Integrative Produktionssystemplanung

Produktionssystemplanung als integraler Bestandteil des Produktentstehungsprozesses

Die Planung eines Produktionssystems (resp. Fertigungssystems) ist ein Aufgabenzyklus in dem von uns propagierten 3-Zyklen-Modell der Produktentstehung. Der Ausgangspunkt für die Produktionssystemplanung ist das Produktkonzept und nicht das fertig entwickelte Produkt, weil die Projektierung der Herstellung parallel zur Entwicklung des Produkts erfolgen muss. Dies gilt insbesondere für komplexe Erzeugnisse. So wird beispielsweise bei mechatronischen Erzeugnissen, die sich durch eine Integration von Mechanik und Elektronik auf engem Raum auszeichnen, bereits das Produktkonzept durch die in Betracht gezogenen Fertigungstechnologien determiniert.

Die Planung von Produktionssystemen erfolgt heute vielerorts rechnerunterstützt. Digitale Fabrik bzw. Virtuelle Produktion sind in diesem Zusammenhang etablierte Begriffe. Darunter ist das Bilden und Analysieren von Computermodellen komplexer Fertigungssysteme zu verstehen. Die zur Verfügung stehenden IT-Werkzeuge haben sich in den letzten Jahren rasant entwickelt. Sie ermöglichen die Modellierung nahezu aller Aspekte eines modernen Fertigungssystems. Diese IT-Systeme können aber nur dann ihre volle Wirkung entfalten, wenn die Planung der Fertigungssysteme einer Systematik folgt.

Referenzmodell einer Systematik der Fertigungsplanung

Vor dem geschilderten Hintergrund sehen wir den Bedarf für eine umfassende Systematik zur integrativen Entwicklung von Produkt und Produktionssystem. Was die Entwicklung des Fertigungssystems im weitesten Sinne anbetrifft, schlagen wir ein Referenzmodell vor, das drei Dimensionen aufweist:

Abstraktion / Konkretisierung:  Dies ist die übliche Richtung einer Entwicklungssystematik, nach der ein Wechselspiel von Synthese und Analyse vom Abstrakten zum Konkreten führt. Oft wird auch eine konkrete Lösung abstrahiert, um eine Basis für das Finden besserer Lösungen zu erhalten.

Planungsebenen:  Diese bestimmen den Planungsgegenstand. Je Ebene nennen wir bewusst auch Synonyme, um das Verständnis zu erleichtern.

Sichten:  Es handelt sich um die klassischen drei Sichten Struktur, Verhalten und Gestalt auf ein technisches System, wie sie sich als so genanntes Y-Modell im Entwurf mikroelektronischer Systeme sehr bewährt haben.

Entwurfsraum der Fertigungssystemplanung

Diese drei Dimensionen spannen den Planungsraum auf. Die Planung eines spezifischen Fertigungssystems kann als Folge von Planungsschritten in diesem Raum aufgefasst werden. Dabei wird ein Planungsschritt durch Methoden und entsprechende Werkzeuge unterstützt. Zur Beschreibung der Eingangs- und Ausgangsinformationen sind Spezifikationstechniken notwendig. Dieses generische Referenzmodell hilft, die Vielfalt der Methoden, Werkzeuge und Spezifikationstechniken im Kontext Digitale Fabrik/Virtuelle Produktion zu ordnen.

Spezifikation komplexer Fertigungssysteme

Im Zyklus der Produktionssystementwicklung sind die vier Hauptaspekte Arbeitsablaufplanung, Arbeitsstättenplanung, Arbeitsmittelplanung und Produktionslogistik zu konkretisieren. Dabei ist eine integrative Spezifikation von Produkt- und Produktionssystemkonzeptionen die entscheidende Voraussetzung für die Kommunikation und Kooperation der involvierten Fachleute. Es entstehen Partialmodelle (rechnerinterne Repräsentationen der bearbeiteten Aspekte und Teilaspekte), die zu einem kohärenten System von Partialmodellen zu integrieren sind.

Herausforderung Informationsmanagement

Ein leistungsfähiges Informationsmanagement bildet die Basis für die Systematik der Produktions- systementwicklung. Es erlaubt die rechnerinterne und persistente Abbildung des kohärenten Systems von Partialmodellen der Produkt- und Produktionssystementwicklung. Im Sonderforschungsbereich Transregio 30 „Prozessintegrierte Herstellung funktional gradierter Strukturen auf Basis thermo-mechanisch gekoppelter Phänomene“ (http://www.transregio-30.com/) entwickeln wir ein Verfahren, das ausgehend von der Beschreibung eines mechanischen Bauteils mit gradierten Eigenschaften die detaillierte Spezifikation des erforderlichen Fertigungssystems liefert.

Unsere Kompetenzen und Leistungen

  • Integrative Entwicklung von Produkt- und Produktionssystem
  • Planung, Simulation und Optimierung komplexer Fertigungssysteme
  • Analyse, Gestaltung und Optimierung vom Fabriklayout bis zum Arbeitsplatz
  • Reorganisation von Fertigungsprozessen