Methode zur planungs- und anlaufbegleitenden Qualitätssimulation von instabilen Produktionssystemen im Serienanlauf
Final Report Abstract
Das Ergebnis des Forschungsvorhabens ist eine Methode, die eine planungs- und anlaufbegleitende Qualitätssimulation der instabilen Produktionsprozesse im Serienanlauf ermöglicht. Der Nutzen liegt darin, dass Anlaufmanager während der Planung und des Anlaufs in der Lage sind, die Leistung des Produktionssystems auf Basis der Qualitätsfähigkeitsentwicklung beurteilen zu können. Die aufgestellte Methode konnte durch die Implementierung in ein Ablaufsimulationssystem und der Anwendung in einem Anlaufszenario validiert werden [Fle-03; Fle-04]. Das vorliegende Forschungsvorhaben setzt sich inhaltlich mit der Erforschung des Einflusses von Qualitätsentwicklungen auf die Anlaufzielgrößen auseinander. Im Rahmen dieser Forschungsarbeiten wurde eine durchgängige Methode entwickelt, welche die Ermittlung von standardisierten und simulationstechnisch anwendbaren Qualitätsverläufen einzelner Prozesse ermöglicht. Für die Fertigungsprozesse Bohren und Drehen wurden Prozessfamilien gebildet und gruppentechnologisch strukturiert. Ziel der Strukturierung ist die Erzeugung einer hinreichenden Datenbasis und die Zusammenfassung bzw. Vereinfachung der in der Praxis vorkommenden Elementarprozesse. Elementarprozesse werden definiert, um qualitätsrelevante Prozessbausteine inkl. ihrer zeitvarianten Parameter der Qualitätsfähigkeit beschreiben zu können. Dafür wurde die Anforderungen an einen Elementarprozess festgelegt, eine MTM-basierte (Methods Time Measurement) Modellierungsregel entwickelt und der Elementarprozess als Repräsentant einer Prozessfamilie definiert. Ausgehend von der Clusterbildung wurde durch die Anwendung bekannter Verteilungsmodelle und der Regressionstheorie Werte für die Veränderung der Prozesslage und –prozesstreuung ermittelt. Bei der Ermittlung dieser Kennwerte wurde das anlauftypische Streuungsverhalten ermittelt und dadurch die Entwicklung der Qualität in Qualitätsfähigkeitskurven transformiert. Die Qualitätsfähigkeitskurven wurden in einer Simulation (mittels eM-Plant) abgebildet, so dass eine planungs- und anlaufbegleitende Simulation der OEE-Entwicklung möglich ist. Die Qualitätsfähigkeit wird in der Simulation um die Komponenten Leistungsentwicklung und Verfügbarkeitsentwicklung ergänzt, so dass nicht nur eine Qualitätsentwicklungsprognose, sondern eine vollständige OEE-Prognose möglich ist. Die aufgebaute und in eM-Plant implementierte Ablaufsimulation für die simulative Ermittlung der Qualitätsfähigkeitsverläufe und deren Auswirkung auf die Overall Equipment Effectiveness (OEE) stellt ein Hauptergebnis des Forschungsvorhabens dar. Das Simulationsmodell ist durch eine Praxisanwendung getestet und steht für weitere Forschungsvorhaben zur Verfügung. Das Modell ermöglicht die Auswertung von komplexen, stochastisch vernetzten Zusammenhängen, deren Auswertung für die Erlangung von Ergebnissen als Grundlage für weitere Forschungsvorhaben notwendig ist. Die Ermittlung und Aufzeichnung von empirisch belegten Qualitätsfähigkeitskurven stellen ein weiteres Projektergebnis dar. Für die Klasse der Bohr- und Drehprozesse wurde ausgehend von der in der Literatur existierenden Einteilung dieser Prozesse, Experimente geplant und durchgeführt. Die Experimente dienen der systematischen Ermittlung von Qualitätsfähigkeitskurven für die verschiedenen Prozessgruppen. Das Ergebnis dieser Experimente sind wesentliche Erkenntnisse über empirische Qualitätsfähigkeitsverläufe in der Fertigungstechnik. Diese Qualitätsfähigkeitsverläufe sind dokumentiert und stehen für weitere Untersuchungen zur Verfügung. Ermittelte simulierte OEE-Verläufe, helfen den Planern bei der Berechnung von Ressourcen für die Inbetriebnahme und dem späteren Betrieb des Prozesses. Zusätzlich können diese Kurven für weitere Planungswerkzeuge im Anlauf genutzt werden und so eine erhöhte Planungssicherheit schaffen. Die Arbeiten im Rahmen des Forschungsvorhabens beschäftigten sich in erster Linie mit der Untersuchung neuartiger Anlaufprognosemethoden mit den Mitteln der Simulation. Dementsprechend ergeben sich zwei Felder zur Fortführung der Arbeiten. Zum einen die Anwendung und der Ausbau der erarbeiteten Simulationsmethoden und zum anderen die Umsetzung der theoretischen Arbeiten in die Praxis. Künftige Arbeiten und mögliche Anwendungen liegen in den Bereichen Detaillierung und Ausbau des existierenden Modells und in wesentlichen Weiterentwicklungen der Methode. Das Hauptpotenzial liegt in der Ausdehnung des Betrachtungsgegenstandes auf weitere Objekte des Produktionssystems und produktionsnaher Geschäftsprozesse. Dabei kann auch der Einfluss von Geschäftsprozessen im Produktionsnetzwerk berücksichtigt werden. Im Einzelnen sind dies beispielhaft die Forschungsinhalte: • Ausweitung der Methode und Integration von produktionsnahen Geschäftsprozessen, wie bspw. Instandhaltungs- und Änderungsprozessen • Entwicklung von Modellen zur Abbildung der Leistungsentwicklung von Maschinen und Anlagen bzw. Maschinen- und Anlagenmodulen • Methode zur Beurteilung von anlaufenden Produktionssystemen (Reifegradmessung) • Integration der Methode in das Anlaufprojektmanagement unter Berücksichtigung von anlaufrelevanten Objekten und deren Entwicklung • Nutzung der Qualitätsfähigkeitskurven zur Optimierung der Ressourcenplanung im Produktionsanlauf • Entwicklung einer kombinierten Methode (Simulation, Heuristik) zur Ressourcenplanung • Untersuchung des Einflusses von Ressourcen im Anlaufnetzwerk auf die Entwicklung der Produktionsfähigkeit im Serienanlauf Mit der praktischen Umsetzung der im Forschungsprojekt erarbeiteten Ergebnisse beschäftigt sich das BMBF geförderte Verbundforschungsprojekt ProactAS (Proaktive Anlaufsteuerung von Produktionssystemen entlang der Wertschöpfungskette) im Rahmen des Förderprogramms "Forschung für die Produktion von morgen". In diesem Projekt arbeitet das Institut für Produktionstechnik (wbk) und ein Konsortium aus mehreren Industrieunternehmen gemeinsam an der Entwicklung von praxisgerechten Prognosemethoden für den Produktionsanlauf. Um diese Methoden praxisgerecht gestalten zu können stellen zwei Industriepartner die MDC Power GmbH und das Werk der Daimler AG in Düsseldorf ihre Produktionsanläufe zur Verfügung. Außerdem wird in zukünftigen Arbeiten untersucht werden, inwieweit sich weitere Forschungsansätze des Instituts synergetisch mit der Qualitätssimulation einsetzen lassen. Hier ist das von der Landesstiftung Baden Württemberg geförderte Projekt "Konfiguration von Wertschöpfungsnetzwerken auf Basis von Qualitätsfähigkeiten im Produktionsanlauf" zu nennen. Dabei wird die im vorliegenenden Forschungsvorhaben erarbeitete Methode auf die Konfiguration von Wertschöpfungsnetzwerke übertragen.
Publications
- A Dynamic Business-Process Based Production Ramp-up Simulation Model. In: Production Engineering Research and Development; WGP XIII/2 Volume XIII Issue 2; Hannover 2006, S.107-110
Fleischer, J.; Lanza, G.; Ender, T.
- Ein dynamisches Klassifizierungsverfahren. in: Werkstattstechnik online Jahrgang 96 (2006) 6 S. 417-421
Fleischer, J.; Ender, T.
- Modeling of Quality Development during Production Ramp-up by Elementary Processes. In: Butulana, P.;Hlebanja, G. (eds):Proceedings of the 39th CIRP International Seminar on Manufacturing Systems, Ljubljana 2006, pp. 505-510
Lanza, G.; Fleischer, J.; Ender, T.
- A Simulation based Resource Planning Model for Production Ramp-ups. In: Proceedings of the 40th CIRP International Seminar on Manufacturing Systems, Liverpool 2007
Lanza, G.; Fleischer, J.; Ender, T.
