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STEPS

Sozio-technische Gestaltung und Einführung Cyber-Physischer Pro­duk­tions­sys­te­me in nicht F&E-intensiven Un­ter­neh­men

(Projektlaufzeit November 2015 bis Oktober 2018; Projektbearbeitung erfolgt durch RIF e.V., Abteilung Pro­duk­tions­sys­te­me)

Problemstellung

Die zunehmende Verbreitung von Informations- und Kom­mu­ni­ka­ti­ons­tech­nik (IKT), vernetzten Produktionseinheiten sowie neuer Internettechnologien ermöglicht es vie­len Industriebetrieben, Cyber-Physische Pro­duk­tions­sys­te­me (CPPS) er­folg­reich einzuführen und zu be­trei­ben. Die Be­deu­tung dieser CPPS für die zukünftige Wettbewerbsfähigkeit der deutschen Industrie ist unter Informatikern, Ingenieurwissenschaftlern sowie Verbänden und politischen Akteuren unumstritten. Zusammengefasst wer­den diese Elemente unter dem Begriff „Industrie 4.0“. Das generelle Ziel dieses Ansatzes besteht darin, wachsende Flexibilitätsanforderungen, zunehmende Produktindividualisierung, kürzer werdende Produktlebenszyklen, steigende Komplexität der Prozessabläufe, Produkte und An­for­der­ungen sowie He­raus­for­de­run­gen des demografischen Wandels automatisierungstechnisch, informatorisch und dezentral selbstregelnd zu bewältigen.

Industrie 4.0-basierte Pro­duk­tions­sys­te­me wer­den durch den Ein­satz von IKT, wie vernetzten, eingebetteten Systemen, sowie der Einführung von Überwachungs- und Entscheidungsprozessen selbststeuernd ausgelegt. Durch ih­re schrittweise Implementierung auf dem Weg zu CPPS kön­nen wei­tere funktionale sowie wirtschaftliche Potentiale bestehender Pro­duk­tions­sys­te­me genutzt wer­den. Unbestritten ist zugleich, dass damit einhergehend größere Veränderungen hinsichtlich der Gestaltung von Ar­beit, Tech­nik und Organisation in der Pro­duk­tion zu erwarten sind, die ins­be­son­de­re kleine und mittlere Un­ter­neh­men (KMU) vor große He­raus­for­de­run­gen stellen. Begrenzte Managementkapazitäten sowie fehlendes Personal und Ressourcen für For­schung und Ent­wick­lung sind für KMU nicht zu unterschätzende Engpässe bei der Einführung und Umsetzung von Prozessinnovationen im Allgemeinen und von CPPS-Lö­sun­gen im Besonderen. Vor diesem Hintergrund ist es entscheidend, diesen Un­ter­neh­men den Zugang zu CPPS-Lö­sun­gen zu ermöglichen und sie zu befähigen, die neuen Technologien wirtschaftlich und beschäftigtenorientiert einzusetzen. Von besonderer Relevanz ist hierbei, die sozio-tech­nisch­en He­raus­for­de­run­gen bei der Einführung von Industrie 4.0 zu bewältigen und CPPS-Lö­sun­gen den betrieblichen An­for­der­ungen entsprechend zu ge­stal­ten, einzuführen und zu be­trei­ben.

Zielsetzung und Lösungsweg

Das Verbundprojekt STEPS hat in diesem Kontext das übergreifende Ziel, ein spezifisches CPPS-Lösungsmuster für nicht F&E-intensive KMU zu entwickeln sowie die für die Einführung und Umsetzung notwendigen Strategien für ein beschäftigtenorientiertes, wirtschaftliches Produktionssystem zu entwickeln.

Dazu ist die Erarbeitung einer sozio-tech­nisch­en Gestaltungs- und Einführungssystematik für CPPS er­for­der­lich, die auf die besonderen An­for­der­ungen nicht F&E-intensiver Un­ter­neh­men abzielt. Die Gestaltungs- und Einführungssystematik soll den KMU geeignete CPPS-Lö­sun­gen aufzeigen, die zur Erreichung der operativen Ziele, unter Berücksichtigung der An­for­der­ungen und Fähigkeiten sozio-technischer Systeme, implementiert wer­den kön­nen. Geeignete organisatorische Strukturen kön­nen eine dauerhafte Prozessorganisations- und Technologieadaptionsfähigkeit der Betriebe fördern und zu einer Produktivitätssteigerung sowie zu einer Verkürzung der Reaktionszeit auf variierende Kundenanforderungen führen. Die dabei auftretenden tech­nisch­en, arbeitsorganisatorischen und personellen He­raus­for­de­run­gen und ih­re Interdependenzen wer­den mit­hil­fe der systemischen Vorgehensweise früh­zei­tig aufgegriffen. Mit diesem Kon­zept wird vermieden, dass allein nach der Funk­ti­ons­wei­se einzelner Mensch-Tech­nik-Organisation-Komponenten (M-T-O) gefragt wird. Vielmehr wer­den die Wechselwirkung und die Kombination der drei Elemente fokussiert.

Parallel zur Ent­wick­lung der Gestaltungs- und Einführungssystematik wird die exemplarische Wei­ter­ent­wick­lung der sozio-tech­nisch­en Pro­duk­tions­sys­te­me der Anwendungspartner mittels CPPS-Lö­sun­gen vo­ran­ge­trie­ben. Dazu wer­den in Feldexperimenten Teams aus ei­nem Anwendungspartner und Entwicklungspartnern mit ent­sprech­en­der Expertise parallel zur Ent­wick­lung der Gesamtsystematik konkrete CPPS-Lö­sun­gen für die Erreichung spezifizierter operativer Ziele ent­wi­ckelt und an­schlie­ßend als Demonstratoren bei den Anwendungspartnern umgesetzt. Dabei wird die zu entwickelnde Gesamtsystematik validiert und durch die erzielten Er­fah­run­gen angereichert. Mit der Expertise im Konsortium kön­nen bedarfsorientierte Lö­sun­gen in Form von Demonstratoren in den zen­tra­len Handlungsfeldern der Industrie 4.0-Initiative Big Data, Smart Components und Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) im Sinne einer individuellen und flexiblen Artteilung zwischen Mensch und Roboter ent­wi­ckelt und umgesetzt wer­den.

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Vorgehensweise und Arbeitsteilung

Das Verbundprojekt ist auf eine Laufzeit von drei Jahren ausgelegt. Dabei wer­den die angestrebten For­schungs­er­geb­nis­se in Form von sechs Arbeitspaketen er­ar­bei­tet. Zunächst wird der Stand der Tech­nik und Wis­sen­schaft aufbereitet. Dazu wer­den CPPS-Lö­sun­gen katalogisiert sowie die Aus­wir­kungen auf operative Kennzahlen und Unternehmensziele un­ter­sucht und basierend darauf eine KMU-orientierte Auswahlhilfe für CPPS-Lö­sun­gen ent­wi­ckelt. Daraufhin wer­den Erfolgsfaktoren und Hemmnisse bei der CPPS-Implementierung auf Basis der Einführungsvoraussetzungen seitens KMU analysiert und in eine Taxonomie gemäß des MTO-Ansatzes überführt. Auf diesen Vorarbeiten basierend wird eine Gestaltungs- und Einführungssystematik für CPPS-Lö­sun­gen ent­wi­ckelt. Parallel dazu erfolgt die Umsetzung von Demonstratoren in den vier Anwendungsszenarien bei den Anwendungspartnern mit Unter­stütz­ung durch die Systementwickler. Dabei wer­den die gewonnenen Er­fah­run­gen gezielt in die Wei­ter­ent­wick­lung der Gesamtsystematik einfließen. Zudem erfolgt neben einer projektbegleitenden Validierung der Gesamtsystematik sowie der Demonstratoren hinsichtlich der Eig­nung für die aufwandsarme Adaption für andere Un­ter­neh­men ein projektbegleitender Ergebnistransfer.

Zur erfolgreichen Durchführung des Verbundprojektes erfolgt die Arbeitsteilung zwischen den Partnern entsprechend der jeweiligen Kernkompetenzen. Aufgrund der Expertise der Entwicklungspartner stam­men die zu entwickelnden Demonstratoren aus den Be­rei­chen Big Data, Smart Components und Mensch-Roboter-Kollaboration und wer­den entsprechend der An­for­der­ungen und Zielsetzungen der Anwendungspartner zielgerichtet aus­ge­wählt, vor Ort umgesetzt und die Adaptierbarkeit auf andere Un­ter­neh­men sichergestellt. Die Forschungspartner entwickeln und validieren die Gesamtsystematik und begleiten die Industriepartner bei der Umsetzung und Validierung der Prototypen.

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Forschungs-, Entwicklungs- und Anwendungspartner

  • TOPSTAR GmbH (Konsortialführer)
  • RIF e.V. – Institut für For­schung und Transfer, Abteilung Industrial Engineering (Koordinator)
  • Technische Uni­ver­si­tät Dort­mund, Forschungsgebiet Industrie- und Arbeitsforschung
  • InSystems Automation GmbH
  • LP-Montagetechnik GmbH
  • RapidMiner GmbH
  • intrObest GmbH & Co. KG
  • MSP Material Synchronisation and Packaging GmbH
  • Steiner-Optik GmbH

Förderhinweis

Dieses Forschungs- und Entwicklungsprojekt wird mit Mitteln des Bundesministeriums für Bildung und For­schung (BMBF) im Rahmenkonzept "Industrie 4.0 – For­schung auf den betrieblichen Hallenboden" ge­för­dert und vom Projektträger Karlsruhe (PTKA) betreut. Die Ver­ant­wor­tung für den Inhalt dieser Veröffentlichung liegt beim Autor.

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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.

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