Entwicklung von Methoden zur flexiblen Abbildung der Arbeitsplanungs- und Fertigungskompetenz und Integration der Montage und Montageplanung in kompetenzzellenbasierte Produktionsnetze
Final Report Abstract
In den durchgeführten Forschungsarbeiten wurden im Rahmen des kompetenzzellenbasierten Vernetzungsansatzes flexible Beschreibungsmodelle für die Bildung von Kompetenzzellen (KPZ) entwickelt. Eine Kompetenzzelle stellt dabei die kleinste, nicht mehr teilbare Leistungseinheit dar. Entlang der Wertschöpfungskette wurden diesbezüglich klar strukturierte Kompetenzrahmen definiert, welche die Grundlage für die Beschreibungsmodelle darstellen. So existierten aus Vorarbeiten des SFB 457 Kompetenzrahmen für die Produktentwicklung, die Arbeitsplanung, das Qualitätsmanagement sowie die Fertigung. Im durchgeführten Forschungsprojekt wurden die Kompetenzrahmen um die Montage-planung sowie Montage erweitert, sodass es in der Folge möglich wurde, komplexe Baugruppen in kompetenzzellenbasierten Produktionsnetzen herzustellen. Die Beschreibungsmodelle sind dabei essenziell, denn sie bilden die Basis für eine anforderungsgerechte Suche nach Kompetenzzellen. Integriert in die von Projekt 6 entwickelte Netzdatenbank sowie das Extended Value Chain Management System (EVCM-System), können sich nun klein- und mittelständische Unternehmensbereiche mit dem Kernaufgabengebiet Montage als spezifische KPZ beschreiben. Nach einer definierten Vorgehensweise werden alle vorhandenen Fertigkeiten, Fähigkeiten und nichtpersonelle Ressourcen (z.B. Anlagentechnik) in einem Kompetenzprofil verankert, welches die Grundlage für die Suche nach entsprechend passenden KPZ bei einem Kundenauftrag darstellt. Analog hierzu wurde auch das Beschreibungsmodell der Montageplanung erstellt. Dieses wurde in den durch Projekt 2 entwickelten Kompetenz-Agenten (KoAg) integriert, in welchem KPZ mit Ingenieur-dienstleistungscharakter, wie z.B. Produktentwicklung oder Arbeitsplanung, angelegt und gesucht werden können. Die Schnittstelle zwischen der konstruktiven Planung von Produkten und der Herstellung dieser stellt die Montageplanung (MPL) dar. Die Hauptaufgabe der MPL ist es, einen unter den Randbedingungen der kompetenzzellenbasierten Vernetzung verarbeitbaren Montageplan zu generieren. Hierbei ergeben sich einige Besonderheiten zur Montageplanung in einem unternehmensgeschlossenen Wertschöpfungs-prozess, da zum Zeitpunkt der Montageplanung im kompetenzzellenbasierten Produktionsnetz noch nicht feststeht, welche Ressourcen (Montage-KPZ) zum Einsatz kommen. Diesbezüglich wurde mit der speziell für diese Randbedingungen eingeführten „Hybriden Montageplanungsmethodik“ (HMPL) ein durchgängiger Informationsfluss entwickelt, welcher ausgehend von auftragsspezifischen Kundendaten (Zeichnungen, Stücklisten etc.) zunächst ressourcenneutrale Montagepläne generiert. Diese dienen in der Folge als so genannte „Anforderungsvektoren“ für die Suche nach passenden Montage-KPZ. Die HMPL besteht im Wesentlichen aus zwei Hauptabschnitten: einem generierenden Abschnitt und einem projektierenden Abschnitt. Im generierenden Abschnitt werden zunächst in Form einer Grobplanung die prinzipiellen Montageprozessschritte und Montageverfahren für die Produkt-herstellung festgelegt. Das Ergebnis ist ein Montageplan, welcher genaue Anforderungen an hierfür notwendige Montage-KPZ stellt. Diese Anforderungen werden in der Folge mit den in der Netzdatenbank vorliegenden Kompetenzprofilen (auch als „Beschreibungsvektoren“ bezeichnet) verglichen, passende KPZ ausgewählt und schließlich durch das EVCM-System angefragt. Die Besonderheit ist dabei, dass es bei den Montage-KPZ nicht mehr abzufragen gilt, ob die Montage-aufgabe durchgeführt werden kann, sondern lediglich ein Angebot angefordert wird, wie lang und zu welchen Konditionen die Durchführung realisierbar ist. Die Frage nach dem ob erübrigt sich durch die zu Beginn durchgeführte Beschreibung im Kompetenzprofil. An dieser Stelle setzt der zweite Abschnitt der Hybriden Montageplanungsmethodik an, in welchem die Feinplanung für den jeweiligen Montage-prozessschritt erfolgt. Durch die hohe Spezialisierung der Montage-KPZ wird davon ausgegangen, dass die Anfragen bezüglich der Auftragsdurchführung ähnlichen Charakter aufweisen. Somit kann durch die projektierende Arbeitsweise (Wiederhol- bzw. Ähnlichkeitsplanung) aufwandsarm die neue Arbeits-aufgabe hinsichtlich technologischer Parameter (Anlagenparameter, Werkzeugauswahl, Spannlagen etc.) zunächst geplant und anschließend realisiert werden. Für einen durchgängigen Informationsfluss ist es unabdingbar, dass die generierten Planungsdaten konsistent und für die Netzdatenbank (NDB) im Rahmen der KPZ-Suche weiterverarbeitbar sind. In einer Voranalyse wurde festgestellt, dass in Klein- und Kleinstunternehmen bzgl. der Montageplanung verschiedenste Planungssoftware zum Einsatz kommt – von einfachen Excel-Anwendungen bis hin zu professionellen ERP-Systemen. Die Planungsinformationen besitzen somit stark heterogenen Charakter und es ist nur mit hohem Aufwand möglich, diese Daten in ein für die KPZ-Suche konformes Format zu überführen. Aus diesem Grund wurde ein auf die Randbedingungen der kompetenzzellenbasierten Vernetzung zugeschnittenes Montageplanungsassistenzsystem (MoPAS) entwickelt, welches die wesentlichen Planungsaufgaben funktionell in einer Software zusammenführt. Der Anwender wird mittels MoPAS Schritt für Schritt durch alle Phasen der Montageplanung geführt (wobei die inhaltlichen Planungsentscheidungen stets beim Anwender und seinen Erfahrungen/seiner Kompetenz liegen). Nach Beendigung der Montageplanung wird ein Montageplan im standardisierten XML-Format ausgegeben, welcher schließlich die Suche nach passenden Montage-KPZ initiiert. Die entwickelten Methoden und Modelle wurden anhand eines Demonstrators (Motorspindel) aus dem Bereich Maschinenbau/Werkzeugmaschinenbau verifiziert. Hierfür wurden auf Grundlage der erarbeiteten Beschreibungsmodelle zunächst Arbeitsplanungs- sowie Montageplanungs-KPZ im KoAg angelegt. Des Weiteren wurden in der Netzdatenbank verschiedenste Fertigungs- und Montage-KPZ beschrieben, welche im Gegenstandsgebiet „Fertigung“ den Hauptverfahren Trennen nach DIN 8580 (Drehen, Fräsen, Schleifen, Wasserabrasivstrahlschneiden, Erodieren) bzw. bei der „Montage“ dem Fügen (nach DIN 8593, Fokus dabei auf manuelle Montage) zugeordnet sind. Mittels der entwickelten Methodiken konnte gezeigt werden, dass von der Kundenanfrage, einschließlich einer initiierten simulierten Produktentwicklung, über die Montageplanung bis hin zur Verknüpfung von Fertigungs- und Montage-KPZ ein durchgängiger Informationsfluss sowie eine erfolgreiche Produktionsnetzgenese realisierbar ist. Die Planung und Durchführung des simulierten Kundenauftrags anhand des Demonstrators erfolgte dabei nicht nur virtuell, sondern es wurden ausgewählte Baugruppen (Hauptlagergruppe) und Einzelteile (Lagerschild, Spindelwelle etc.) auf den als KPZ abgebildeten Fertigungsressourcen im Versuchsfeld der Professur Fertigungslehre an der TU Chemnitz hergestellt. Die Entwicklung der Methoden und Beschreibungsmodelle erfolgte für den Gegenstandsbereich Maschinenbau auf der Grundlage des angewandten Demonstrators „Motorspindel“. Derzeit ist es möglich, Fertigungs-KPZ in der Verfahrensgruppe Trennen sowie Montage-KPZ im Bereich manuelles Fügen anzulegen und im Rahmen der Produktionsnetzgenese miteinander temporär zu verknüpfen. Für eine weiterführende Anwendung ist es aber möglich, weitere Gegenstandsbereiche wie z.B. aus der automatisierten Montage, der Textilindustrie oder der Leistungselektronik zu integrieren. Analog gilt dies für die Erweiterung der planerischen KPZ wie z.B. der Montageplanung. Auch hier können die entsprechenden Kompetenzrahmen sukzessiv um gegenstandsspezifische Inhalte erweitert werden. Das Montageplanungsassistenzsystem wurde prototypisch implementiert und die Funktionalität nachgewiesen. Weitere Optimierungspotenziale ergeben sich hinsichtlich der Bedieneroberfläche sowie in der Integration weiterer Features, wie z.B. Hilfe- und Suchsysteme sowie die Konzeption der Sicherheitsperformance. Für eine breite Anwendung ist zudem geplant, das derzeit platzgebundene Softwaresystem webbasiert zu gestalten. Des Weiteren müssen Konzepte für ein über den Prototypen-status hinausgehendes Datenhaltungsmanagement erarbeitet werden. Hierfür wurden bereits erste Ansätze für ein PDM-System entworfen, welches auf die Randbedingungen des kompetenzzellenbasierten Vernetzungsmodells zurechtgeschnitten ist.
Publications
- Entwicklung von Methoden zur flexiblen Abbildung der Arbeitsplanungs- und Fertigungskompetenz und Integration der Montage und Montageplanung in KPZ-basierte Produktions-netze. Vortrag zur Fachtagung Vernetzt Planen und Produzieren – VPP2007. TU Chemnitz, 09.11.2007
Hänel, T.; Dürr, H.
- Methode für ein Montageplanungsassistenzsystem MoPAS zur Anwendung in kompetenzzellenbasierten Produktionsnetzen. In: Müller, E.; Spanner-Ulmer, B. (Hrsg.): Wandlungs-fähige Produktionssysteme – TBI08/2. W&P. Tagungsband, Wissenschaftliche Schriftenreihe des IBF, Sonderheft 14, TU Chemnitz, 13.11.2008, S. 319-327
Hänel, T.; Dürr, H.
- Montageplanung in kompetenzzellenbasierten Produktionsnetzen, 20. Internationale Wissenschaftliche Konferenz Mittweida - IWKM, Mittweida, 2009, S. 76-80
Hänel, T.; Dürr, H.
- Montageplanung in kompetenzzellenbasierten Produktionsnetzen. In: Müller, E.; Spanner-Ulmer, B. (Hrsg.): Vernetzt Planen und produzieren – VPP2009. Tagungsband, Wissenschaftliche Schriftenreihe des IBF, Sonderheft 15, TU Chemnitz, 17.09.2009, S. 53-62
Hänel, T.; Dürr, H.
- Vernetzte Produktion am Beispiel einer Werkzeugmaschinen-Antriebsspindel. In: Ivanov, D. et al. (Hrsg.): Logistics and Supply Chain Management: Modern Trends in Germany and Russia. Cuvillier Verlag, Göttingen, 2009, S. 177-168
Burghardt, T.; Häckel, S.; Hänel, T.; Müller, T.; Lauschke, M.
