Band 118, Heft 3

Dieser Beitrag behandelt die Problemstellung, wie die vorgestellten Trends und Marktveränderungen speziell im Engineering-Prozess umgesetzt werden können. Die Digitalisierung der Produkte, Systeme und die darauf aufbauenden Dienstleistungen sowie Entwicklungsprozesse bedeuten eine Transformation, die die klassischen Grenzen von fragmentierten und konkurrierenden Prozess-, Methoden- und IT-Lösungen neu ordnet: weg vom Silodenken zu einem durchgängigen integrativen und interdisziplinären Lösungsansatz für das Engineering. Themen wie interdisziplinäre Systemarchitektur, Model Based Engineering und System Thinking werden als Vorgehensmodelle vorgestellt.

Für komplexe Fabrikplanungsprojekte, wie z. B. die Neu- oder Erweiterungsplanung, ist in der Regel ein umfangreicher Kapitalbedarf erforderlich, der die finanziellen Unternehmensmittel stark belastet. Für die richtige Beurteilung der Wirtschaftlichkeit eines Fabrikplanungsprojektes ist eine Abschätzung der Baukosten von existenzieller Bedeutung. Oftmals ist unklar, wie die strategischen Ziele sowie kontextbasierten Rahmenbedingungen (z. B. Grundstück oder Fabrikbedarfe) die Baukosten beeinflussen. Dabei ist Letzteres für gewöhnlich ein ausschlaggebendes Auswahlkriterium. Dieser Beitrag stellt ein methodisches Vorgehen vor, mit dessen Hilfe Fabrikziele durch bauliche Maßnahmen konkretisiert und mit den Bedarfen der Fabrik in eine gemeinsame Beschreibungsbasis gebracht werden können. Das Ziel ist die Abschätzung von Baukosten zur Durchführung einer Vorstudie auf Grundlage vordefinierter Baustandards.

In den letzten beiden Dekaden sind die Unsicherheiten und Abhängigkeiten externer Faktoren bei der Fabrikplanung gestiegen. Immer relevanter wird eine Datendurchgängigkeit, die quer zu den Planungsphasen verbessert wird, sodass externe und interne Änderungen sowie deren Auswirkungen auf die Planungsobjekte einfacher und schneller bewertet werden können. In dem Beitrag wird ein Konzept vorgestellt, welches mithilfe eines verteilten digitalen Fabrikzwillings, bereits in der frühen Planungsphase die Durchgängigkeit unterstützt. Die Vernetzung der Komponenten wird durch ein Unternehmensmodell realisiert, das entlang des Fabriklebenszyklus aufgebaut und angewendet wird.

Bei der Planung von Fabriken bestimmt die geeignete Auswahl der Fabrikelemente, wie gut eine Fabrik ihren geplanten Zweck erfüllt. Die Herausforderung bei den Auswahlentscheidungen besteht darin, die bestmögliche Auswahl in Bezug auf ein geplantes Ziel zu treffen, während gleichzeitig bestimmte Restriktionen, wie z. B. bei Budget oder Flächen, eingehalten werden müssen. In der Regel werden die Entscheidungen zur Auswahl von Fabrikelementen für jeden Fabrikbereich separat getroffen. Dabei wird entweder intuitiv oder auf der Basis von Heuristiken vorgegangen. In diesem Beitrag wird gezeigt, wie die Auswahl auf Basis eines ganzheitlichen Optimierungsansatzes erfolgen kann, durch das eine nutzenoptimale Fabrikkonfiguration unter Betrachtung vorab definierter Budgets ermöglicht wird. Darüber hinaus werden ein einfaches, vierstufiges Vorgehen sowie ein softwarebasiertes Konfigurationssystem vorgestellt. Das Optimierungsmodell wurde genutzt, um die Forschungs- und Lernfabrik FlowFactory des Forschungsinstituts PTW zu konfigurieren.

Zunehmend dynamische Märkte und kürzere Produktlebenszyklen zwingen Unternehmen zu kontinuierlichen Anpassungen ihrer Fabriken in Form von Reorganisationen. Um sicherzustellen, dass solche Reorganisationsprojekte erfolgreich umgesetzt werden können, ist es wichtig, dass das Qualitätsmanagement (QM) frühzeitig in die Fabrikplanung (FAP) integriert wird. In diesem Kontext müssen holistische Qualitätsmanagementsysteme (QMS) agiler und reaktionsfähiger gestaltet werden, um verändernden Anforderungen gerecht zu werden. In diesem Beitrag wird ein Ansatz zur Integration von Qualitätsmanagementsystemen in den Fabrikplanungsprozess nach VDI 5200 vorgestellt. Dazu werden Anforderungen abgeleitet und bestehende Ansätze im Hinblick auf diese bewertet.

Zielorientierung in Ganzheitlichen Produktionssystemen ist essenziell für den wirtschaftlichen Erfolg produzierender Unternehmen. Handelnde müssen erkennen, welche Prozesse einen Zielbeitrag leisten und welches Verbesserungspotenzial in ihnen liegt. Vielschichtige Zielsysteme, unklare Zielbeiträge und eine hohe Methodenvielfalt erschweren die Zielausrichtung von Prozessen über Bereichs- und Prozessgrenzen hinweg. Dieser Beitrag benennt die Herausforderungen und schlägt einen Ansatz zu deren systematischer Bewältigung vor.

Im Rahmen des BMWK-geförderten Forschungsverbundprojektes „ETA im Bestand“ wurde eine Simulationsbibliothek zur Identifikation und Bewertung von Energieeffizienzmaßnahmen entwickelt. Im Zuge dieser Arbeit werden die Funktionalität der Simulationsbibliothek sowie Grundmodelle dargestellt und an einer Produktionshalle aus der metallverarbeitenden Industrie angewandt. Die Anwendung verdeutlicht, dass durch die bereitgestellte Funktionalität erhebliche Energieeffizienzpotenziale identifiziert werden können.

Faserverbundwerkstoffe sind ein wesentlicher Bestandteil der modernen Luftfahrtindustrie und einer der wichtigsten Treiber eines ressourceneffizienten Betriebs. Die energieoptimierte Verarbeitung von Kohlenstofffasern gewinnt dabei zunehmend an Bedeutung. Dieser Beitrag stellt aktuelle Bestrebungen zur Optimierung des Energieeinsatzes industrieller Faserverbundverarbeitung dar. Erneuerbare Energie bietet ein hohes Potenzial bei der Optimierung der Produktion, deren Grundlage die detaillierte Kenntnis der Energieintensität ist. Digitalisierung liefert die Erkenntnisse für eine solche Optimierung.

Die indirekte Bestimmung von Maschinen- und Komponentenzuständen erfordert eine signalquellenabhängige Modellparametrierung. Eine zentrale Herausforderung ist hierbei die Adaption bestehender Modelle für neue Randbedingungen. In diesem Beitrag wird ein Konzept zum datengetriebenen Clustering von geschlossenen Prozessabschnitten vorgestellt, mit dessen Hilfe eine gezielte Modellanpassung und -wiederverwendung ermöglicht werden. Eine Anwendung wird anhand zweier Anwendungsmöglichkeiten konzeptionell illustriert.

Für die Optimierung von Wertströmen ist die digitale Fabrik ein guter Lösungsansatz. In die Gestaltung digitaler Fabriken fließen verschiedene Aspekte mit ein – auf Prozess- und auf Produkt-/Systemseite. Letztere erstreckt sich von Bearbeitungszentren bis hin zu fahrerlosen Transportsystemen. Jedes dieser Produkte/Systeme muss eine entsprechende Architektur haben, die die Integration erleichtert. Die Gestaltung der Systemarchitektur sollte daher nicht vernachlässigt werden und ist essenzieller Teil der Entwicklung. Mit der methodischen Entwicklung modularer Architekturen werden Produkte/Systeme bei der Integration in digitale Fabriken unterstützt. In diesem Beitrag wird aufgezeigt, wie der Integrierte PKT-Ansatz zur Entwicklung von modularen Produktfamilien dies ermöglicht.

In der zukünftigen Produktion werden der Aufbau und die Entwicklung der Fähigkeiten der Mitarbeiter:innen ein entscheidender Wettbewerbsvorteil von Unternehmen. In menschenzentrierten Montagesystemen passen sich die Mitarbeiter:innen auf der Grundlage von Lernprozessen an neue und sich ändernde Aufgaben an. Dazu muss der Bezug zu den Fähigkeiten der Mitarbeiter:innen im Zuge der integrierten Produkt-und Prozessentwicklung vorgesehen werden. Daher wurde eine Methodik entwickelt, die diese Fähigkeiten explizit abbildet und sie sowohl in der Entwicklung als auch in der kurzfristigen Personaleinsatzplanung bei der Aufgabenzuordnung berücksichtigt. Zur Anwendung wurde die Methodik prototypisch in einem Software-Werkzeug umgesetzt und in Kombination mit einer diskreten ereignisorientierten Simulation erprobt.

Die Anforderungen bezüglich der Funktionalität und Ressourceneffizienz massiver Schmiedebauteile nehmen stetig zu. Um diesen zu begegnen, werden neue Verfahren entwickelt, wobei die Automatisierung die Effizienz der Verfahren maßgeblich beeinflusst. In diesem Beitrag werden Handhabungseinrichtungen vorgestellt, die universell einsetzbar sind, wodurch unterschiedliche schmiedewarme Objekte gehandhabt werden können. Dadurch ist die Automatisierung einzelner Verfahren unabhängig von der Wahl der Handhabungseinrichtung gestaltbar und ermöglicht dadurch die Optimierung der Verfahren.

Der Fachkräftemangel und fehlende wirtschaftliche Startimpulse hemmen die Digitalisierung im betrieblichen Umfeld. Einen Ausweg bietet die Nutzung von Low-Code/No-Code-Umgebungen, die es Mitarbeiter:innen ermöglichen, die Steuerung von Anlagen einfach selbst grafisch zu modellieren, zu testen oder auch zu ändern, anstatt sie zu programmieren. Zusätzlich hilft ein Stufenkonzept, um schnell den wirtschaftlichen Nutzen aufzuzeigen. Im Folgenden wird das und eine beispielhafte Umsetzung beschrieben.

Die Produktentwicklung befindet sich in einer Transformation. Das etablierte Paradigma der virtuellen Produktentwicklung weicht zunehmend dem Digital Engineering. Insbesondere kleine und mittelständische Unternehmen (KMU) haben jedoch Probleme bei der Optimierung ihrer Prozesse durch Integration datengetriebener Methoden, da Ansätze zur zielgerichteten Prozessanalyse und Methodenidentifikation bislang fehlen. Der vorgestellte Ansatz stellt einen strukturierten Prozess zur Unterstützung der Integration datengetriebener Methoden in der Produktentwicklung zur Verfügung. Der Fokus liegt hierbei darauf, in bestehenden und etablierten Prozessen Anwendungsfälle für neuartige Methoden zu identifizieren und passende Methoden auszuwählen.

Digitalisierung ist heute allgegenwärtig. Wo im Privaten bereitwillig neue digitale Tools, Apps und Funktionen genutzt werden, tun sich Unternehmen in der Umsetzung von Digitalisierungsprojekten oft schwer. Dieser Beitrag beleuchtet die Motive für Digitalisierungsvorhaben, ihre Hürden sowie die Auswirkung auf die Arbeitsbelastung von Mitarbeitenden und versucht in der Verknüpfung mit den Grundprinzipien des Kontinuierlichen Verbesserungsprozesses, Handlungsempfehlungen für eine erfolgreiche Umsetzung dieser abzuleiten.

In diesem Beitrag werden Teilergebnisse aus der Studie „Künstliche Intelligenz in produzierenden Unternehmen“ des ifaa – Institut für angewandte Arbeitswissenschaft vorgestellt. Der Fokus liegt auf der Beschreibung geplanter oder bereits eingeführter KI-Anwendungen, ihren Nutzen und Hemmnissen bei der Einführung im Betrieb. Als Basis dienen dabei 332 Studienteilnehmende aus Unternehmen, in denen KI-Anwendungen geplant bzw. eingeführt wurden. Dies entspricht etwa 70 Prozent der Unternehmen der Gesamtstichprobe und ist mit Ergebnissen internationaler Studien vergleichbar.

Nach wie vor hindern vielfältige Herausforderungen Unternehmen an der Umsetzung digitaler Fabrikzwillinge. Zusätzlich muss die Entwicklung von Softwarelösungen auf die industriellen Anforderungen abgestimmt werden. Daher werden in diesem Beitrag die Ergebnisse einer Studie vorgestellt, in der relevante Anwendungsfälle und deren Implementierungsstatus untersucht wurden. Darauf aufbauend wird eine Landkarte erstellt, um die industrielle Etablierung digitaler Fabrikzwillinge voranzutreiben.

Digitale Assistenzlösungen ermöglichen – durch eine gezielte Unterstützung der Mitarbeitenden – eine papierlose und effiziente Produktion. So lassen sich Fehler deutlich reduzieren sowie die Produktivität, Flexibilität und Motivation steigern. Die Umsetzung ist jedoch für viele Unternehmen einen Herausforderung. AssistIng hat ein methodisches Vorgehen entwickelt, um die Auswahl und Implementierung Digitaler Assistenzsysteme zielgenau und effizient zu gestalten. Das Vorgehen basiert auf vier Schritten: Potenzialquantifizierung, Prozessanalyse, Systemauswahl und Gestaltung.