einordnung
- 1.4 Forschungsfragen
- 1.5 Aufbau der Arbeit
- 2 Grundlagen
- 2.1 Systemtheoretische Betrachtung von Produktionssystemen
- 2.1.1 Definition und Eigenschaften eines Systems
- 2.1.2 Komplexität als Herausforderung aus Sicht der Systemtheorie
- 2.1.3 Kapazität eines Produktionssystems
- 2.1.4 (Cyber-Physische) Produktionssysteme
- 2.2 Produktionsplanung und -steuerung (PPS)
- 2.2.1 Übergeordnete Aufgaben und Ziele der PPS
- 2.2.2 Klassifikation von Methoden der Produktionsplanung
- 2.2.3 Klassifikation von Methoden der Fertigungssteuerung
- 2.2.4 Klassifikation von PPS-Systemen in der Praxis
- 2.2.5 Regelung und Integration im Kontext der PPS
- 2.3 Selbststeuerung Cyber-Physischer Produktionssysteme
- 2.3.1 Einordnung der Selbststeuerung aus Sicht der Systemtheorie
- 2.3.2 Verständnis und Definition von Selbststeuerung
- 2.3.3 Transfer von Charakteristika der Selbststeuerung auf Produktionssysteme
- 2.3.4 Potentiale und Grenzen der Selbststeuerung
- 2.3.5 Technologische Anforderungen der Selbststeuerung
- 2.4 Klassifikation von Produktionssystemen zur Auswahl von Methoden der PPS
- 2.4.1 Klassifikation von Produktionssystemen zur Auswahl von Methoden der Produktionsplanung
- 2.4.2 Klassifikation von Produktionssystemen zur Auswahl von Methoden der Fertigungssteuerung
- 2.5 Modellierung und Simulation zur Bewertung von Verfahren der PPS
- 2.5.1 Klassifikation der Simulationsmodelle von Produktionssystemen
- 2.5.2 Grundsätze ordnungsmäßiger Modellierung
- 2.5.3 Modellverifikation und -validierung
- 2.5.4 Modellierung der Kapazität eines Produktionssystems
- 3 Formulierung des Grundproblems
- 4 Bewertung von Methoden der Fertigungssteuerung hinsichtlich des Grundproblems
- 4.1 Methoden der Auftragsfreigabe
- 4.2 Methoden der Kapazitätssteuerung
- 4.3 Methoden der Arbeitsverteilung und Reihenfolgebildung
- 4.3.1 Regelbasierte Arbeitsverteilung und Reihenfolgebildung
- 4.3.2 Methoden der Selbststeuerung zur Arbeitsverteilung und Reihenfolgebildung
- 4.4 Ableitung von Anforderungen an die Methode zur autonomen Fertigungsregelung (AFR)
- 5 Beschreibung der Methode der autonomen Fertigungsregelung
- 5.1 Gesamtkonzept
- 5.2 Detaillierter Verfahrensablauf
- 5.2.1 Notation und Begriffe
- 5.2.2 Auftragsfreigabe und Arbeitsverteilung auf erster Bearbeitungsstufe
- 5.2.3 Arbeitsverteilung und Reihenfolgebildung
- 5.2.4 Kapazitätssteuerung
- 5.3 Verfahrensparameter
- 5.4 Theoretische Bewertung der Methode der autonomen Fertigungsregelung hinsichtlich der definierten Anforderungen
- 6 Evaluation der Methode der autonomen Fertigungsregelung mittels Simulation
- 6.1 Versuchsplanung
- 6.1.1 Überblick
- 6.1.2 Anwendungsfälle
- 6.1.3 Kennzahlen zum Methodenvergleich
- 6.1.4 Störungen
- 6.1.5 Ausgewählte Vergleichsmethoden
- 6.1.6 Hard- und Softwareumgebung
- 6.2 Untersuchung der Funktionalität der Methode der autonomen Fertigungsregelung abhängig von Parameterwahl ohne Kapazitätssteuerung
- 6.2.1 Einfluss der Planungsmethoden
- 6.2.2 Einfluss der Parameterwahl
- 6.3 Vergleich der Methode der autonomen Fertigungsregelung mit etablierten Fertigungssteuerungsverfahren ohne Kapazitätssteuerung
- 6.4 Erweiterung der Methode der autonomen Fertigungsregelung um Kapazitätssteuerung
- 6.5 Untersuchung der Funktionalität der Methode der autonomen Fertigungsregelung abhängig von Parameterwahl mit Kapazitätssteuerung
- 6.5.1 Einfluss der Planungsmethoden
- 6.5.2 Einfluss der Parameterwahl
- 6.6 Vergleich der Methode der autonomen Fertigungsregelung mit etablierten Fertigungssteuerungsverfahren mit Kapazitätssteuerung
- 6.7 Untersuchung der Funktionalität der Methode der autonomen Fertigungsregelung abhängig von Parameterwahl mit Kapazitätssteuerung im realen Anwendungsfall
- 6.8 Untersuchung der Funktionalität der Kapazitätssteuerung der Methode der autonomen Fertigungsregelung im realen Anwendungsfall
- 6.9 Vergleich der Methode der autonomen Fertigungsregelung mit konventionellen Methoden im realen Anwendungsfall
- 7 Schlussbetrachtung
- 7.1 Zusammenfassung
- 7.2 Potentiale und Grenzen der Methode der autonomen Fertigungsregelung im Praxiseinsatz
- 7.3 Ausblick
- 8 Literaturverzeichnis
- 9 Anhang
- 9.1 Liste eigener Veröffentlichungen
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Dissertation zielt auf die Entwicklung und Evaluierung einer neuen Methode der selbststeuernden Fertigungssteuerung ab. Die Methode soll die veränderte Rolle und das erweiterte Aufgabenspektrum der Fertigungssteuerung in Cyber-Physischen Produktionssystemen (CPPS) berücksichtigen. Die Evaluierung erfolgt anhand von Simulationsmodellen für flexible Fließ- und Werkstattfertigungen im Vergleich zu konventionellen Verfahren.
- Entwicklung einer integrierten Methode der Fertigungssteuerung für CPPS
- Berücksichtigung der Anforderungen komplexer Werkstattfertigungen (reihenfolgeabhängige Rüstzeiten, etc.)
- Steigerung der Termintreue
- Simulation und Vergleich mit konventionellen Methoden
- Analyse der Potentiale und Grenzen der entwickelten Methode
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Dieses Kapitel führt in das Thema der Dissertation ein, erläutert die Motivation und Zielsetzung, definiert die Forschungsfragen und beschreibt den Aufbau der Arbeit. Es wird die steigende Bedeutung der Fertigungssteuerung im Kontext volatiler Märkte und der Industrie 4.0 hervorgehoben, sowie die Notwendigkeit einer integrierten Betrachtung der Aufgaben der Fertigungssteuerung in Cyber-Physischen Produktionssystemen (CPPS).
2 Grundlagen: Dieses Kapitel legt die theoretischen Grundlagen der Arbeit dar. Es werden systemtheoretische Aspekte von Produktionssystemen, die Herausforderungen der Komplexität und Unsicherheit, sowie die Konzepte der Produktionsplanung und -steuerung (PPS) und der Selbststeuerung detailliert erläutert. Weiterhin werden Methoden zur Modellierung und Simulation von Produktionssystemen vorgestellt.
3 Formulierung des Grundproblems: In diesem Kapitel wird das zentrale Problem der Arbeit präzise definiert. Es werden Annahmen zum PPS-System, dem Produktionssystem, der Produktionsumgebung und den variierenden Einflussgrößen formuliert, die den Rahmen der Untersuchung festlegen. Der Fokus liegt auf komplexen Werkstattfertigungen.
4 Bewertung von Methoden der Fertigungssteuerung hinsichtlich des Grundproblems: Dieses Kapitel analysiert verschiedene etablierte Methoden der Auftragsfreigabe, Kapazitätssteuerung, Arbeitsverteilung und Reihenfolgebildung. Die Methoden werden hinsichtlich ihrer Eignung für das in Kapitel 3 definierte Grundproblem bewertet und diskutiert. Die Stärken und Schwächen der einzelnen Verfahren werden im Hinblick auf die Anforderungen an eine integrierte Methode herausgearbeitet.
5 Beschreibung der Methode der autonomen Fertigungsregelung (AFR): Dieses Kapitel beschreibt detailliert die entwickelte Methode der autonomen Fertigungsregelung (AFR). Das Gesamtkonzept, der detaillierte Verfahrensablauf, die Verfahrensparameter und eine theoretische Bewertung der AFR hinsichtlich der Anforderungen werden präsentiert. Die AFR integriert Auftragsfreigabe, Arbeitsverteilung, Reihenfolgebildung und Kapazitätssteuerung.
6 Evaluation der Methode der autonomen Fertigungsregelung mittels Simulation: In diesem Kapitel werden die Ergebnisse der simulationsbasierten Evaluierung der AFR vorgestellt. Es werden zwei Anwendungsfälle untersucht: ein generisches Szenario einer flexiblen Fließfertigung und ein realer Anwendungsfall einer Werkstattfertigung. Die Ergebnisse werden anhand verschiedener Kennzahlen und einer Zielfunktion analysiert und mit konventionellen Methoden verglichen.
Schlüsselwörter
Fertigungsregelung, flexible Fließfertigung, Werkstattfertigung, Liefertermin, Cyber-Physische Produktionssysteme (CPPS), Selbststeuerung, Auftragsfreigabe, Arbeitsverteilung, Reihenfolgebildung, Kapazitätssteuerung, Termintreue, Simulation, Modellierung, Produktionsplanung.
Häufig gestellte Fragen zur Dissertation: Entwicklung und Evaluierung einer Methode der selbststeuernden Fertigungssteuerung
Was ist das Thema der Dissertation?
Die Dissertation befasst sich mit der Entwicklung und Evaluierung einer neuen Methode der selbststeuernden Fertigungssteuerung für Cyber-Physische Produktionssysteme (CPPS). Der Fokus liegt auf der Verbesserung der Termintreue in komplexen Werkstattfertigungen.
Welche Ziele verfolgt die Dissertation?
Die Hauptziele sind die Entwicklung einer integrierten Methode der Fertigungssteuerung für CPPS, die Berücksichtigung der Anforderungen komplexer Werkstattfertigungen (z.B. reihenfolgeabhängige Rüstzeiten), die Steigerung der Termintreue und die Analyse der Potentiale und Grenzen der entwickelten Methode durch Simulation und Vergleich mit konventionellen Verfahren.
Welche Methoden werden in der Dissertation untersucht?
Die Arbeit untersucht verschiedene etablierte Methoden der Auftragsfreigabe, Kapazitätssteuerung, Arbeitsverteilung und Reihenfolgebildung. Im Kern steht die Entwicklung und Evaluierung einer neuen Methode der "autonomen Fertigungsregelung (AFR)". Diese integriert Auftragsfreigabe, Arbeitsverteilung, Reihenfolgebildung und Kapazitätssteuerung.
Wie wird die neue Methode der autonomen Fertigungsregelung (AFR) evaluiert?
Die AFR wird mittels Simulation evaluiert und mit konventionellen Fertigungssteuerungsverfahren verglichen. Die Simulationen umfassen sowohl generische Szenarien flexibler Fließfertigungen als auch reale Anwendungsfälle von Werkstattfertigungen. Die Ergebnisse werden anhand verschiedener Kennzahlen und einer Zielfunktion analysiert.
Welche Aspekte der Selbststeuerung werden betrachtet?
Die Dissertation betrachtet die Selbststeuerung im Kontext der Systemtheorie und untersucht, wie die Charakteristika der Selbststeuerung auf Produktionssysteme übertragen werden können. Es werden die Potentiale und Grenzen der Selbststeuerung im Hinblick auf die Fertigungssteuerung diskutiert.
Welche Arten von Produktionssystemen werden betrachtet?
Die Dissertation konzentriert sich auf flexible Fließ- und Werkstattfertigungen, insbesondere auf die Herausforderungen komplexer Werkstattfertigungen mit reihenfolgeabhängigen Rüstzeiten.
Welche Kennzahlen werden zur Bewertung der Methoden verwendet?
Die Dissertation spezifiziert die verwendeten Kennzahlen im Kapitel 6.1.3 der Versuchsplanung. Diese dienen dem Methodenvergleich und der Bewertung der Termintreue und Effizienz.
Welche Kapitel umfasst die Dissertation?
Die Dissertation gliedert sich in acht Kapitel: Einleitung, Grundlagen, Formulierung des Grundproblems, Bewertung existierender Methoden, Beschreibung der AFR, Simulation und Evaluation der AFR, Schlussbetrachtung und Literaturverzeichnis. Zusätzlich enthält sie einen Anhang.
Welche Schlüsselwörter beschreiben die Dissertation?
Schlüsselwörter sind: Fertigungsregelung, flexible Fließfertigung, Werkstattfertigung, Liefertermin, Cyber-Physische Produktionssysteme (CPPS), Selbststeuerung, Auftragsfreigabe, Arbeitsverteilung, Reihenfolgebildung, Kapazitätssteuerung, Termintreue, Simulation, Modellierung, Produktionsplanung.
- Arbeit zitieren
- Sebastian Grundstein (Autor:in), 2017, Fertigungsregelung flexibler Fließfertigungen und Werkstattfertigungen zur Einhaltung von Lieferterminen, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/364639
