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
Aachener Produktionsmanagement Institute RWTH Aachen gegründet 1870 Über 30.000 Studenten 6.700 Maschinenbaustudenten Hauptgebäude der RWTH Aachen Institutsgebäude von WZL und Fraunhofer IPT Werkzeugmaschinenlabor WZL gegründet 1906 750 Mitarbeiter (ca. 220 wissenschaftliche Mitarbeiter) Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie (IPT) gegründet 1980 390 Mitarbeiter (ca. 110 wissenschaftliche Mitarbeiter) Forschungsinstitut für Rationalisierung (FIR) gegründet 1954 150 Mitarbeiter (ca. 50 wissenschaftliche Mitarbeiter) Seite 2
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
Das ProSense-Konsortium hat gemeinsam an der Produktionssteuerung in Zeiten von Industrie 4.0 gearbeitet Seite 4
Vision der Industrie 4.0: Steigerung der Kollaborationsproduktivität vor 1997 Erfahrung und Wissen schlägt die Fähigkeiten von Computern Quelle: http://www.ted.com/talks/shyam_sankar_the_rise_of_human_computer_cooperation.html www.dailymail.co.uk, http://www.palantir.com/2010/03/friction-in-human-computer-symbiosis-kasparov-on-chess/ Seite 5
Vision der Industrie 4.0: Steigerung der Kollaborationsproduktivität vor 1997 Erfahrung und Wissen schlägt die Fähigkeiten von Computern 1997 New York, 1997. 19 Züge. Gewinner: Deep Blue Garry Kasparov, ungeschlagener Weltmeister von 1985 bis 1993, verlor als erster Großmeister gegen einen Computer Quelle: http://www.ted.com/talks/shyam_sankar_the_rise_of_human_computer_cooperation.html www.dailymail.co.uk, http://www.palantir.com/2010/03/friction-in-human-computer-symbiosis-kasparov-on-chess/ Seite 6
Vision der Industrie 4.0: Steigerung der Kollaborationsproduktivität vor 1997 Erfahrung und Wissen schlägt die Fähigkeiten von Computern 1997 2005 New York, 1997. 19 Züge. Gewinner: Deep Blue freestyle Schachtournier (Playchess.com) 2 1 3 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: http://www.ted.com/talks/shyam_sankar_the_rise_of_human_computer_cooperation.html www.dailymail.co.uk, http://www.palantir.com/2010/03/friction-in-human-computer-symbiosis-kasparov-on-chess/ Seite 7
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) 30 25 20 15 10 5 #Op./(s*1$) 1,E+09 1,E+00 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 1825 1900 1925 1950 1975 2000 2025 2050 In Anlehnung an: H.-J. Warnecke (1992) Fraktale Fabrik, statista.com Seite 8
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
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% 1 10 11 20 21 30 Prognosehorizont [Tage] Seite 10
ProSense entwickelte ein kybernetisches Unterstützungssystem für die Produktionssteuerung ERP Historie von Plandaten Simulation Mensch-Maschine-Interaktion MES Produktion Erweiterte Sensorrückmeldungen Quelle: ProSense Seite 11
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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 91329 Christine Fuß, Christian Maasem DIN, FIR der RWTH Aachen Seite 22
Besuchen Sie die Ausstellung des Konsortiums im Foyer! Seite 23
Vielen Dank! Weiter Informationen finden Sie unter: www.prosense.info Dipl.-Wirt. Ing. Felix Brambring Werkzeugmaschinenlabor WZL der RWTH Aachen ( +49 241/ 80-28241 * F.Brambring@wzl.rwth-aachen.de Seite 24