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Pro Mondi

Prospektive Ermittlung von Montagearbeitsinhalten in der Digitalen Fabrik (Pro Mondi)

(Projektlaufzeit: März 2012 bis Februar 2015)

Problemstellung

Steigende Produkt- und Prozesskomplexität sowie zunehmender Kosten- und Zeitdruck stellen produzierende Un­ter­neh­men in Deutsch­land vor immer größere He­raus­for­de­run­gen. Zu deren Bewältigung setzen Produktionsunternehmen ver­stärkt di­gi­ta­le Planungswerkzeuge bei der Produkt- und Prozessplanung ein. Als ein wesentlicher Bestandteil der Optimierung der Produktentstehung und ein zentraler Aspekt des Innovationsprozesses wurde von der Industrie die In­te­gra­ti­on der frühen Phase der Produktentwicklung mit der Produktionssystementwicklung und ins­be­son­de­re mit der Prozessplanung identifiziert.

Derzeit mangelt es jedoch an praktikablen Ansätzen, diese In­te­gra­ti­on aufwandsarm und auf solider Datenbasis durchführen zu kön­nen, obwohl die Digitale Fabrik und der mit ihr angestrebte durchgängige Ein­satz von IT-Werkzeugen in allen Phasen der Produktentstehung immer mehr an Be­deu­tung gewinnen und bei einer Vielzahl produzierender Un­ter­neh­men bereits eingesetzt wer­den. Aufgrund der bislang fehlenden durchgängigen Nutzung und Abbildung entwicklungsrelevanter und meist isoliert vorliegender Daten, sind die Po­ten­ziale der Digitalen Fabrik bei der Ver­bes­se­rung der Planungsqualität und Standardisierung der Planungsprozesse mit einer möglichst hohen Wiederverwendung von Planungsergebnissen, auch im Bereich der Montage, noch nicht voll ausgeschöpft.

Zielsetzung

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist es, eine Methode zur prospektiven Ermittlung von Montagearbeitsinhalten in einer frühen Phase des Produktentstehungsprozesses (PEP) zu entwickeln. Der hierbei verfolgte Lösungsweg basiert auf einer Zusammenführung der Forschungsfelder der Produktdatentechnologie, der Digitalen Fabrik, des Data Mining und der Zeitwirtschaft, um domänenübergreifendes Planungswissen aus un­ter­schied­lichen PEP-Phasen entlang der Produktentstehung verfügbar zu ma­chen. Als Ergebnis ent­steht eine IT-unterstützte Methode, die auf ein montagearbeitsinhalts-spezifisches Mapping existierender Produkt- und Prozessstrukturen zurückgreift. Durch eine Klassifizierung und Zuordnung neuartiger Erzeugnisse soll auf dieser Basis nach dem Ähnlichkeitsprinzip eine aufwandsarme, hinreichend genaue Bestimmung der Montagearbeitsinhalte in einer frühen Phase der Produktentstehung auf Grundlage existierender Planungsdaten ermöglicht wer­den.

Gesamtsystematik zur prospektiven Ermittlung von Montagearbeitsinhalten © IPS​/​TU Dort­mund
Gesamtsystematik zur prospektiven Ermittlung von Montagearbeitsinhalten

Als Basis des angestrebten Produkt- und Prozessstrukturmappings gilt es, zu­nächst im Rah­men einer Analyse der Prozessdaten unter Anwendung von Methoden des unüberwachten Lernens, produktcharakteristische Prozessmuster, die zur Bestimmung von Montagearbeitsinhalten dienen, zu entdecken und abzubilden. Die hierzu erforderlichen Prozessdaten wer­den un­ter­schied­lichen Planungssystemen entnommen und einheitlich aufbereitet. In ei­nem wei­te­ren Analyseschritt wer­den in der Folge diejenigen Pro­dukt­ei­gen­schaf­ten identifiziert, die signifikanten Einfluss auf die Ausprägung der korrespondierenden Prozessmuster ausüben und somit als prozessrelevant einzustufen sind. Diese Ei­gen­schaf­ten kön­nen konstruktionsunterstützenden Systemen in der Folge als Basis für den Aufbau von Montagetemplates dienen. Über die Auswertung dieser Templates wer­den prozessrelevante Pro­dukt­ei­gen­schaf­ten im erweiterten Produktdatenmodell abgelegt und zur wei­te­ren Verarbeitung den nachfolgenden Prozessplanungssystemen einheitlich zur Ver­fü­gung gestellt. Auf diese Weise kann mit Kenntnis der bestehenden Verknüpfungen zwischen den prozessrelevanten Pro­dukt­ei­gen­schaf­ten existierender Erzeugnisse und deren ausgeprägten produktcharakteristischen Prozessmustern die Basis für eine prospektive Ermittlung von Montagearbeitsinhalten bei neuartigen Erzeugnissen geschaffen wer­den.

Die prospektive Ermittlung zukünftiger Montagearbeitsinhalte erfolgt somit unter effizienter, methodischer Nutzung der verfügbaren Datenbasis früherer Produkt- und Prozessplanungen und führt zu stochastischen, mit minimalem Konfidenzintervall behafteten, Ergebnissen. Die Verarbeitung der Eingangsdaten ist hierbei von zugrunde liegenden Produkt- und Prozessstrukturen unabhängig. Weiterhin wird erst mit dem Ein­satz moderner strukturentdeckender und -abbildender Ver­fah­ren die Auswertung der für frühe Phasen des PEP charakteristischen, unvollständigen und fehlerbehafteten In­for­ma­ti­onen mög­lich.

Vorgehensweise

Das Verbundprojekt ist auf eine Laufzeit von drei Jahren ausgelegt. Dabei wird die Zielsetzung der Ent­wick­lung einer Methode zur prospektiven Ermittlung von Montagearbeitsinhalten in der Digitalen Fabrik in mehreren Arbeitspaketen bearbeitet. Zur Identifizierung des Einflusses der Pro­dukt­ei­gen­schaf­ten auf die Montagearbeitsinhalte wird zu­nächst eine um­fang­rei­che Analyse in enger Zu­sam­men­arbeit des Lehrstuhls VPE mit der Fa­kul­tät für Ma­schi­nen­bau und Ver­fah­rens­tech­nik der HS Augsburg, der Fa­kul­tät für Feinwerk- und Mikrotechnik, Physikalische Tech­nik der HS München und dem Lehrstuhl APS durch­ge­führt. Neben der Identifikation dieser charakteristischen Produktmerkmale ist auch ih­re geeignete Verknüpfung mit den Prozessstrukturen eine offene Forschungsfrage. Die Ent­wick­lung einer geeigneten Methode zur Auswertung und Aufbereitung der vielfach unvollständigen und fehlerbehafteten Daten wird fe­der­füh­rend von Rapid-I übernommen und durch die wis­sen­schaft­lichen Ein­rich­tun­gen un­ter­stützt.

Arbeitsteilung im Konsortium © IPS​/​TU Dort­mund
Arbeitsteilung im Konsortium

Diese wer­den vor allem die Er­geb­nisse aus der Un­ter­su­chung zum Einfluss der Pro­dukt­ei­gen­schaf­ten auf die Montagearbeitsinhalte einbringen. Weiterhin erfolgt die Implementierung der entwickelten Werkzeuge sowie großer Teile der Anforderungsspezifikation und Validierung in enger Zu­sam­men­arbeit der Systemanbieter (Siemens PLM und MTM Softwarehaus) mit den Anwenderunternehmen Daimler Trucks, KHS und Miele. Die PROSTEP AG wird aufgrund ihrer lang­jäh­ri­gen Erfahrung mit der Ent­wick­lung von Anwendungsprotokollen der DIN EN ISO 10303 bei der Zuarbeit zu Normungsaktivitäten sowie der Anforderungsspezifikation für die Produkt- und Prozessmodellbildung tätig wer­den.

Zur erfolgreichen Lö­sung der Aufgaben im Projekt erfolgt die Arbeitsteilung zwischen den Partnern im Verbundprojekt entsprechend den Kernkompetenzen. Dabei erscheint die Form der Interdisziplinarität entlang des Produktlebenszyklus von der Produktentwicklung (vor­wiegend vertreten durch Lehrstuhl VPE und HS Augsburg) über das Industrial Engineering vor SOP (hauptsächlich repräsentiert durch Lehrstuhl APS und HS München) bis zum Produktionsbetrieb (u. a. bei Daimler Trucks, KHS und Miele) für die erfolgreiche Bearbeitung des Forschungsvorhabens be­son­ders vorteilhaft. Eine PEP-übergreifende Software- und Methodenentwicklung wird hierbei fe­der­füh­rend von wis­sen­schaft­lichen Ein­rich­tun­gen sowie Siemens PLM, MTM, PROSTEP und Rapid-I übernommen.

Forschungs- und Entwicklungspartner

  • Siemens Industry Software GmbH & Co. KG (Konsortialführer)
  • Daimler AG
  • Deutsche MTM-Ge­sell­schaft mbH Softwarehaus
  • Fa­kul­tät für Feinwerk- und Mikrotechnik, Physikalische Tech­nik, Hoch­schu­le für angewandte Wis­sen­schaf­ten München
  • Fa­kul­tät für Ma­schi­nen­bau und Ver­fah­rens­tech­nik, Hoch­schu­le für angewandte Wis­sen­schaf­ten Augsburg
  • KHS GmbH
  • Lehrstuhl für Virtuelle Produktentwicklung, TU Kaiserslautern
  • Miele & Cie. KG
  • PROSTEP AG
  • Rapid-I GmbH

Förderhinweis

Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und For­schung (BMBF) im Rahmenkonzept "For­schung für die Pro­duk­tion von morgen" ge­för­dert und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut. Die Ver­ant­wor­tung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt beim Autor.

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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.

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