Ziel der Arbeit ist es, die Möglichkeiten der Digitalen Fabrik bzw. des Digitalen Fabrikbetriebs für den Anlauf soziotechnischer Produktionssysteme zu identifizieren und damit einen schnellen und störungsfreien Übergang zur Serienproduktion sicherzustellen
Die Anforderungen an die Produktionsstätten der Zukunft werden immer komplexer. Verkürzte Produktlebenszyklen fordern eine hohe Wandelbarkeit und Anpassungsfähigkeit der Produktionssysteme. Zusätzlich müssen immer mehr Produktionsanläufe in immer kürzeren Zeitabschnitten geplant und umgesetzt werden. Die Produktionsplanung hat somit die Aufgabe, die Komplexität und Störanfälligkeit eines anlaufenden Produktionssystems vorherzusehen und bestmöglich in einem Produktionskonzept zu bewältigen. Dabei bedient sich Produktionsplanung vermehrt Methoden und Werkzeugen der Digitalen Fabrik, um den späteren Produktionsablauf auf digitaler Datenbasis virtuell abzubilden. Das Ziel der ganzheitlichen Planung soll mit Hilfe eines durchgängigen Datenmanagements zu optimalen Prozessen und Strukturen führen.
Zur Planung einer Produktion sind die Methoden der Digitalen Fabrik nützlich, jedoch unterscheiden sich die verwendeten digitalen Daten von denen des realen Produktionsprozesses. Die Integration von realen Produktionsprozessen und –daten auf Basis der Methoden, Modelle und Werkzeuge der Digitalen Fabrik wird in der Literatur als Digitaler Fabrikbetrieb definiert. Ziel ist es, die Datenverfügbarkeit und -qualität entlang des gesamten Produktentstehungsprozesses (PEP) auf einem konstant hohen Level zu halten, die Plandaten mit Realdaten anzureichern und so die Planungsergebnisse bzw. Entscheidungsfähigkeit durch Nutzung von Realdaten zu verbessern. Da die benötigten Realdaten jedoch erst im Zuge des Zusammenspiels des technischen mit dem sozialen Subsystem (soziotechnisches System) im Rahmen des Produktionsanlaufs generiert werden, besteht somit eine Datenlücke zwischen Digitaler Fabrik und Digitalem Fabrikbetrieb. Um die Möglichkeiten der Digitalen Fabrik und des Digitalen Fabrikbetriebs im Anlauf soziotechnischer Produktionssysteme abzubilden, ist es erforderlich Ansätze zu entwickeln, die dabei unterstützen, die Lücke zwischen Plandaten und realen Produktionsdaten zu schließen.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Theoretische Grundlagen
2.1 Grundlagen der Digitalen Fabrik
2.1.1 Definitionsansätze
2.1.2 Anwendungsgebiete
2.1.3 Ziele und Nutzenpotentiale
2.1.4 Methoden und Werkzeuge
2.2 Grundlagen des Digitalen Fabrikbetriebs
2.2.1 Begriffsbestimmung und Abgrenzung
2.2.2 Anwendungsgebiete und Werkzeuge
2.2.3 Ziele
2.2.4 Datenmanagement
2.3 Grundlagen der Produktions(system)planung
2.3.1 Abgrenzung des Begriffs Produktionssystem
2.3.2 Produktions(system)planung
2.3.3 Digitale Produktionsplanung
2.4 Grundlagen des Anlaufmanagements
2.4.1 Begriffsbestimmung Produktionsanlauf und Anlaufmanagement
2.4.2 Aufgaben und Ziele der jeweiligen Phasen und des Anlaufmanagements
2.4.3 Die Einflussgrößen im Produktionsanlauf
2.4.4 Der Produktionsanlauf als soziotechnisches System
2.4.5 Herausforderungen des Anlaufmanagements
3 Möglichkeiten zur Verbesserung des Anlaufs soziotechnischer Produktionssysteme
3.1 Simulation und Visualisierung als Methode für das Anlaufmanagement
3.1.1 Ablaufsimulation
3.1.2 Betriebsbegleitende Simulation
3.1.3 Virtuelle Inbetriebnahme
3.1.4 Trend zu Virtual- und Augmented Reality als soziotechnische Assistenzsysteme
3.2 Informations- und Kommunikationstechnologien
3.2.1 Datenerfassungssysteme für das Anlaufmanagement
3.2.2 Manufacturing Execution System
3.3 Veränderte Anlauforganisation durch die Digitale Fabrik und den Digitalen Fabrikbetrieb
3.3.1 Frontloading
3.3.2 Funktions- und unternehmensübergreifenden Integration
3.4 Digitale Fabrik 4.0
3.4.1 Cyber Physische Systeme
3.4.2 Motion-Capturing-Verfahren
3.4.3 Digitaler Schatten und -Zwilling
3.4.4 Condition Monditoring
3.4.5 Business Intelligence
3.4.6 Cloud-Computing
3.5 Zusammenfassung
4 Vorgehensmodell zur Absicherung des Anlaufmanagements der Zukunft
5 Fazit
Zielsetzung & Themen
Ziel der Arbeit ist es, Möglichkeiten der Digitalen Fabrik und des Digitalen Fabrikbetriebs für den Anlauf soziotechnischer Produktionssysteme zu identifizieren und damit einen schnellen, störungsfreien Übergang von der Produktionsplanung zur Serienproduktion sicherzustellen sowie Wege aufzuzeigen, wie dieser Prozess im Industrie 4.0-Zeitalter zukunftsfähig gestaltet werden kann.
- Methoden und Werkzeuge der Digitalen Fabrik zur Optimierung des Anlaufmanagements
- Einsatz von Simulation und Visualisierung für eine höhere Prozessqualität
- Bedeutung der Echtzeitdatenerfassung durch IoT und Konnektivität
- Rolle von Cyber-Physischen Systemen und Digitalen Zwillingen im Produktionsanlauf
- Konzeption eines Vorgehensmodells zur Absicherung zukünftiger Produktionsanläufe
Auszug aus dem Buch
Virtuelle Inbetriebnahme
Der Kostendruck auf alle Akteure in der Produktion steigt. Daher wird versucht, Zeit und Kosten einzusparen. Dies führt dazu, dass die Zeit für die Inbetriebnahme der Produktionsanlagen immer kürzer wird. Abhilfe leistet hier die Verlagerung der Arbeit in die virtuelle Welt.
Eine VIBN ist der realen Inbetriebnahme vorgelagert und sichert beispielsweise die Planungsergebnisse zu Taktzeiten oder Verfügbarkeit einer Anlage ab. Im Gegensatz zu einer Simulation, wird bei der VIBN ein Modell verwendet, das sowohl virtuelle als auch reale Anteile enthält. [VDI 4499-2] S.11
Die virtuelle Inbetriebnahme ist einer der ersten Schritte von der digitalen Planungsunterstützung in die Inbetriebnahmephase. (siehe Kapitel 2.2.2) Der virtuelle Fertigungsanlauf stellt ein technologieorientiertes Konzept zur Beschleunigung des Anlagenanlaufs dar. Eine Kombination aus verschiedenen Methoden und Softwarewerkzeugen erlaubt es, zielgerichtet bestimmte Anlaufszenarien zu unterstützen. [Denk 08] S. 143.
Nicht nur der Produktionsbetrieb der Anlage kann simuliert werden, sondern auch das Zusammenspiel von Anlagenmechanik, Schaltplänen und realer SPS. Das Verhalten der Steuerung bei Wartungstätigkeiten und definierten Störungen kann überprüft werden, sofern dieselben Steuerungen für die VIBN eingesetzt werden, die anschließend in der realen Anlage Verwendung finden. So kann gewährleistet werden, dass die Anlage schon während der Planungsphase weitestgehend vorkonfiguriert wird. [Brac 18] S. 51
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Die Einleitung beleuchtet die steigenden Anforderungen an moderne Produktionsstätten durch kürzer werdende Produktlebenszyklen und definiert das Ziel der Arbeit, Möglichkeiten zur Verbesserung des Produktionsanlaufs durch Digitale Fabrik-Methoden zu untersuchen.
2 Theoretische Grundlagen: Dieses Kapitel liefert eine fundierte Basis durch die Definition und Erläuterung der Digitalen Fabrik, des Digitalen Fabrikbetriebs, der Produktionssystemplanung sowie des Anlaufmanagements als soziotechnisches System.
3 Möglichkeiten zur Verbesserung des Anlaufs soziotechnischer Produktionssysteme: Hier werden praxisrelevante Ansätze wie Simulation, Visualisierung, MES und Industrie 4.0-Werkzeuge (Digitaler Zwilling, Cloud Computing) detailliert analysiert, um ihre Wirkung auf einen effizienten Produktionsanlauf zu belegen.
4 Vorgehensmodell zur Absicherung des Anlaufmanagements der Zukunft: In diesem Kapitel wird ein strukturiertes Vorgehensmodell entwickelt, das die erarbeiteten Methoden in eine zeitliche Abfolge bringt, um den Produktionsanlauf künftig präventiv und aktiv abzusichern.
5 Fazit: Das Fazit resümiert die gewonnenen Erkenntnisse und unterstreicht, dass die konsequente Implementierung der untersuchten digitalen Methoden signifikante Zeit- und Kostenvorteile im Anlaufmanagement ermöglicht.
Schlüsselwörter
Digitale Fabrik, Digitaler Fabrikbetrieb, Anlaufmanagement, Produktionsanlauf, Industrie 4.0, Simulation, Virtuelle Inbetriebnahme, Echtzeitdaten, Cyber-Physische Systeme, Digitaler Zwilling, Prozessoptimierung, soziotechnisches System, Produktionsplanung, Datenmanagement, Vernetzung
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht, wie Methoden und Werkzeuge der Digitalen Fabrik und des Digitalen Fabrikbetriebs genutzt werden können, um den Anlauf soziotechnischer Produktionssysteme effizienter und störungsfrei zu gestalten.
Was sind die zentralen Themenfelder?
Die Arbeit fokussiert sich auf das Anlaufmanagement, die digitale Produktionsplanung, den Einsatz von Simulations- und Visualisierungsmethoden sowie die Transformation hin zur Digitalen Fabrik 4.0.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Ziel ist es, Möglichkeiten zu identifizieren, um einen schnellen und störungsfreien Übergang von der Produktionsplanung zur Serienproduktion zu gewährleisten und diesen Prozess zukunftsfähig für Industrie 4.0 zu machen.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Die Arbeit basiert auf einer tiefgehenden Analyse bestehender Literatur und wissenschaftlicher Richtlinien (wie VDI 4499) sowie der Ableitung eines praktischen Vorgehensmodells für das Anlaufmanagement.
Was wird im Hauptteil behandelt?
Der Hauptteil umfasst theoretische Grundlagen, eine detaillierte Analyse von Möglichkeiten zur Prozessverbesserung durch IT-Systeme (MES, Simulation, Cloud) und die Erarbeitung eines anwendungsorientierten Vorgehensmodells.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Wesentliche Begriffe sind Anlaufmanagement, Digitale Fabrik, Industrie 4.0, Simulation, Virtuelle Inbetriebnahme und Digitaler Zwilling.
Was ist die spezifische Rolle der "Virtuellen Inbetriebnahme" in diesem Dokument?
Die Virtuelle Inbetriebnahme dient als technologisches Bindeglied, das Anlagenverhalten vorab prüft und so den realen Inbetriebnahmeaufwand sowie Fehlerrisiken minimiert.
Wie unterscheidet die Arbeit zwischen Digitaler Fabrik und Digitalem Fabrikbetrieb?
Die Digitale Fabrik fokussiert sich primär auf die Planungsphase, während der Digitale Fabrikbetrieb die Anwendung von Modellen und Methoden der Digitalen Fabrik in die Betriebs- und Inbetriebnahmephasen hinein verlängert.
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- Anonym (Author), 2019, Die digitale Fabrik und der digitale Fabrikbetrieb. Möglichkeiten für das Anlaufmanagement der Zukunft, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/925262
