Dipl.-Wirt. Ing. Felix Brambring, WZL der RWTH Aachen

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1 Hochauflösende Produktionssteuerung auf Basis kybernetischer Unterstützungssysteme und intelligenter Sensorik Produktionssteuerung in Zeiten von Industrie 4.0 Dipl.-Wirt. Ing. Felix Brambring, WZL der RWTH Aachen Fellbach, 29. September 2015

2 Aachener Produktionsmanagement Institute RWTH Aachen gegründet 1870 Über Studenten Maschinenbaustudenten Hauptgebäude der RWTH Aachen Institutsgebäude von WZL und Fraunhofer IPT Werkzeugmaschinenlabor WZL gegründet Mitarbeiter (ca. 220 wissenschaftliche Mitarbeiter) Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT) gegründet Mitarbeiter (ca. 110 wissenschaftliche Mitarbeiter) Forschungsinstitut für Rationalisierung (FIR) gegründet Mitarbeiter (ca. 50 wissenschaftliche Mitarbeiter) Seite 2

3 WZL und IPT: zwei Institute eine Philosophie Prof. Schmitt Prof. Klocke Prof. Schuh Prof. Brecher Fertigungsmesstechnik und Qualitätsmanagement Technologie der Fertigungsverfahren Produktionssystematik Werkzeugmaschinen Produktionsqualität und Messtechnik Prozesstechnologie Technologiemanagement Produktionsmaschinen Seite 3

4 Das ProSense-Konsortium hat gemeinsam an der Produktionssteuerung in Zeiten von Industrie 4.0 gearbeitet Seite 4

5 Vision der Industrie 4.0: Steigerung der Kollaborationsproduktivität vor 1997 Erfahrung und Wissen schlägt die Fähigkeiten von Computern Quelle: Seite 5

6 Vision der Industrie 4.0: Steigerung der Kollaborationsproduktivität vor 1997 Erfahrung und Wissen schlägt die Fähigkeiten von Computern 1997 New York, Züge. Gewinner: Deep Blue Garry Kasparov, ungeschlagener Weltmeister von 1985 bis 1993, verlor als erster Großmeister gegen einen Computer Quelle: Seite 6

7 Vision der Industrie 4.0: Steigerung der Kollaborationsproduktivität vor 1997 Erfahrung und Wissen schlägt die Fähigkeiten von Computern New York, Züge. Gewinner: Deep Blue freestyle Schachtournier (Playchess.com) Garry Kasparov, ungeschlagener Weltmeister von 1985 bis 1993, verlor als erster Großmeister gegen einen Computer Gewonnen haben zwei Amateurschachspieler in gleichzeitiger Zusammenarbeit mit drei Computern Quelle: Seite 7

8 Die vierte industrielle Revolution wird getragen durch die Verfügbarkeit von Smart Devices Kraftmaschine Taylorismus Automatisierung Kollaboration Jährlicher Energiebedarf in Deutschland Durchschnittliches Pro-Kopf- Einkommen in Deutschland (inflationsbereinigt) Rechenoperationen pro Sekunde pro 1$ weltweit produzierte Smartphones 1. Industrielle Revolution 2. Industrielle Revolution 3. Ind. Revolution 4. Industrielle Revolution GWh/a 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 T /(c*a) #Op./(s*1$) 1,E+09 1,E In Anlehnung an: H.-J. Warnecke (1992) Fraktale Fabrik, statista.com Seite 8

9 Industrie 4.0 ermöglicht intelligente Entscheidungshilfen für die Produktion Intuitive Entscheidungshilfen erobern die Produktion Intelligente Entscheidungshilfen im Alltag Steht eine Kollision bevor? Rückfahrkamera Intelligente Entscheidungshilfen in der Produktion Welchen Status haben die Fertigungsaufträge? intelligente Sensorik liefert hochauflösende Rückmeldedaten Prototypischer Aufbau SICK AG Erreiche ich auf dieser Flugbahn sicher den Flughafen? terrain vision System Was kann ich erreichen? Potenzialabschät zung durch Was-Wäre- Wenn Simulationen Quelle: Mercedes Benz, glasspilot, ProSense Seite 9

10 Mangelnde Transparenz und fehlende Entscheidungsunterstützung stellen zentrale Herausforderungen der Produktionssteuerung dar Mangelnde Transparenz Fehlende Entscheidungsunterstützung Systematische Planabweichung Verteilte Datenbanken führen zu Medienbrüchen Unzureichende Integration von Daten in den Planungsund Steuerungsprozess Redundante und inkonsistente Daten Aufwendige oder unmögliche Aggregation von Daten Entscheidungsfindung mittels Heuristiken und Bauchgefühl Unkoordinierte, manuelle Steuerungseingriffe Planungsrelevante Stammdaten entsprechen nicht der Realität Planungsvorgaben werden nicht eingehalten Auswirkungen von Planabweichungen nicht exakt vorhersagbar 100% 100 % 50% 50 % Planungsgüte [%] ~30 % nach 3 Tagen ~15 % nach 16 Tagen 0 % 0% Prognosehorizont [Tage] Seite 10

11 ProSense entwickelte ein kybernetisches Unterstützungssystem für die Produktionssteuerung ERP Historie von Plandaten Simulation Mensch-Maschine-Interaktion MES Produktion Erweiterte Sensorrückmeldungen Quelle: ProSense Seite 11

12 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 12

13 Zur Begegnung der Herausforderungen bieten sich kurz- und langfristige Maßnahmen an 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 13

14 Zur Begegnung der Herausforderungen bieten sich kurz- und langfristige Maßnahmen an 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? Pragmatisch handeln und kurzfristig umstellen Was kann innerhalb der nächsten Kalenderwoche getan werden? Welche 3 konkreten Maßnahmen können kurzfristig die größte Wirkung entfalten? Wie zuverlässig wird die Wirkung dieser Maßnahmen voraussichtlich sein? Handeln: Fokussierung auf das Wesentliche ipad-app: Inhaltliche Konzeption und Programmierung: WZL, Konzept und Gestaltung des Interfaces und der Visualisierungen: FH Aachen FB Gestaltung Seite 14

15 ProSense ermöglicht die Unterstützung des Produktionssteuerers in vier kurzfristigen Entscheidungsdimensionen Dimension Maschinelle Kapazität Vorhersage überlasteter Arbeitssysteme Dimension Personelle Kapazität Vorhersage organisatorischer Liegezeiten anhand von hohen Liegezeiten Dimension Eilauftragslage Management von Eilaufträgen Dimension Auftragsfreigabe Anpassung des freigegebenen Auftragsbestands Seite 15

16 Die Maßnahmen aller vier kurzfristigen Dimensionen werden simuliert und bewertet Auswahl von Maßnahmenkombinationen Cloud ERP-Daten Maßnahmengenerierung und -bewertung Vorselektierte Maßnahmen Simulation Visualisierung Shopfloor Seite 16

17 Zur Begegnung der Herausforderungen bieten sich kurz- und langfristige Maßnahmen an Die nächsten Monate Trainingslager Was sind die Ursachen für die systematische Abweichung zwischen Plan und Ist? Wo liegen die Unterschiede zwischen der angenommenen Konfiguration der PPS und der tatsächlichen Umsetzung? Was sind die Auslöser für systematische Abweichungen von der Planung? Was sind die Gründe für Abweichungen? Was waren die schwerwiegendsten Fehler in den letzten Spielen? Durch welche Trainingsmethoden können die Fehler abgestellt werden? Verstehen: Warum weicht die Umsetzung systematisch von der Planung ab? Schwächen systematisch aufarbeiten und abstellen ipad-app: Inhaltliche Konzeption und Programmierung: WZL, Konzept und Gestaltung des Interfaces und der Visualisierungen: FH Aachen FB Gestaltung Seite 17

18 ProSense ermöglicht die Unterstützung des Produktionssteuerers bei der Analyse systematischer Abweichungen Langfristige Analyse Analyse systematischer Abweichungen AP Me Da St Rf Ka Grafische Darstellung der FH Aachen Seite 18

19 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. Wir müssen einfach unseren Mitarbeitern grundsätzlich ein höheres Maß an Entscheidungspotential geben. (Hr. Wittenstein, Vorstandsvorsitzender Wittenstein AG) Seite 19

20 Cloudbasierte Simulation der Abläufe in der Produktion! - Simulation über Clouddienste - Adaptive Szenarioplanung - Bewertung von Maßnahmen vor dem Treffen von Entscheidungen ipad-app: Inhaltliche Konzeption und Programmierung: WZL, Konzept und Gestaltung des Interfaces und der Visualisierungen: FH Aachen FB Gestaltung Seite 20

21 Weitere Vorträge aus dem ProSense-Konsortium Heute, 14:30 Uhr Kybernetische Produktionssteuerung mittels intelligenter Sensorsysteme Jan Meißner, Christian Maasem FIR der RWTH Aachen Heute, 15:00 Uhr Gib mir ein Zeichen! Visualisierungskonzepte, die Entscheidungshilfe bieten und versteckte Potenziale aufzeigen Prof. Eva Vitting FH Aachen Heute, 16:00 Uhr Sensorik als Enabler von Industrie 4.0 Andreas Höll SICK AG Heute, 16:20 Uhr Potenziale intelligenter Sensorik zur Steigerung der Rückmeldungsqualität und Auswirkung auf die adaptive Feinplanung Uwe Zuchold PSIPENTA AG Heute, 16:40 Uhr Produktionsplanung auf Basis von Massendaten der Produktion Dr. Stephan Ripp etagis GmbH Seite 21

22 Weitere Vorträge aus dem ProSense-Konsortium Morgen, 11:15 Uhr Industrie 4.0 trifft Mittelstand der Weg zur hochauflösenden Produktionssteuerung mit Hilfe von Echtzeitdaten Dr. Sascha Fuchs Ortlinghaus GmbH Morgen, 11:40 Uhr Automatisierte Rückmeldung von Fertigungsaufträgen durch intelligente RFID-Sensorik Frank Fesnch MSR technologies GmbH Morgen, 12:05 Uhr Industrie 4.0 in der Demonstrationsfabrik Aachen Thomas Hempel WZL der RWTH Aachen Morgen, 12:30 Uhr Benutzerzentrierte Gestaltung von Entscheidungsunterstützungssystemen in der Produktionsplanung Jochen Nelles, Dr. Martin Gründl IAW der RWTH Aachen, Ergoneers, GmbH Morgen, 12:55 Uhr Standardisierungsaktivitäten im Forschungsprojekt! Unterstützung des Transfers von Forschungsergebnissen am Beispiel DIN SPEC Christine Fuß, Christian Maasem DIN, FIR der RWTH Aachen Seite 22

23 Besuchen Sie die Ausstellung des Konsortiums im Foyer! Seite 23

24 Vielen Dank! Weiter Informationen finden Sie unter: Dipl.-Wirt. Ing. Felix Brambring Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen ( / * F.Brambring@wzl.rwth-aachen.de Seite 24