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Anwendungsprotokoll zur Prozessharmonisierung in der Digitalen Fabrik

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Problemstellung

Produzierende Unternehmen setzen zunehmend digitale Planungswerkzeuge in der Produktentstehung ein, um auf den zunehmenden Kosten- und Zeitdruck zu reagieren. Davon sind sowohl Unternehmen mit variantenreicher Serienfertigung als auch kleine und mittelgroße Unternehmen (KMU) mit vorwiegend Einzel-, Klein- und Mittelserienproduktion betroffen. In diesem Zusammenhang erlangt die Digitale Fabrik zunehmend an Bedeutung.

Der Begriff "Digitale Fabrik" beschreibt den durchgängigen Einsatz von IT-Werkzeugen und digitalen Modellen in allen Phasen der Produktentstehung. Die Potenziale der Digitalen Fabrik, wie etwa die Verbesserung der Planungsqualität, die Verbesserung der Wirtschaftlichkeit und die Verkürzung der Produkteinführungszeit, können jedoch nur dann voll ausgeschöpft werden, wenn es gelingt, alle relevanten und bislang isolierten digitalen Methoden, Werkzeuge und Modelle zu einem integrierten Gesamtplanungssystem zu verbinden. Dies betrifft sowohl die technischen als auch die organisatorischen Schnittstellen innerhalb des gesamten Produktentstehungsprozesses.

Derzeit ist jedoch festzustellen, dass viele Softwarelösungen nur eingeschränkt die Möglichkeit besitzen, Planungsdaten in einer heterogenen Systemlandschaft durchgängig anzubieten bzw. zu beziehen. Diese Tatsache ist auf die mangelnde Konformität der Schnittstellen und der hieraus resultierenden fehlenden Integration aller notwendigen Planungsdaten zurückzuführen. Weiterhin trägt die mangelhafte Vernetzung der am Prozess beteiligten Planer und Partner zu der bestehenden Problematik bei.

Zielsetzung

Das Ziel des geplanten Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines anwendungss-pezifischen Datenmodells zur Prozessharmonisierung in der Digitalen Fabrik. In Anlehnung an die Normenreihe ISO 10 303 (STEP) wird dieses als "Anwendungsprotokoll" betitelt. Der Anspruch dieses Protokolls liegt in der zentralen Beschreibung der relevanten, während des Produktentstehungsprozesses anfallenden Produkt-, Prozess- und Ressourceninformationen. Hiermit verbunden sind:

Zeitdaten als verbindendes Element im Datennetz der Digitalen Fabrik © IPS​/​TU Dortmund
Zeitdaten als verbindendes Element im Datennetz der Digitalen Fabrik
  • die Sicherung der Konsistenz und der Redundanzfreiheit im übergreifenden bzw. multidisziplinären Entstehungsprozess
  • die Beherrschung der Komplexität der Produktentstehung
  • die Verkürzung der Planungszeiten durch Unterstützung von Simultaneous Engineering and Collaborative Engineering
  • Sicherung der Qualität der Planung als auch ihrer Ergebnisse.

Eine Schlüsselrolle in der Digitalen Fabrik nimmt die Verwaltung von Zeitdaten ein. Zeitdaten sind maßgebliche Größen für die Beschreibung von Prozessen und stellen eine wesentliche Datenbasis der Digitalen Fabrik dar. Durch ihren Bezug sowohl zur Produktentwicklung als auch zur Produktion werden Zeitdaten zu einem verbindenden Element im Datennetz der Produktentstehung. Trotz der hohen Bedeutung von Zeitdaten in der Produktentstehung fehlen Konzepte, mit denen eine rechnerunterstützte effiziente und durchgängige Bereitstellung von Zeitdaten, insbesondere in der Planungsphase von Produkten, möglich ist. Aus diesem Grund erfolgt im Verbundprojekt ADiFa die konkrete und exemplarische Realisierung eines Anwendungsprotokolls für den Austausch von Zeitdaten. Ziel ist es hierbei, das Anwendungsgebiet der Zeitwirtschaft mit den übrigen Planungsfunktionen und -bereichen der Digitalen Fabrik zu vernetzen. Die Grundlage hierzu bilden, wie in der nachfolgenden Abbildung dargestellt, durchgängig verfügbare Zeitdaten, die über das Anwendungsprotokoll zur Zeitwirtschaft spezifiziert werden.

Vorgehensweise

Zur Unterstützung der Entwicklung von Anwendungsprotokollen wird in diesem Forschungsvorhaben eine allgemeingültige Basissystematik entwickelt. Diese Basissystematik kann als eine Art „Werkzeugkasten“ aufgefasst werden, in dem alle wesentlichen Methoden und Definitionen zur Entwicklung von anwendungsspezifischen Anwendungsprotokollen enthalten sind. Ausgehend von dieser allgemeingültigen Basissystematik können jeweils anwendungsspezifische Anwendungsprotokolle definiert werden.

Aufbau und Struktur von Basissystematik und Anwendungsprotokoll © IPS​/​TU Dortmund
Aufbau und Struktur von Basissystematik und Anwendungsprotokoll

Die Vorgehensweise zur Entwicklung des Anwendungsprotokolls ist an die Methodik zur Entwicklung von Anwendungsprotokollen im Rahmen der STEP-Norm ISO 10 303 angelehnt. Die Umsetzung des Projekts erfolgt anhand der folgenden Arbeitsschritte: Im ersten Schritt erfolgt eine allgemeine Systematisierung der Planungsdaten und -gegenstände der Digitalen Fabrik. Im zweiten Schritt werden die Prozesse mit Zeitdatenbezug im Rahmen der Digitalen Fabrik vertiefend analysiert, um hieraus ein Aktivitätenmodell der Prozesse zu erstellen. Als nächstes werden die Anforderungen analysiert, die an den Austausch der Zeitdaten gestellt werden. Hierbei wird u. a. festgelegt, welche Zeitdaten in welcher Genauigkeit in welchem Planungsschritt vorliegen müssen. Hierauf aufbauend erfolgt die Modellierung des Datenmodells bzw. des Anwendungsprotokolls der Zeitdaten. Nach Definition und Spezifizierung des Anwendungsprotokolls erfolgt schließlich die Implementierung von Schnittstellen in Standardsoftware der Digitalen Fabrik und der Zeitwirtschaft sowie dessen Validierung.

Kopplung von propritären und systemneutralen Datenmodellen © IPS​/​TU Dortmund
Kopplung von propritären und systemneutralen Datenmodellen

Veröffentlichungen

  • Petzelt, D.; Magenheimer, K.; Schallow, J.; Wiedemann, M.; Deuse, J.; Reinhart, G.: Process Harmonisation Based on Application Protocols, Proceedings of 3rd International Conference on Changeable, Agile, Reconfigurable and Virtual Production (CARV 2009), 05.-07.10.2009, München, S. 758-768.
  • Petzelt, D.; Schallow, J.; Ebert, K.; Weidle, H.: Integration zeitwirtschaftlicher Funktionen in die Digitale Fabrik, MTM-Aktuell 14 (2009) 43, S. 21-22.
  • Petzelt, D.; Schallow, J.; Deuse, J.; Rulhoff, S.: Anwendungsspezifische Datenmodelle in der Digitalen Fabrik, ProduktDaten Journal 16 (2009) 1, S. 45-48.
  • Deuse, J.; Petzelt, D.; Schallow, J.; Reinhart, G.; Wiedemann, M.; Magenheimer, K.: Anwendungsprotokoll zur Prozessharmonisierung in der Digitalen Fabrik auf Basis von Anwendungsprotokollen, ZWF Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb 104 (2009) 1-2, S. 11-15.
  • Petzelt, D.: Verbundprojekt: ADiFa - Anwendungsprotokoll zur Prozessharmonisierung in der Digitalen Fabrik, MTM-Bundestagung, 23.10.2008.
  • Reinhart, G.; Wiedemann, M.: Projektvorstellung: ADiFA - Anwendungsprotokoll zur Prozessharmonisierung in der Digitalen Fabrik. Berliner Kreis Newsletter (2/2008) 11, S. 8.

Forschungs- und Entwicklungspartner

Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb), Technische Universität München

Fakultät für Maschinenbau der Hochschule für angewandte Wissenschaften Augsburg

Siemens Product Lifecycle Managment II (DE) GmbH

Deutsche MTM-Gesellschaft Industrie- und Wirtschaftsberatung mbH

GIGATRONIK München GmbH

Daimler AG, Werk Mannheim

PROSTEP AG

Förderhinweis

Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) innerhalb des Rahmenkonzeptes „Forschung für die Produktion von morgen“ gefördert und vom Projektträger Forschungszentrum Karlsruhe, Bereich Produktion und Fertigungstechnologien (PTKA-PFT), betreut.

Anfahrt & Lageplan

Der Campus der Technischen Universität Dortmund liegt in der Nähe des Autobahnkreuzes Dortmund West, wo die Sauerlandlinie A45 den Ruhrschnellweg B1/A40 kreuzt. Die Abfahrt Dortmund-Eichlinghofen auf der A45 führt zum Campus Süd, die Abfahrt Dortmund-Dorstfeld auf der A40 zum Campus-Nord. An beiden Ausfahrten ist die Universität ausgeschildert.

Direkt auf dem Campus Nord befindet sich die S-Bahn-Station „Dortmund Universität“. Von dort fährt die S-Bahn-Linie S1 im 20- oder 30-Minuten-Takt zum Hauptbahnhof Dortmund und in der Gegenrichtung zum Hauptbahnhof Düsseldorf über Bochum, Essen und Duisburg. Außerdem ist die Universität mit den Buslinien 445, 447 und 462 zu erreichen. Eine Fahrplanauskunft findet sich auf der Homepage des Verkehrsverbundes Rhein-Ruhr, außerdem bieten die DSW21 einen interaktiven Liniennetzplan an.
 

Zu den Wahrzeichen der TU Dortmund gehört die H-Bahn. Linie 1 verkehrt im 10-Minuten-Takt zwischen Dortmund Eichlinghofen und dem Technologiezentrum über Campus Süd und Dortmund Universität S, Linie 2 pendelt im 5-Minuten-Takt zwischen Campus Nord und Campus Süd. Diese Strecke legt sie in zwei Minuten zurück.

Vom Flughafen Dortmund aus gelangt man mit dem AirportExpress innerhalb von gut 20 Minuten zum Dortmunder Hauptbahnhof und von dort mit der S-Bahn zur Universität. Ein größeres Angebot an internationalen Flugverbindungen bietet der etwa 60 Kilometer entfernte Flughafen Düsseldorf, der direkt mit der S-Bahn vom Bahnhof der Universität zu erreichen ist.

Die Einrichtungen der Technischen Universität Dortmund verteilen sich auf den größeren Campus Nord und den kleineren Campus Süd. Zudem befinden sich einige Bereiche der Hochschule im angrenzenden Technologiepark. Genauere Informationen können Sie den Lageplänen entnehmen.

Interaktive Karte

Die Einrichtungen der Technischen Universität Dortmund verteilen sich auf den größeren Campus Nord und den kleineren Campus Süd. Zudem befinden sich einige Bereiche der Hochschule im angrenzenden Technologiepark.

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