Wissenschaftlicher Newsticker

Wissenschaftlicher Newsticker September 2019

23.09.2019 -

Risiken der Wiederverwendung im Anlagenengineering

Lebenszyklen von Produktionssystemen werden immer kürzer. Das hat viele verschiedene Gründe. Viele davon liegen in den zunehmend turbulenten Zuliefer-, Absatz, und Technologiemärkten, die die ökonomischen und technologischen Möglichkeiten der Produktion definieren.

In Reaktion auf diese Herausforderung sind viele Unternehmen bemüht, die nicht wertschöpfenden Phasen im Lebenszyklus ihrer Produktionssysteme stark zu verkürzen. Ein probates Mittel dafür ist die Wiederverwendung von Entwurfsergebnissen aus vorherigen Projekten.

Dr.-Ing. Hannes Röpke hat sich mit seiner Dissertation „Entwicklung einer Methode zur Risikobeurteilung bei der Wiederverwendung von Entwurfselementen im Anlagenengineering“ eine entsprechende Risikobewertungsmethode aus mehreren Bausteinen entwickelt.

 

Lebenszyklen von Produktionssystemen werden immer kürzer. Das hat viele verschiedene Gründe. Viele davon liegen in den zunehmend turbulenten Zuliefer-, Absatz, und Technologiemärkten, die die ökonomischen und technologischen Möglichkeiten der Produktion definieren.

In Reaktion auf diese Herausforderung sind viele Unternehmen bemüht, die nicht wertschöpfenden Phasen im Lebenszyklus ihrer Produktionssysteme stark zu verkürzen. Entsprechend ist man bemüht, die Entwurfsphase von Produktionssystems schneller und effizienter zu durchlaufen. Ein probates Mittel dafür ist die Wiederverwendung von Entwurfsergebnissen aus vorherigen Projekten (Quelle).

Diese Wiederverwendung birgt jedoch Risiken. Mit sehr wenigen Ausnahmen sind Produktionssysteme nicht identisch. Üblicher Weise unterscheiden sie sich zum Beispiel hinsichtlich der zu fertigenden Produkte (z.B. andere Material- oder Fertigungsprozessdetails), der nutzbaren Technologien, der Umweltbedingungen des Produktionssystems (z.B. gewünschte Taktzeiten oder relevante Standards) und der Projektstruktur (z.B. andere Zulieferer oder andere Rechtssituation). Dies kann dazu führen, dass zur Wiederverwendung vorgesehene Anlagenkomponenten nur bedingt anwendbar sind und damit im Anlauf der Anlage Probleme entstehen.

Für das Management von Risiken hat sich (unter anderem) der in Abbildung 1 dargestellte Risikomanagementprozess etabliert. Hauptbestandteil dieses Prozesses ist eine Risikobeurteilung, die auf der Identifikation, Analyse und Bewertung entsprechender Risiken basiert.

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Abbildung 1: Risikomanagementprozess

Für die Wiederverwendung von Entwurfsartefakten ist eine derartige Risikobeurteilung und ein darauf aufbauendes Risikomanagement jedoch Neuland. Dr.-Ing. Hannes Röpke hat sich mit seiner Dissertation „Entwicklung einer Methode zur Risikobeurteilung bei der Wiederverwendung von Entwurfselementen im Anlagenengineering“ auf dieses Neuland gewagt und eine entsprechende Risikobewertungsmethode aus mehreren Bausteinen entwickelt.

Ausgangspunkt seiner Arbeiten war die Frage, was den eigentlich der Forschungsbedarf für eine derartige Methodenentwicklung ist. Er ist dabei dem in Abbildung 2 gezeigten Schalenmodell gefolgt.

bild2 

Abbildung 2: Methode zur Risikobewertung Handlungsbedarfe der Forschung

Als bedeutendste Voraussetzung für eine Risikobewertung im Anlagenengineering hat Entstand in der Dissertation eine allgenmeine Anlagenstruktur, die bezogen auf die funktionale Hierarchie eines Produktionssystems aufzeigt, was für Produktionssystemkomponenten sinnvoll wiederverwendbar sein könnten.

Darauf aufbauend hat Herr Dr.-Ing. Röpke einen Methodenkanon zur Risikoidentifikation entwickelt, der auf der basierend auf dem Delta-Engineering für betroffene Projektelemente basiert und Kennzahlen für ein entsprechendes Risiko im Projekt bereitstellt. Daran schließt eine Risikoanalyse an, die globale Risiken unter Nutzung von Simulationstechniken und lokale Risiken über Bayessche Netze analysiert. Die anschließende Risikobewertung erbringt dann einen Risikokubus, der eine Risikobewertung bezogen auf Handlungsoptionen erbringt.

Im Rahmen seiner Arbeit hat Herr Dr.-Ing. Röpke die Risikobewertung auf Anwendungsfälle im Automobilbau angewendet und sie so validiert. Das IAF wird diese Methodik weiter untersuchen und für weitere Anwendungsfälle und (insbesondere) AutomationML basierte Engineeringwerkzeugketten adaptieren.

 

Ansprechpartner: apl. Prof. Dr.-Ing. habil. Arndt Lüder

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Wissenschaftlicher Newsticker Mai 2019

06.05.2019 -

Modellierte Systemzustände zur Auftragssteuerung in der Industrie dienen in aller Regel der expliziten Darstellung grundlegender Geschäftsprozesse. In den letzten Jahren haben sich, nicht zuletzt getrieben durch immer leistungsfähigere EDV-Systeme, umfängliche Abbildung von Produktionsstrukturen in virtuellen Systemen durchgesetzt.  Grenzen virtueller Welten für den Fabrikplaner eröffnen sich nach wie vor bei nicht bzw. schwer gegenständlicher, also nicht geometrischen Eignung modellhafter Abbildungen der Fertigungsteuerung

Darstellungsformen bzw. Optimierungsaufgaben, welche beispielsweise in der Fertigungssteuerung zu finden sind. Da bei solchen Optimierungsvorhaben in aller Regel fachspezifisch übergreifende Lösungen zwingend erforderlich sind, ist hier der integrative beteiligungsorientierte Ansatz zur Lösungsfindung unerlässlich. Von den Magdeburger Forschern wurde eine Vorgehensweise entwickelt, die aus einem abstrahierten physischen Modells einer Produktion als Basis des beteiligungsorientierten Ansatzes sowie der darauf aufbauenden expertengeführten Systemauslegung besteht....mehrAnsprechpartner: Dr.-Ing. Ulf Bergmann, Dipl.-Ing. Gerd Wagenhaus

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Wissenschaftlicher Newsticker Dezember 2018

12.12.2018 -

Versuchsstand <Smart Factory>: „Realsimulation“ von Produktionsabläufen mittels Steuerungsarchitekturen der digitalen Zukunft

smartfactory_Bild3Dezember 2018 Für Fabrikplaner und Betriebsorganisatoren ist die Simulation von Produktionsabläufen ein wichtiges Werkzeug, um die Leistungsfähigkeit eines neu konfigurierten Produktionssystems zu bestimmen. Dem Grunde nach erfolgt hierbei die Nachbildung von Produktionssystemen mit ihren dynamischen Ablaufvorgängen in einem experimentierfähigen Modell gemeinhin auf Basis einer rechnergestützten Simulationsstudie. Mit dem seit Beginn des Jahres installierten Versuchsstand <Smart Factory> wird dies im Rahmen unserer Lehr- und Forschungsaktivitäten nunmehr als „Realsimulation“ erlebbar.

Dazu wurden auf Basis von Lehr-Simulationsmodellen der Firma Staudinger und Software der Firma logi.cals eine Reihe von modularen Arbeitsstationen installiert. Diese können frei konfiguriert und in beliebigen Anordnungen zu Modellen einer Vielzahl unterschiedlicher Arten und Ausprägungen von Produktionsanlagen kombiniert werden. Neben der expliziten Darstellung dedizierter Effekte ablauforganisatorischer Problemstellungen ermöglicht das System auch die experimentelle Überprüfung von Maßnahmen zu deren Lösung.

 

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auf Click: Video vom realem Versuchsaufbau        

Um verschiedene Ablaufstrukturen auf dem System zu evaluieren, bedarf es einem hohen Maß an Konfigurierbarkeit des Systems. Gleichzeitig muss die Tätigkeit der Konfiguration aber einem geeigneten zeitlichen und fachlichen Rahmen genügen. Eine stetige Neuentwicklung der Steuerungsarchitektur und -programmierung ist daher ungeeignet und wurde durch eine eigens entwickelte teil-automatisierte Inbetriebnahme ersetzt. Hierbei wird zur Lösung der Aufgabenstellung die Anlagenkonfiguration in Hard- und Software modellgetrieben erstellt und letztlich in einem AutomationML-Datenmodell abgelegt.

Ein am IAF entwickeltes Multi-Agentensystem (MAS) greift auf die Konfigurationsdaten während der Initialisierung und Laufzeit der Simulation über einen ebenfalls durch das IAF selbst implementierten AutomationML-OPC UA Server zu. Die Konfiguration und Orchestrierung der einzelnen Arbeitsstationen wird nun entsprechend des gegebenen Lösungsvorschlags durch das MAS durchgeführt. Die Vernetzung der Komponenten untereinander und mit dem MAS basiert ebenfalls auf OPC UA. Diese Kommunikationsarchitektur ermöglicht gleichzeitig die automatische Erfassung der Prozessdaten und liefert eine solide Datenbasis für die Ermittlung von aggregierten Kennzahlen (KPIs). So können die Ergebnisse der Experimente direkt rechnergestützt ausgewertet werden.

Im Rahmen des Forschungsprojektes INTEGRATE wird diese Architektur weiterführend dazu genutzt die lebenszyklusüberspannende Integration von Daten aus dem Anlagenentwurf zu erproben. Hierzu werden die Entwurfsdaten über die INTEGRATE Plattform zu einem „Anlagen-Repository“ zusammengeführt und stehen über filter- und zugangsbeschränkte Sichten zur Simulations-Laufzeit zur Verfügung. Das eingesetzte Multi-Agenten System ist so in der Lage, über den Entwurfsdaten der Anlage Entscheidungen zur Laufzeit des Systems zu treffen.

Darüber hinaus erweist sich das Interagieren mit dem physischen Modell im Rahmen der Aus- und Weiterbildung von Studierenden und interessierten Industriepartnern als hilfreich, um ablauforganisatorische Phänomene und die sich daraus häufig erfahrungsgeleitet ergebenen Grundsätze für das wirtschaftliche Betreiben von Produktionssystemen nachhaltig zu vermitteln.

Dabei fungiert der Versuchsstand als Demonstrator, in dessen experimentierfähiger Modellumgebung eine gezielte Veränderung steuerungsrelevanter Parameter vorgenommen wird. Dazu zählen z.B. die Festlegung von Fertigungslosgrößen, die Regelung der Auftragsweitergabe und die Bewirtschaftung von Engpassressourcen.

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Zukünftige Aktivitäten konzentrieren sich auf die dynamische Rekonfiguration des Versuchsstandes, um daraus weiterführende Demonstrationsbeispiele zu generieren und die Verwendung maßgeblicher Produktionskennzahlen zur Beurteilung auch komplexer Produktionsstrukturen zu erforschen.

Ansprechpartner: Dr.-Ing. Ulf Bergmann, Dipl.-Ing. Ronald Rosendahl

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Letzte Änderung: 15.10.2019 - Ansprechpartner: iaf