ProSense Hochauflösende Produktionssteuerung auf Basis kybernetischer Unterstützungssysteme und intelligenter Sensorik

Transkript

1 ProSense Hochauflösende Produktionssteuerung auf Basis kybernetischer Unterstützungssysteme und intelligenter Sensorik ASIM 2014 Dr.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. M.Sc. Christina Thomas Abteilungsleiterin Produktionsmanagement Lehrstuhl für Produktionssystematik Werkzeugmaschinenlabor (WZL) der RWTH Aachen Aachen, 1. Juli 2014

2 Agenda 1 Industrie 4.0 die Aachener Perspektive 2 ProSense 3 Simulation in ProSense 4 Protoytpische Umsetzung in der Demonstrationsfabrik Seite 2

3 Die vierte industrielle Revolution wird getragen durch die Kollaboration in sozialen Netzwerken Kraftmaschine Taylorismus Automatisierung Kollaboration Jährlicher Energiebedarf in Deutschland Durchschnittliches Pro-Kopf- Einkommen in Deutschland (inflationsbereinigt) Rechenoperationen pro Sekunde pro 1$ Overheadproduktivität im Vergleich zum Jahr Industrielle Revolution 2. Industrielle Revolution 3. Ind. Revolution 4. Industrielle Revolution GWh/a T /(c*a) #Op./(s*1$) % 3,5 3, ,5 20 2,0 1,E , ,0 1,E , In Anlehnung an: H.-J. Warnecke (1992) Fraktale Fabrik Seite 3

4 Der steigende Einsatz und die zunehmende Qualität der Konkurrenten führen zu einer höheren Dynamik im Wettbewerb Durchschnittliche Laufleistung eines Bundesliga-Spielers pro Spiel [km] 5,5 9,3 11,5 1963/ / /05 Durchschnittliche Zeit für einen Pass [s] 5,8 4,4 3,7 WM 1970 WM 1990 WM 2010 Günther Netzer 1972 Mario Götze 2013 Dynamik: Das Spiel wird schneller! Quelle: Heuer (2013); Deutsche Sporthochschule Köln (2011): Arbeitsstelle für Scouting-Studien; 11-Freunde-Magazin (2011), Süddeutsche (2013) Seite 4

5 Die Landung bei Nebel mit alten Instrumenten erschwert die Orientierung und macht die Lage unübersichtlich Wahrnehmung: Die Lage ist unübersichtlich! Quelle: Cessna AG, Garmin Ltd. Seite 5

6 Die fortschreitende Steigerung der Funktionsvielfalt führt zu einer höheren Anzahl zu berücksichtigender Parameter Beispiel Cayenne Module Innenraum: Leitungen: Fahrzeugspezifische Kabelkanäle: Kontakte: Leitungslänge ca: 2800m kg 32 Vielfalt: Die zu berücksichtigenden Parameter nehmen zu! Quelle: Porsche AG Seite 6

7 Die Kurse an der Börse unterliegen größeren Schwankungen - von einem planbaren Anstieg kann keine Rede mehr sein Entwicklung des DAX30 von 1959 bis % 8 % % 53 % % 27 % 36 % 303 % 43 % Verunsicherung: Die Planbarkeit geht verloren! Quelle: Seite 7

8 Industrie 4.0 die Aachener Perspektive cyber Single Source of Truth ERP- Systems PLM/Engineering- Systems IT-Globalisation Big Data Assessing and Storage in the cloud Data mining, safety, security High Speed Computing Local data storage 4. Industrielle Revolution Kollaborationsproduktivität - Mensch/Mensch - Mensch/Maschine - Maschine/Maschine Cognitive System physical Cooperation Business Communities Social Communities Adaptation by sensors Intuitivity, reliability IT-Openness Cost-efficiency Robustness Automation Software Hardware Seite 8

9 Agenda 1 Industrie 4.0 die Aachener Perspektive 2 ProSense 3 Simulation in ProSense 4 Protoytpische Umsetzung in der Demonstrationsfabrik Seite 9

10 Industrie 4.0 liefert intelligente Entscheidungshilfen für die Produktion Sophistizierte Entscheidungshilfen, Selbstoptimierung und Simulation erobern die Produktion Intelligente Entscheidungshilfen im Alltag Ist das andere Auto noch weit genug entfernt? Rückfahrkamera Intelligente Entscheidungshilfen in der Produktion Wo befinde ich mich aktuell im Produktionsprozess? integrierte Sensortechnik liefert hochauflösende Rückmeldedaten Erreiche ich auf dieser Flugbahn sicher den Flughafen? terrain vision System Was kann ich erreichen? Potenzial- & Was-Wäre- Wenn Simulationen Quelle: Mercedes Benz, glasspilot;, ProSense Seite 10

11 Gedankliche Trennung in kurzfristige und langfristige Analyse Die zweite Halbzeit Trainingslager Was muss in der zweiten Halbzeit anders laufen? Was kann kurzfristig getan werden, um das Spiel noch zu drehen? Ist es möglich noch zu gewinnen oder kann wenigstens ein Unentschieden erreicht werden? Pragmatisch handeln und kurzfristig umstellen Was sind die Gründe für Abweichungen? Was waren die schwerwiegendsten Fehler in den letzten Spielen? Durch welche Trainingsmethoden können die Fehler abgestellt werden? Schwächen systematisch aufarbeiten und abstellen Seite 11

12 ProSense entwickelt ein kybernetisches Unterstützungssystem für die Produktionssteuerung Produzent Historie von Plandaten Simulation SCM-Ebene AP 4 AP 5 ERP-Ebene MES-Ebene AP 6 Mensch- Maschine- Interaktion Sensorrückmeldung Produktion Quelle: ProSense Seite 12

13 Produktivitätssteigerung durch Industrie 4.0: Hochqualifizierte Mitarbeiter sind der Schlüssel zum Erfolg Ich bin Fertigungssteuerer. Und Problemlöser. Und Produktionsplaner. Und Simulationsexperte. Und Produktionsoptimierer. Und Berater. Ich glaube, wir müssen die Kompetenzen, die wir hier im Land haben, ausspielen. Wenn wir die hochqualifizierte Ausbildung wirklich nutzen wollen, dann müssen wir weg vom Taylorismus! Dann muss ich zur ganzheitlichen Verantwortung der Mitarbeiter kommen. (Hr. Wiedemann, Technikvorstand Fa. Rational) Seite 13

14 So integriert wie das menschliche Nervensystem: Hochauflösende Daten aus der Produktion nutzen! RFID Lasertracking Kamerasysteme Rückmeldungen aus der Maschinensteuerung Laserscanner ProSense erforscht den Einsatz von integrierter Sensortechnik, wie RFID und Lasertracking im Umfeld der Produktion. Damit entstehen hochauflösende Rückmeldedaten über die Abläufe in der Produktion in Echtzeit, die der Fertigungssteuerer für seine Planung benötigt! Bildquelle: Prototypischer Aufbau SICK AG Seite 14

15 So schnell wie Google: Cloudbasierte und echtzeitfähige Simulation der Abläufe in der Produktion! - parallele Simulation über Clouddienste - Echtzeitfähige Szenarioplanung & Optimierung - Durchspielen von Maßnahmen vor dem Treffen von Entscheidungen ProSense entwickelt eine Simulationsplattform, die aus den Rückmeldedaten automatisch Simulationsmodelle der Produktion aufbaut. Damit kann der Fertigungssteuerer die Komplexität verstehen und qualifizierte Entscheidungen treffen! Seite 15

16 So einfach wie Apple: Interaktive Visualisierungen und Entscheidungen in der Produktion! - Eye-Tracking Analysen zur Leistungsmessung der Unternehmenssoftware - Moderne Designansätze - Intuitive Oberflächen ProSense entwickelt in Zusammenarbeit mit Designern und Spezialisten für Eye-Tracking Systemen intuitive Programmoberflächen für die komplexen Anwendungen in den IT-Systemen. Damit erkennt der Fertigungssteuerer intuitiv Probleme in der Produktion und kann schnell reagieren! Seite 16

17 So anpassungsfähig wie das Gehirn: Schnelle Umsetzung durch Transparenz und Kommunikation! Die Lösungen von ProSense helfen nicht nur dem Fertigungssteuerer sondern allen Mitarbeitern in der Produktion. Die Transparenz ermöglicht es den Mitarbeitern die komplexen Produktionsabläufe schnell zu Verbessern. Damit steigt die Produktivität im ganzen Unternehmen! Seite 17

18 Agenda 1 Industrie 4.0 die Aachener Perspektive 2 ProSense 3 Simulation in ProSense 4 Protoytpische Umsetzung in der Demonstrationsfabrik Seite 18

19 Massendatenerfassung Materialnummer (Plan-WBZ) Teil [ ] bestand [St] abweichung [Tage] [Stück] [Tage] Zugangslosgröße [St] Bedarfsrate/ Tag [St] Bedarfsrate/ Tag [St] Plan-DLZ Wert pro Start- max Termin- max Unterlieferung Durchschnittliche durchschnittliche maximale , ,9 44, , , ,1 43, , , ,3 34, , , ,7 37, , , ,7 24, , , ,3 25, , , ,0 64, , , ,9 34, , , ,8 39, , , ,4 19, , , ,6 58, , , ,0 112, , , ,7 22, , , ,4 23, , , ,2 59, , , ,2 40, , , ,1 36, , , ,1 25, , , ,8 58, , , ,9 18, , , ,0 104, , , ,9 43, , , ,4 29, , , ,5 16, , , ,2 63, , , ,6 10, , , ,4 9, , , ,3 64, , , ,5 15, , , ,1 47, , , ,8 41, , , ,4 48, , , ,6 30, , , ,9 40, , , ,5 47, , , ,7 33, ,72 3 2, ,4 36, , , ,0 96, , , ,0 22, , , ,2 29,7 Architektur des kybernetischen Unterstützungssystems Plandaten Datenaufbereitung ERP- System Delta Plan vs. Ist Simulation Konfiguration Maßnahmen generieren Simulation Bewertung der Maßnahmen Konfiguration Kurzfristige Analyse Informationsfluss Eingriff Mensch Wissen Seite 19

20 Kurzfristige Analyse Symptome bekämpfen in der nächsten Kalenderwoche Die zweite Halbzeit Die nächste Kalenderwoche Was muss in der zweiten Halbzeit anders laufen? Was kann kurzfristig getan werden, um das Spiel noch zu drehen? Ist es möglich noch zu gewinnen oder kann wenigstens ein Unentschieden erreicht werden? Was kann innerhalb der nächsten Kalenderwoche getan werden? Welche konkreten Maßnahmen können kurzfristig die größte Wirkung entfalten? Wie zuverlässig wird die Wirkung dieser Maßnahmen voraussichtlich sein? Pragmatisch handeln und kurzfristig umstellen Handeln: Fokussierung auf das Wesentliche Seite 20

21 Kurzfristige Analyse Beobachtungsdimensionen und Maßnahmen Ziel: Umsetzung verbessen Umlaufbestand (WIP) Maschinelle Kapazität Personelle Kapazität Eilauftrag Auftragsfreigabe (WIP reduzieren/erhöhen) Gesamte Fertigung Je Arbeitsbereich/ Maschine Zusatzschicht Maschine substituieren Arbeitsvorgänge extern vergeben Überstunden anordnen Reihenfolgeoptimierung (Rüsten) Mehrmaschinenbedienung Mitarbeiter verschieben Prioritäten ändern Legende xxx Primäres Ziel xxx Beobachtungsdimension xxx Maßnahme auf Shopfloor xxx Maßnahme in IT-System Seite 21

22 Basierend auf möglichen Maßnahmen werden automatisch Simulationsszenarien gebildet und die Ergebnisse bewertet Maßnahmen generieren Simulation Bewertung der Maßnahmen Informationsfluss Eingriff Mensch Visualisierung Konfiguration Automatisches Generieren von Simulationsläufen Heuristische Ermittlung sinnvoller Simulationsszenarien: Maßnahmen werden anhand von hinterlegten Logiken gebildet Einschränkung des sonst exponentiell wachsenden Lösungsraums Auswahl des besten Simulationsszenarios anhand einer Zielfunktion Zielfunktion basiert auf Erreichung der vier klassischen logistischen Zielgrößen Auslastung Durchlaufzeit Umlaufbestand Termintreue Gewichtung der Zielgrößen untereinander kann vom Benutzer festgelegt werden Produktionsspezifische Parameter der Produktion können hinterlegt werden Schichtplan Anzahl Maschinenarbeitsplätze Möglichkeit zur Mehrmaschinenbedienung Kombinieren von Maßnahmen in Warenkorb und erneutes Anstoßen eines Simulationslaufs Nutzergerechte Darstellung der Simulationsergebnisse Intuitives Nachvollziehen der durch das System generierten Vorschläge zur Ergreifung von möglichen Maßnahmen Erzeugen von Unwohlsein beim Betrachter bei unzufriedenstellenden Situationen Seite 22

23 In der Übersichtsansicht werden Kapazitätsbedarf und Kapazitätsangebot gegenübergestellt Beobachtungsdimension Maschinelle Kapazität Seite 23

24 Vorgeschlagene Maßnahmen können detailliert hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Kapazitätsbelastung analysiert werden Beobachtungsdimension Maschinelle Kapazität Seite 24

25 Per Mausklick werden die Maßnahmen in die Feinplanung übernommen Beobachtungsdimension Maschinelle Kapazität Seite 25

26 Agenda 1 Industrie 4.0 die Aachener Perspektive 2 ProSense 3 Simulation in ProSense 4 Protoytpische Umsetzung in der Demonstrationsfabrik Seite 26

27 Eine breitgefächerte Verbreitung der Forschungsergebnisse: Strahlkraft der Pilotanwendungen! Pilotanwendung in der Demonstrationsfabrik auf dem Campus RWTH Aachen Pilotanwendung bei Ortlinghaus Pilotanwendung bei MSR Schulung von Studenten und Unternehmen Demonstration der Anwendbarkeit in KMU Übertragung der Ergebnisse auf die Automobilzulieferindustrie Verbreitung der Ergebnisse in KMU geprägten Maschinen und Anlagenbau! Seite 27

28 Deckenkran Demonstrationsfabrik Kleinserienproduktion auf 1600 m 2 Groblayout Demonstrationsfabrik Mantelfläche Die wandlungsfähige Auslegung der Produktion erlaubt die Fertigung unterschiedlicher Produktreihen Blechbearbeitung Blechbearbeitung Montage Tor Tor MAXeKART Lager, Warenein- u. ausgang, Verpackung Fügen I Fügen II 29 m StreetScooter Vorserien- Karosserierohbau 55 m Legende: Temporäre Nutzung für Schulung Seite 28

29 Anhand von sensorgestützten Daten wird der Zustand der Produktion hochauflösend analysiert ProSense Use Case 1 ProSense Use Case 3 Use Case 5 Seite 29

30 Use Case 1 Automatisierte Ermittlung von Übergangszeiten Ausgangssituation Liegezeiten stellen typischerweise 90-95% der Durchlaufzeit eines Auftrags dar. Ihre exakte Dauer kann aber oft nur indirekt bestimmt werden. Der aktuelle Aufenthaltsort des Auftrags/ Materials ist während der Fertigung häufig nicht exakt bekannt. Versuchsaufbau Mit RFID-Tags von SICK bestückte Transportbehälter werden an zwei Bereitstellungsflächen identifiziert Datenaustausch zwischen Asseco ERP-System und SICK-Sensoren Automatisierte Erfassung der Liegezeiten in der Blechfertigung Bereitstellfläche 1 Bereitstellfläche 2 RFID- Sensor RFID- Sensor Seite 30

31 Use Case 3 Automatisierte Ermittlung von Bearbeitungszeiten Ausgangssituation Die Plan- bzw. Rückmeldezeiten in der mechanischen Fertigung entsprechen nicht den tatsächlichen Zeiten der Fertigung Rückmeldungen erfolgen manuell und sind abhängig vom individuellen Prozess des Mitarbeiters Versuchsaufbau Der Arbeitsplatz ist mit einem Mini-Computer und Kamerasystem ausgestattet Die Kamera registriert die Ablage der Auftragspapieren zu Beginn des Fertigungsauftrags und die Wegnahme der Unterlagen beim Transport zum nächsten Arbeitsschritt Mittels der optischen Erfassung der Auftragspapiere erfolgt die Zeiterfassung für die Bearbeitung am Arbeitsplatz Seite 31

32 Use Case 5 Anonyme Erkennung von Personalmangel Ausgangssituation Die Plan- bzw. Rückmeldezeiten in der mechanischen Fertigung entsprechen nicht den tatsächlichen Zeiten der Fertigung Die Auftragsfreigabe berücksichtigt nicht die Verfügbarkeit des operativen Mitarbeiters an der Maschine Versuchsaufbau Der Arbeitsplatz ist mit einem Laserscanner ausgestattet Die Scanner registriert die Anwesenheit des Mitarbeiters im Arbeitsbereich vor der Anlage Sobald der Mitarbeiter den Bereich verlässt, wird die fehlende Mitarbeiterverfügbarkeit erfasst Seite 32

33 Herzlichen Dank Dr.-Ing. Dipl.-Wirt. Ing. M.Sc. Christina Thomas Abteilungsleiterin Produktionsmanagement Lehrstuhls für Produktionssystematik am Werkzeugmaschinenlabor (WZL) der RWTH Aachen Steinbachstr. 19 D Aachen Tel.: +49-(0)