DE102016103771A1

DE102016103771A1 - Verfahren zum Herstellen eines Produkts mit integrierter Planung und direkter ganzheitlicher Steuerung

Info

Publication number: DE102016103771A1
Application number: DE102016103771.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas Stoeckel; André Ziemke
Original assignee: Nextlap GmbH
Current assignee: Nextlap GmbH
Priority date: 2016-03-03
Filing date: 2016-03-03
Publication date: 2017-09-07

Abstract

Es wird in verschiedenen Ausführungsbeispielen ein Verfahren zum Herstellen eines Produkts bereitgestellt, wobei es sich bei dem Produkt um eine Funktionseinheit handelt, welche aus mindestens zwei Teilen zusammengesetzt ist, wovon sich jedes an einem separaten Ort befindet, wobei das Verfahren umfasst: mindestens einen Logistikprozess, bei welchem ein Teil von seinem Ort an den Bedarfsort befördert wird; und mindestens einen Herstellungsprozess, bei welchem das Teil mit mindestens einem weiteren Teil am Bedarfsort zusammengebaut wird, wobei das Verfahren gesamtheitlich vor und während seiner Ausführung in einem ersten elektronischen Datenverarbeitungsprogramm geplant und/oder simuliert wird und/oder von einem zweiten elektronischen Datenverarbeitungsprogramm direkt gesteuert wird, wobei die direkte Steuerung bezüglich einer Gruppe von Produktionsfaktoren erfolgt, welche Mitarbeiter und/oder Betriebsmittel und/oder Material aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Produkts, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs, mit einer integrierten Planung und einer direkten ganzheitlichen Steuerung des Gesamtherstellungsprozesses.
In der industriellen Herstellung von Produkten werden Logistik- und Fertigungsprozesse überwiegend in voneinander getrennten Bereichen geplant und ebenfalls in voneinander unterschiedlichen Bereichen operativ gesteuert.
Erstere werden im Zuge der Logistikplanung und letztere im Zuge der Fertigungsplanung geplant. Sie werden ebenfalls von unterschiedlichen Bereichen operativ gesteuert, etwa erstere in der operativen Logistik und letztere in entsprechenden Fertigungsbereichen.
Daraus hat sich historisch ergeben, dass sich die in der Fertigung und in der Logistik verwendeten Methoden, Prozesse und Systeme – IT-Systeme und Anlagentechnik – unterscheiden. Die Relevanz dieser Tatsache wird deutlich, wenn man sich vor Augen führt, dass in einem modernen Automobilwerk zur Steuerung von Fertigung und Logistik heute bis zu 500 unterschiedliche IT-Systeme benötigt werden.
Ein Beispiel für unterschiedliche Methoden in Fertigung und Logistik ist die Erfassung und Bewertung von Arbeit. In der Fertigung erfolgt diese mittels zeitwirtschaftlicher Methoden durch das Industrial Engineering, in der Logistik wird diese Methode in der Regel nicht eingesetzt. Ein anderes Beispiel sind unterschiedliche Anlagentechnik und IT-Systeme zur Steuerung der Pick-Prozesse in der Fertigung und der Logistik.
Gleichzeitig steigen die Anforderungen an eine engere prozessuale Integration von Fertigung und Logistik: Zukünftig wird immer mehr Material just-in-time (JIT, d.h. bedarfssynchron) bzw. in der weiterentwickelten Form just-in-sequence (JIS, d.h. reihenfolgesynchron) angeliefert werden, um trotz weiter steigender Variantenvielfalt die Lagerflächen minimieren zu können. Ein Ziel der Logistik ist es, zukünftig jedes Material als JIT/JIS Teil und damit ohne lokale Lagerhaltung zusteuern zu können. Damit arbeitet die Logistik zukünftig synchron zum Takt der Fertigung und muss sich diesem anpassen. Ein weiterer Trend ist die Entwicklung des angelieferten Materials vom Einzelteil hin zu komplexeren Teilmodulen. Das hat zur Folge, dass aus der Produktionslinie Produktionstätigkeiten und damit einhergehend auch Wertschöpfung in die Logistikkette verlagert werden, wodurch die Logistik die Verantwortung für den Aufbau und die Fehlerfreiheit ganzer Module übernimmt.
Da heute Logistik- und Fertigungsprozesse in vielen unterschiedlichen und nur teilweise untereinander vernetzten IT-Systemen geplant und operativ gesteuert werden, fehlt das digitale Gesamtbild des Herstellungsprozesses. Damit sind keine übergreifenden, globalen Optimierungen unter Einbeziehung aller relevanten Prozesse möglich.
Die hier vorgestellte Erfindung hat zum Ziel, die Einzelprozesse der Fertigung von Produkten und die Prozesse der Logistik besser aufeinander abzustimmen und den Gesamtprozess (d.h. den Gesamtherstellungsprozess) effizienter zu gestalten.
Die Lösung der Aufgabe basiert auf einer Vereinheitlichung der Methoden und Prozessen aus Fertigung und Logistik in einem gemeinsamen Planungswerkzeug, um so die Prozesse ganzheitlich planen, optimieren und simulieren zu können.
Ein Beispiel für die Vereinheitlichung der Methoden ist die heutige Modellierung einer Montage, die methodisch über eine Abfolge von Stationen erfolgt, an denen Arbeit verrichtet wird. Analog kann auch der Logistikprozess modelliert werden: logistische Stationen sind dann beispielsweise Wareneingang, Kommissionierplätze oder Transportstrecken. Ein weiteres Beispiel hierfür sind die zeitwirtschaftlichen Methoden, die innerhalb eines integrierten Planungswerkzeugs sehr leicht auf die Logistik angewendet werden können.
Beispiele für die Vereinheitlichung von Prozessen sind die prozessuale Umsetzung der Anwendung zeitwirtschaftlicher Methoden (wer, wie, was, wann) oder die Übertragung von Qualitätsprozessen von der Fertigung auf die Logistik.
Beispiele für die Vereinheitlichung von Systemen sind Pick-by-light Systeme (zu Deutsch etwa „Kommissionieren nach Licht“), Pick-by-Voice Systeme (zu Deutsch etwa „Kommissionieren nach Stimme“) und dergleichen, die sowohl in der Fertigung als auch in der Logistik verwendet werden und die heute noch vielfach unterschiedlich sind.
Aufbauend auf dem gemeinsamen Planungswerkzeug wird ein gemeinsames operatives Prozesssteuerungssystem für Fertigung und Logistik verwendet, um den Herstellungsprozess gesamtheitlich zu steuern bzw. zu regeln. Das operative Prozesssteuerungssystem basiert auf Echtzeitdaten aus der gesamten Prozesskette, d.h. es umfasst sämtliche Fertigungs- und Logistikprozesse, vom Zulieferer bis zur Materialbereitstellung am Bedarfsort.
Das Planungswerkzeug und das Prozesssteuerungssystem bilden zusammen die sogenannte Produktions-Prozess-Plattform. Die Produktions-Prozess-Plattform stellt das digitale Gesamtbild aller Prozesse dar, auf deren Basis dann eine ganzheitliche Prozessoptimierung ermöglicht wird. Diese Optimierungen können dabei manuell oder (teil-)automatisiert erfolgen. Manuelle Optimierungen sind dabei viel effizienter und einfacher als heute durchführbar aufgrund der vollständigen Transparenz des Gesamtprozesses. (Teil-)automatisierte Optimierungen können erstmals – mittels Anwendung von KI- bzw. Deep Learning Methoden (d.h. Maschinenlernen mittels Algorithmen, die menschliches Lernen imitieren) auf Basis von Echtzeitdaten – auf den Gesamtprozesses angewendet werden.
Die gemeinsame und gesamtheitliche Planung von Fertigungs- und Logistikprozessen in einem Planungswerkzeug verkürzt die Planungszeiten um den Faktor 2 bis 4 und ermöglicht effizientere, weil optimal aufeinander abgestimmte Prozessabläufe (ebenfalls Faktor 2 bis 4).
Das operative Prozesssteuerungssystem, basierend auf Echtzeitdaten, ermöglicht eine gesamtheitliche Steuerung bzw. Regelung aller Prozesse, zur Erzielung eines globalen Gesamtoptimums.
Optimierungen im Planungswerkzeug und im Prozesssteuerungssystem, ggf. auf Basis von Echtzeitdaten, ermöglichen beispielsweise bei Prozessabweichungen (z.B. Qualitätsproblemen, Fehlern, Ausfällen von Maschinen, Stau in der Materialversorgung usw.) ein sehr schnelles Reagieren auf Basis fundierter, ggf. auch bereits bzgl. des Ergebnisses vorsimulierter, Entscheidungsoptionen.
Zusammenfassend können also die Einzelprozesse der industriellen Fertigung von Produkten, inklusive des Logistikprozesses, im Kontext des Gesamtprozesses besser aufeinander planerisch und steuerungstechnisch – sogar in Echtzeit – aufeinander abgestimmt und optimiert werden, um so ein – aus der Sicht des Gesamtprozesses – globales Optimum zu erreichen.
Vorzugseise kann die Planung und operativer Steuerung in nur einem Werkzeug umgesetzt werden, in welchem zudem Logistik- und Fertigungsprozesse gemeinsam koordinierbar sind. Dies hat viele Vorteile, wodurch letztendlich vielfältige Probleme gelöst werden können. So ist es beispielsweise nicht mehr möglich, dass in einer Fabrik veraltete Planungsstände verwendet werden, die nicht den tatsächlichen operativen Ablauf in der Fertigung und/oder der Logistik abbilden (z.B. aufgrund mangelnder Kommunikation zwischen den Bereichen). Ferner kann ausgehend von einem aktuellen Zustand (Betriebszustand) jederzeit eine Vorwärtsbetrachtung erfolgen (Simulation von "was wäre wenn" Szenarien). Zudem kann mit dem einheitlichen Planungs-, Simulations- und Steuerungswerkzeug an jeder einzelnen Stelle des Gesamtprozesses steuernd eingegriffen werden, ohne dass Inkonsistenzen zwischen voneinander separat gesteuerten und weit entfernten aber dennoch voneinander abhängigen Prozessen auftreten, was im schlimmsten Fall zum Stillstand der Produktion führen kann. Die Auswirkungen eines jeden Eingriffs in die Gesamtproduktion lassen sich im Planungswerkzeug vorab mit allen Auswirkungen simulieren und auf Vereinbarkeit mit dem bestehenden Gesamtprozess überprüfen. Damit lässt sich in Echtzeit ein Gesamtoptimum für den Gesamtprozess berechnen und regelnd herstellen.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird vorliegend ein Verfahren zum Herstellen eines Produkts bereitgestellt, wobei es sich bei dem Produkt um eine Funktionseinheit handelt, welche aus mindestens zwei Teilen zusammengesetzt ist, wovon sich jedes an einem separaten Ort befindet. Das Verfahren weist mindestens einen Logistikprozess auf, bei welchem ein Teil von seinem Ort an den Bedarfsort befördert wird, und mindestens einen Herstellungsprozess auf, bei welchem das Teil mit mindestens einem weiteren Teil am Bedarfsort zusammengebaut wird. Dabei wird das Verfahren gesamtheitlich vor und während seiner Ausführung in einem ersten elektronischen Datenverarbeitungsprogramm (nachfolgend: erstes Programm) geplant und/oder simuliert wird und/oder von einem zweiten elektronischen Datenverarbeitungsprogramm (nachfolgend: zweites Programm) gesteuert wird, wobei die Steuerung bezüglich einer Gruppe von Produktionsfaktoren erfolgt, welche Mitarbeiter und/oder Betriebsmittel und/oder Material aufweist.
Mittels des im Rahmen der Erfindung betrachteten Gesamtherstellungsverfahrens verstanden sind beliebige Funktionseinheiten als Produkte herstellbar. Dabei kann es sich um mechanisch und elektronisch komplexe Produkte handeln wie Kraftfahrzeuge, Computer oder Mobilfunkgeräte oder um eher einfachere Produkte wie Haartrockner oder Fahrräder. Das Verfahren eignet sich dabei besonders für Produkte, die industriell in hohen Stückzahlen gefertigt werden. Alle mittels des Verfahrens herstellbaren Produkte haben jedoch gemeinsam, dass sie im Rahmen des Fertigungsprozesses aus mindestens zwei Teilen zusammengesetzt werden, wobei mindestens eins der beiden Teile auch schon ein zusammengebautes Produkt bilden kann. Dabei liegt jedes der mindestens zwei Teile, welche zur Herstellung des Produkts zusammengebaut werden, an einem separaten Ort. Hiermit ist vordergründig gemeint, dass jedes der mindestens zwei Teile mittels eines logistischen Prozesses an einen Bedarfsort befördert werden muss. Dabei kann es sich um die logistische Beförderung des Teils von außerhalb der Fabrik (Fertigungsstätte) auf das Gelände der Fabrik handeln oder aber auch um die logistische Beförderung des Teils auf dem Gelände der Fabrik, beispielsweise von einem Lager zum Bedarfsort. Am Bedarfsort wird das Teil bearbeitet, indem es beispielsweise mit einem anderen Teil zusammengebaut oder verformt wird. Der Bedarfsort kann also als Verarbeitungs- oder Zusammenbauort aus der Sicht des einen Teils sein. Selbstverständlich ist es denkbar, dass jedes der Teile im Rahmen der Fertigung vorher individuell bearbeitet wird, z.B. lackiert, verformt oder durch anbringen von weiteren Teilen verändert wird. An irgendeiner Stufe im Herstellungsprozess wird jedoch das betrachtete Teil am Bedarfsfort mit mindestens einem weiteren Teil zusammengebaut. Als konkretes Beispiel sei hier eine Getriebe genannt, welches von einem Zulieferer zunächst an eine Fabrik geliefert wird und anschließend an den Bedarfsort befördert wird, wo es an ein entsprechendes Fahrzeug angebracht wird.
Gemäß der Erfindung wird das Verfahren gesamtheitlich vor und während seiner Ausführung in einem ersten Programm, also einem entsprechend konfigurierten Softwareprogramm, geplant und optional vorzugsweise auch simuliert. Innerhalb des ersten Programms folgt die Modellierung von Prozessen der Logistik und der Fertigung auf einheitliche Art und Weise. Das erste Programm ist derart eingerichtet, dass mit ihm der Gesamtprozess zwecks Planung abgebildet werden kann und/oder vorzugsweise simuliert werden kann. Dabei ist das erste Programm in der Lage, sämtliche Produktionsfaktoren und ihren Einfluss aufeinander zu berücksichtigen, unabhängig davon, ob sie klassisch der Logistik oder der Fertigung zuzuordnen sind. Anders ausgedrückt kann mittels des ersten Programms der Gesamtprozess auf einer abstrakten Planungsebene abgebildet werden, ohne dass grundlegend unterschieden wird, ob ein Prozess oder Verfahren der Logistik oder der Fertigung zuzuordnen ist. Mittels des ersten Programms kann der Gesamtprozess gesamtheitlich geplant und/oder simuliert werden.
Die Simulation des Gesamtprozesses kann im ersten Programm einheitlich integriert sein, so dass beispielsweise mittels einer Schaltfläche der Produktionsablauf gemäß der aktuellen bis dahin geplanten Konfiguration, beispielsweise auf Basis von Daten, die ein Benutzer soweit dem ersten Programm zugeführt hat (Materialflüsse, Verarbeitungskapazitäten, Taktzeiten usw.) oder auf Basis von Echtzeitdaten aus einer realen Produktion, simuliert werden kann. Ebenso kann die Simulation ein gesondertes Modul darstellen.
In jedem Fall aber lassen sich sämtliche Prozesse und Verfahren, die gemäß der heute üblichen Trennung der Logistik und der Fertigung zugeordnet werden können, auf einer Programmoberfläche abbilden, so dass der Gesamtprozess ganzheitlich geplant und/oder simuliert werden kann, d.h. ohne Rückgriff auf weitere Softwareprogramme. Die ganzheitliche Planung und/oder Simulation des Gesamtprozesses kann sich in der Architektur des ersten Programms derart widerspiegeln, dass sämtliche zur Steuerung und/oder Regelung des Gesamtprozesses erforderlichen Parameter (z.B. jegliche IST-Werte und SOLL-Werte eines Prozesses), die Produktionsfaktoren zugeordnet werden können, Planungsobjekten zugeordnet werden. Das erste Programm verfügt somit über alle relevanten Parameter, die zum Betrieb der Fabrik und zum Ausführen des Gesamtprozesses erforderlich sind, und kann bei der Planung und/oder Simulation ihren Einfluss untereinander berücksichtigen. Die Planungs- und Simulationsfunktionen des ersten Programms können ferner alle Planungsfunktionen abdecken, einschließlich der Unterstützung ihrer "zeitlichen" Unterteilung in Produktplanung, Prozessplanung und Serienplanung.
Mittels des zweiten Programms kann nun der tatsächlich in einer Fabrik ablaufende Gesamtprozess auf Basis der Ergebnisse des ersten Programms gesteuert werden. Mittels des zweiten Programms lassen sich alle bei dem Gesamtprozess ablaufenden Vorgänge bezüglich der Produktionsfaktoren steuern. Dazu weist das zweite Programm Schnittstellen auf, über die es mit jedem physischen Objekt kommunizieren kann, das am Gesamtprozess beteiligt ist. Jedes physische Objekt kann Daten von dem zweiten Programm erhalten und/oder Daten an das zweite Programm übermitteln. Bei den physischen Objekten kann es sich um Sensoren, Roboter, Warenbehälter, Fließbänder, Werkzeuge, zu verbauende Bauteile (die beispielsweise mit RFID-Elementen versehen sind(RFID, radio-frequency identification, auf Deutsch etwa „Identifizierung mit Hilfe elektromagnetischer Wellen“)) oder aber auch um Menschen handeln, denen elektronische Endgeräte zugewiesen sind und sie so in das zweite Programm datentechnisch eingebunden werden können.
Aus Sicht der Softwarearchitektur des zweiten Programms ist es dabei irrelevant, ob beispielsweise ein für die Produktion erforderliches Teil von außerhalb der Fabrik an diese angeliefert wird (klassischer Logistikprozess) oder ob ein Teil von einem Roboter aus einem Materialbehälter entnommen wird und an ein zu fertigendes Produkt befestigt wird (klassischer Fertigungsprozess). Jeweils handelt es sich um eine zeitliche Abfolge von Tätigkeiten, die beispielsweise an Hand von Parametern wie einer (normierten) Tätigkeitsbeschreibung, Prozessdauer, Toleranz der Prozessdauer, verwendeten Materials, Hilfs- und Betriebsmitteln, Fehlerfällen usw. genauer spezialisiert werden.
Sowohl in dem ersten Programm wie auch in dem zweiten Programm kann die gesamte Logistik abgebildet werden, das heißt die gesamte Lieferkette vom Ursprungsort eines Teils bis zu seinem Bedarfsort in der Fabrik. Dabei können Bestellungen und Auftragseingänge berücksichtigt werden, wobei vorteilhafterweise Mitarbeiter aus der Logistik eine andere Maske des ersten und/oder des zweiten Programms verwenden als die Mitarbeiter in der Fertigung. Mit anderen Worten kann das erste und/oder das zweite Programm im Kern sowohl in Abteilungen, die sich mit der Logistik beschäftigen, als auch in Abteilungen, die sich mit der Fertigung beschäftigen, verwendet werden. Je nach Abteilung kann jedoch eine andere Maske verwendet werden, in welcher der Fokus auf Eigenschaften der Logistik (z.B. Bestellungen, Auftragseingänge, Materialfluss) oder auf Eigenschaften der Fertigung (z.B. Auslastung der Fertigungsbereiche, Verschleiß der Betriebsmittel) gelegt wird. Selbstverständlich kann auch in beiden Bereichen eine im Wesentlichen gleiche Maske verwendet werden. Darüber hinaus können in dem ersten Programm wie auch in dem zweiten Programm alle Fertigungsbereiche, welche das werdende Produkt selbst und seine Teilmodule bis zum fertigen Endprodukt durchlaufen müssen, abgebildet werden.
Dem vorliegenden Verfahren können auch virtuelle Fabriken zugrunde gelegt werden, also räumlich verteilte Fertigungsstätten und/oder Fertigungsverbünde zur Herstellung des Produkts bzw. der dafür benötigten Teilmodule. Die räumlich verteilte Fertigungsstätten und/oder Fertigungsverbünde können im ersten und/oder im zweiten Programm datentechnisch und visuell als eine zusammenhängende Einheit behandelt werden. Demnach ist der hier verwendete Begriff „Fabrik“ nicht nur auf räumlich zusammenhängende Betriebe beschränkt, sondern kann sich auch auf räumlich verteilte Fertigungsstätten beziehen, die an dem Gesamtherstellungsprozess teilnehmen.
Des Weiteren ist das hier beschriebene Verfahren auf alle Fertigungsarten anwendbar, also etwa auf Werkstattfertigung, Inselfertigung, Fließfertigung oder Reihenfertigung.
Ebenso wird der Spezialfall einer Fließfertigung mit virtuellen Fertigungslinien abgedeckt, bei der das Produkt zwischen einzelnen Fertigungsstationen befördert wird, wobei an jeder Station mindestens ein Arbeitsschritt erfolgt. Das dabei für die Fertigung des Produkts erforderliche Material wird bedarfsgerecht an die Fertigungsstationen geliefert. Unter virtuellen Fertigungslinien können hochflexible und für jedes Produkt individuelle Pfade gemeint sein, welche sich von den heutzutage üblichen „starren“ Fertigungsbändern deutlich unterscheiden. Jedes zu fertigende Produkt kann je nach erforderlichen Modifikationen und Individualisierungsgrad auf einem individuellen Fertigungspfad entlang zu unterschiedlichen Fertigungsstationen befördert werden.
Der Gesamtprozess wird von dem zweiten Programm zentral gesteuert, welches auf Grundlage der ihm von den Produktionsfaktoren bereitgestellten Daten zu jedem Zeitpunkt über ein Echtzeitabbild des Gesamtprozesses verfügt und somit zu jedem physischen Objekt die Vorgeschichte, seinen aktuellen Zustand und seine Zukunft kennt. So gesehen kann hier vorgestellte Verfahren als ein weitergehender Evolutionsschritt verstanden werden, welcher für die Produktion der Zukunft ein in Puncto Flexibilität und Effizienz gerechtes „Betriebssystem“ bereitstellt.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Einbindung von Endabnehmern sowie Geschäftspartnern (z.B. Zulieferern) in den Wertschöpfungsprozess, d.h. den Gesamtprozess, beginnend beim etwaigen Auftragseingang über die Planung und/oder Simulation des zur Fertigung erforderlichen Gesamtprozesses und bis zur letztendlichen Fertigung und anschließenden Auslieferung des Endprodukts erfolgen. Durch die Verschmelzung der Logistikwelt mit der Fertigungswelt im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann dieser gesamte Wertschöpfungsprozess effizient geplant, simuliert und gesteuert werden.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen des Verfahrens kann das erste elektronische Datenverarbeitungsprogramm mit dem zweiten elektronischen Datenverarbeitungsprogramm identisch sein. Anders ausgedrückt kann der Funktionsumfang des ersten Programms und des zweiten Programms in einem einzigen Programm (nachfolgend als das Programm bezeichnet) vereint sein. Durch die Zusammenführung von Planungs-, Simulations- und Steuerungsfunktionen im Hinblick auf alle Produktionsfaktoren und auf die beiden Bereiche Logistik und Fertigung in einem Werkzeug, kann ein Gesamtprozess über alle Freiheitsgrade hinweg global optimiert werden. Innerhalb des Programms ist keine Trennung zwischen Planungsobjekten, also programmtechnischen Abbildungen von physischen Objekten im Planungs- und Simulationswerkzeug gegeben. Unter Steuerungsobjekten können programmtechnische Abbildungen von physischen Objekten im Steuerungswerkzeug verstanden werden. Das bedeutet zum einen, dass im laufenden Betreib in einer Fabrik der „status quo“ des Gesamtprozesses mittels eines Werkzeugs erfassbar und auch stets anpassbar ist. Zum anderen kann ausgehend von der momentanen Konfiguration des Gesamtprozesses der Einfluss geplanter Änderungen auf den Gesamtprozess simuliert werden. Hierbei ist gewährleistetet, dass die Simulation auf Basis von aktuellen Parametern des Gesamtprozesses erfolgt und damit keine überalteten Prozessinformationen verwendet werden. Das Programm kann als eine zentrale Steuerungseinheit gesehen werden, welche mit allen in der Fabrik zum Einsatz kommenden Produktionsfaktoren in Kommunikation steht.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen des Verfahrens weist die Gruppe von Produktionsfaktoren ferner Daten auf. Das zweite Programm ist also nicht nur zur zentralen Steuerung (Koordinierung) der klassischen Produktionsfaktoren Mensch (d.h. durch Menschen ausführbare Arbeit), Maschine und Material eingerichtet, sondern es steuert bzw. koordiniert auch den Datenfluss zwischen sich selbst und den Produktionsfaktoren und zwischen den Produktionsfaktoren untereinander. Da der Gesamtprozess in einer Smart Factory („intelligente Fabrik“) durch einen hohen Grad an autonomer Kommunikation zwischen Produkt und Maschine innerhalb des gesamten Fertigungsprozesses gekennzeichnet ist, kann bei einem als Beispiel anzuführenden Fertigungsszenario in der Smart Factory dem zweiten Programm in Bezug auf Daten eine überwiegend übergeordnet koordinierende Rolle zugesprochen werden.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen des Verfahrens kann jedem physischen Objekt, welches an dem erfindungsgemäßen Verfahren beteiligt ist, in dem ersten elektronischen Datenverarbeitungsprogramm und/oder in dem zweiten elektronischen Datenverarbeitungsprogramm mindestens eine Instanz zugeordnet sein. Die Zuordnung von mehreren Instanzen kann dann erforderlich sein, wenn ein physisches Objekt mit Hilfe mehrerer Instanzen abgebildet wird.
In diesem Kontext kann es sich bei der Instanz um ein Planungsobjekt in dem ersten Programm handeln, also um eine virtuelle Repräsentation eines Produktionsfaktors, welche durch seine Charakteristika spezifiziert wird und zur Darstellung/Abbildung des Gesamtprozesses im ersten Programm verwendet wird. Ebenso kann es sich bei der Instanz um ein Steuerungsobjekt in dem zweiten Programm handeln, also um eine virtuelle Repräsentation eines Produktionsfaktors, welche durch seine Charakteristika spezifiziert ist und zur Darstellung/Abbildung des Gesamtprozesses im zweiten Programm verwendet wird. Das Planungsobjekt kann mit dem Steuerungsobjekt verschmelzen, wenn der Funktionsumfang des ersten Programms und der Funktionsumfang des zweiten Programms in einem Programm vereint werden.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen des Verfahrens kann jedem physischen Objekt, welches an dem Verfahren zum Herstellen eines Produkts beteiligt ist, eine Adresse zugeordnet sein, welche bevorzugt auf dem Internet Protocol basiert. Damit ist jedes physische Objekt, zum Beispiel jedes physische Objekt aus der Gruppe der klassischen Produktionsfaktoren, kommunikationstechnisch im Rahmen des hier beschriebenen Verfahrens erreichbar. Planungsobjekte und Steuerungsobjekte können über Adressen, wie oben erwähnt z.B. IP-Adressen, mit den entsprechenden physischen Objekten kommunikationstechnisch verkoppelt werden. Der Datenaustausch dient in erster Linie der Übermittlung von Prozessinformationen (IST-Werten), die vom physischen Objekt an das mindestens eine entsprechende Planungsobjekt übermittelt werden und zum Übermitteln von Daten zur Prozesssteuerung (SOLL-Werte), die vom Planungsobjekt an das dazugehörige physische Objekt übermittelt werden. Die dafür erforderliche Kommunikation kann auf Basis heute bekannter Kommunikationswege aufgebaut sein (RFID, Bluetooth, WLAN, IrDA). Durch die Verfügbarkeit von Echtzeitdaten aus dem Gesamtprozess, also aus der Logistik und der Fertigung, können mittels des Verfahrens die SOLL-Werte auch auf Basis des Gesamtprozesses errechnet werden. Damit ist in Echtzeit die Steuerung auf das Optimum des Gesamtprozesses hin möglich – im Gegensatz zu heute, wo keine gesamtheitliche Betrachtung und Optimierung der ganzen Wertschöpfungskette erfolgt sondern nur Ausschnitte des Gesamtprozesses gesteuert und optimiert werden.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen des Verfahrens kann das erste elektronische Datenverarbeitungsprogramm und/oder das zweite elektronische Datenverarbeitungsprogramm für jedes physische Objekt, welches an dem Verfahren zum Herstellen eines Produkts beteiligt ist, eine passende Programmierschnittstelle aufweisen. Dadurch sind das erste Programm und/oder das zweite Programm an jede Fabrikumgebung und damit an verschiedene technische Umgebungen anpassbar. Eine Programmierschnittstelle kann, falls erforderlich, an jedes physische Objekt individuell angepasst werden, so dass die Kommunikation zwischen dem ersten Programm und/oder dem zweiten Programm erfolgen kann und eine Konversion von SOLL-Werten, IST-Werten und anderen Daten zwischen den elektronischen Programmen und dem physischen Objekt reibungslos funktioniert. Die Programmierschnittstellen können bildlich gesprochen als Übersetzer fungieren, die zwischen den individuellen Sprachen der physischen Objekte und der Sprachwelt des ersten und/oder des zweiten Programms übersetzen. Damit haben das erste und/oder das zweite Programme nicht nur vollständigen Zugriff auf jedes physikalische Objekt, d.h. können Daten vom physikalischen Objekt abrufen und auch drauf Daten speichern. Durch die zentrale Sammlung und Verwaltung der Datenflüsse kann jedes physische Objekt mittels des ersten und/oder des zweiten Programms mit einem anderen physischen Objekt kommunizieren, d.h. mit diesem Daten austauschen, selbst wenn das eine physische Objekt eine von dem anderen physischen Objekt grundlegend verschiedene Programmierung aufweist. Das erste Programm kann auf Daten von einem physischen Objekt zugreifen und Daten an das physische Objekt übermitteln, um dieses als Planungsobjekt in der Software zu definieren/abzubilden und um die physischen Objekte einer Fabrik anschließend gemäß einer gefundenen oder optimierten globalen Konfiguration zu konfigurieren. Das zweite Programm kann auf Daten von einem physischen Objekt zugreifen und Daten an das physische Objekt übermitteln, um diese als Steuerungsobjekte zu steuern und beispielsweise im Rahmen einer Erweiterung der Fabrik oder einer geänderten Konfiguration (z.B. geänderte Prozessabläufe) gemäß der neuen Vorgaben zu konfigurieren. Hierbei können vorteilhafterweise die Daten aus einer geplanten und eventuell zusätzlich mittels Simulation überprüften Konfiguration direkt verwendet werden und an die entsprechenden physischen Objekte übermittelt werden. Anders ausgedrückt können Konfigurationen und Szenarien den Gesamtprozess betreffend geplant und optional zusätzlich simuliert werden. Wenn es sich beim ersten Programm und dem zweiten Programm um ein Programm handelt, dann kann mittels eines entsprechenden Befehls eine simulierte (und für geeignet befundene) Konfiguration auf die physischen Objekte, insbesondere die Maschinen, geladen werden. Weiterhin kann das Programm die Zeitpunkte für die Aktualisierungen bzw. Änderungen der Prozessmodi der entsprechenden physischen Objekte so anpassen, dass eine störungsfreie Migration von einer Prozesskonfiguration in eine zweite Prozesskonfiguration erfolgen kann. Dazu kann die Neukonfiguration von physischen Objekten wie eine Bugwelle einem Materialstück oder einem gerade gefertigten Produkt in der Fabrik nachlaufen, so dass ab dem nächsten Materialstück oder dem nächsten zu fertigendem Produkt gemäß dem neuen/aktualisierten Betriebsmodus behandelt wird.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen des Verfahrens kann jedes physische Objekt über seine Adresse, beispielsweise wie bereits oben erwähnt die entsprechende IP-Adresse, mit mindestens einer Instanz assoziiert sein. Bei der Instanz kann es sich entweder das entsprechende Planungsobjekt oder Steuerungsobjekt handeln, also die virtuelle Darstellung des physischen Objekts in der Softwareumgebung. Damit kann jedes physische Objekt, welches im Rahmen des hier vorgestellten Verfahrens angesteuert werden soll (beispielsweise ein Kleberoboter) oder dessen Daten zumindest abgerufen werden sollen (beispielsweise ein Bewegungssensor), eindeutig identifiziert und angesteuert werden. Über die jedem physischen Objekt zugeordnete Adresse kann eine Verknüpfung zwischen der virtuellen Planungs-, Simulations- und Steuerungswelt und der realen Welt geschaffen werden. Zu jeder Zeit kann eine neue Einstellung, beispielsweise aus der Planungs-, Simulations- oder Steuerungsebene heraus, d.h. aus dem ersten und/oder zweiten Programm, für ein physisches Objekt in der Fabrik auf dieses übertragen werden.
Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen des Verfahrens kann die gesamtheitliche direkte Steuerung des Verfahrens durch das zweite elektronische Datenverarbeitungsprogramm auf Basis von Prozessinformationen erfolgen, welche von den physischen Objekten an die Instanzen im elektronischen Programm in Echtzeit übermittelt werden. Bei den Prozessinformationen kann es sich um Daten jeglicher Art handeln, die von den physischen Objekten selbstständig an das zweite Programm übermittelt werden oder die das zweite Programm aktiv anfordert. Durch die Überwachung und Regelung von Prozessen in der gesamten Wertschöpfungskette, d.h. von der Logistik zur Beschaffung der erforderlichen Materialien oder Rohstoffe über den Herstellungsprozess bis zum fertigen Produkt, auf Basis von Echtzeitdaten, kann mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ein industrieller Herstellungsprozess optimal eingestellt werden. Abweichungen von der eingestellten Konfiguration können in jedem Bereich der Wertschöpfungskette instantan (d.h. in Echtzeit) detektiert werden. Auf die festgestellten Abweichungen kann dann beispielsweise reagiert werden, indem ihr Einfluss auf den Gesamtprozess ermittelt wird, beispielsweise durch Simulation, und der Gesamtprozess darauf hin so angepasst wird, dass er unter Einbeziehung bzw. Berücksichtigung der Abweichung optimal abläuft. Vorteilhafterweise liegen bei der Bewertung des Einflusses auf den Gesamtprozess alle anderen Parameter des Gesamtprozesses in Echtzeit aktualisiert vor, so dass die Abweichung sehr präzise identifiziert werden kann und ihr Einfluss auf den Gesamtprozess sehr genau berechnet/simuliert werden kann. Durch die gesamtheitliche Behandlung von Logistik und Fertigung im Rahmen des hier Beschriebenen Verfahrens kann dann der Gesamtprozess gesamtheitlich unter Berücksichtigung der Abweichung optimiert werden. Dabei können „tote Winkel“ vermieden werden, also Bereiche, die von dem Bereich, in dem eine Anpassung erfolgen soll, weit entfernt sind und in denen der Einfluss der geplanten Anpassung nicht abschätzbar ist und zu Inkonsistenzen führen kann.
Insgesamt zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren durch eine vereinte, den Gesamtprozess umfassende, Planung und/oder Simulation und operative Steuerung von Prozessen in der Logistik und Produktion auf Basis einer vollständigen Vernetzung der Produktionsfaktoren, also von Mensch, Maschine und Material. Vorzugsweise können diese Prozesse in einem elektronischen Datenverarbeitungsprogramm vereint sein, in welchem der Gesamtprozess virtuell nachgebildet ist und auf Grundlage von Echtzeitdaten aus dem Gesamtprozess gesteuert werden kann.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Ferner können verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung zu einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform kombiniert werden.
1 zeigt eine Aufgabenlandschaft, die heutzutage in Industriebetrieben in der Produktions- und Planung anzutreffen ist.
2 zeigt ein Diagramm, in welchem eine heutzutage üblicherweise verwendete informationstechnische Umsetzung eines Fertigungsmanagementsystems dargestellt ist.
3 zeigt ein Diagramm, in welchem eine erfindungsgemäße informationstechnische Umsetzung eines Fertigungsmanagementsystems dargestellt ist.
In 4 ist die Einbettung eines IT-Systems in eine Fertigungslandschaft dargestellt, welches das erfindungsgemäße Verfahren verkörpert.
5 zeigt ein Diagramm, welches veranschaulicht, wie heutzutage die Produktion gesteuert und optimiert wird.
6 veranschaulicht die Funktionsweise der erfindungsgemäßen Produktions-Prozess-Plattform.
7 zeigt eine Ausführungsform der Produktions-Prozess-Plattform, welche zur Planung und ggfs. Simulation und zur Steuerung eines industriellen Gesamtherstellungsprozesses verwendet werden kann.
8 zeigt einen prinzipiellen Prozessablauf im Planungswerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung.
In 9 ist ein Diagramm gezeigt, welches die Abbildung von realen in den Gesamtherstellungsprozess eingebundenen Objekten in eine Programmebene des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht.
10 veranschaulicht ein praktisches Beispiel zur Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens.
11 zeigt ein Pick-by-Light Regal und seine Ansteuerung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
12 zeigt ein Diagramm, in welchem eine schematische Darstellungs- und Bedienstruktur des Planungswerkszeugs gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen gezeigt ist.
13 zeigt ein Ablaufszenario bei der Steuerung einer Lieferkette und des Fertigungsprozesses basierend auf dem Pull-Prinzip gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
14 zeigt ein Ablaufszenario bei der Steuerung einer Lieferkette und des Fertigungsprozesses basierend auf dem Push-Prinzip gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren.
15 veranschaulicht einen beispielhaften Prozessablauf in der Produktions-Prozess-Plattform.
In 1 ist eine Aufgabenlandschaft skizziert, die heutzutage in Industriebetrieben in der Produktion s- und Planung anzutreffen ist. Das umrahmende Feld 100 soll ein produzierendes Industrieunternehmen darstellen. Im Rahmen der wirtschaftlichen Tätigkeit muss ein solches Unternehmen Aufgaben der beiden Kerngebiete Planung 110 und Produktion 120 lösen. Die strikte Trennung dieser beiden Kerngebiete führt zu einem ersten und auffälligsten System- bzw. Prozessbruch, welcher in 1 durch eine erste gezackte Linie 130 angedeutet ist. Die heutige Steuerung der Produktion 120 erfolgt auf Basis von Vorgaben, welche vorher in der Planung 110 definiert worden sind. Nicht selten ergeben sich in der tatsächlichen Produktionssteuerung 120 Abweichungen zum geplanten Zustand. Da es keine direkte Rückkopplung aus der Produktion 120 in die Planung 110 gibt, bildet der in der Planung 110 definierte Zustand nicht die tatsächliche Produktion 120 ab. Überspitzt kann man sagen, dass mit dem Tag der Produktionsaufnahme in einer Fabrik der in der Planung 110 geplante Produktionszustand und der tatsächlich gesteuerte Produktionszustand auseinanderlaufen. Die Steuerung in der Produktion 120 erfolgt nicht unmittelbar aus der Planung 110 heraus, sondern aus einer Umsetzung der in der Planung 110 ermittelten Vorgaben.
Zu den klassischen Aufgaben der Planung 110 gehören die Produktplanung 112, die darauf aufbauende Prozessplanung 114 sowie die Logistikplanung 118. Ziel der Prozessplanung 114 ist die Industrialisierung der erforderlichen Prozessabläufe, woraufhin in der Planung der Automatisierungstechnik 116 die erforderlichen technischen Fertigungsanlagen ermittelt werden. Parallel zu diesen Aufgaben, jedoch getrennt davon, erfolgt die Logistikplanung 118. Hier besteht ein weiterer Prozess- bzw. Systembruch, welcher mittels einer zweiten gezackten Linie 132 angedeutet ist. Heutzutage erfolgt die Logistikplanung 118 üblicherweise gänzlich getrennt von der Produktplanung 112, Prozessplanung 114 sowie von der Planung der Automatisierungstechnik 116, die für die wirtschaftliche Wertschöpfung als wertvoller angesehen werden. Insbesondere erfolgt die Logistikplanung 118 mit anderen elektronischen Datenverarbeitungsprogrammen. Sie wird zudem meist nachrangig ausgeführt und muss die Vorgaben, welche im Rahmen der Prozessplanung 114 und der Planung der Automatisierungstechnik 118 definiert worden sind, umsetzen und kann nur stets unter Einhaltung dieser „Randbedingungen“ optimiert werden.
Auf der Seite der Produktion 120 befindet sich ein weiter Prozess- bzw. Systembruch – mittels einer dritten gezackten Linie 134 angedeutet – zwischen der Fertigungssteuerung 122 und der Shopfloor-Steuerung 124 (deutsch: Werkstatthallensteuerung, Produktionshallensteuerung). Die Fertigungssteuerung 122 hat die Aufgabe, die Pläne aus der Prozessplanung 114 auf Basis der Planung der Automatisierungstechnik 116 in der Fertigung umzusetzen. Die Shoopfloor-Steuerung 124 hingegen stellt die dynamische und flexible Feinsteuerung der Produktion dar. In der Regel besteht der durch die dritte gezackte Linie 134 angedeutete Systembruch zwischen der Fertigungssteuerung 122 und der Shopfloor-Steuerung 124, da nicht sämtliche Transport- und herstellungsspezifischen Vorgaben für die Shopfloorsysteme aus der Fertigungssteuerung kommen. In der Praxis kann dieser Umstand dran festgemacht werden, dass an SPS-Einheiten (SPS: speicherprogramierbare Steuerung) oder PCs im Shopfloor spezifische Konfigurationen lokal durchgeführt werden.
Ein weiterer System- bzw. Prozessbruch, durch eine vierte gezackte Linie 136 repräsentiert, spiegelt die Situation auf der Seite der Planung 110 wieder: Auch auf der Seite der Produktionssteuerung 120 erfolgt die Logistiksteuerung 126 getrennt von der Fertigungssteuerung 122. Das heißt, es gibt keine zentrale Steuerungsinstanz, welche die Fertigung und die Logistik integriert steuert und beispielsweise bei Änderungen in der Fertigungssteuerung in Echtzeit die die Logistiksteuerung anpassen kann. Zusätzlich stellt eine fünfte gezackte Linie 138 einen weiteren Prozess- bzw. Systembruch dar, welcher heutzutage zwischen der Logistiksteuerung 126 und der die Logistik betreffenden Shopfloor-Steuerung 128 vorzufinden ist. Der von der fünften gezackten Linie 138 repräsentierte Systembruch manifestiert sich in gleicher Weise wie der soeben erläuterte durch die dritte gezackte Linie angedeutete Systembruch 134.
Die in 2 skizzierte stark segmentierte Planungs- und Produktionslandschaft in einem Industrieunternehmen schlägt sich unmittelbar auch in der Art und Weise nieder, wie eine Produktion automatisiert wird. In 2 ist eine vereinfachte Automatisierungspyramide 200 gezeigt, welche verschiedene Ebenen nach der heute akzeptierten Systematik darstellt. Der zugrundeliegende Gesamtherstellungsprozess kann in einer Fabrik oder aber auch einen Fabrikverbund stattfinden. Bei der obersten Ebene der Automatisierungspyramide 200 handelt es sich um die Unternehmensebene 202, welche zugleich die Ebene der Planung 110 darstellt. Wie bereits oben erläutert, werden in dieser Ebene Planungsaufgaben wahrgenommen, eine Steuerung der Fertigung (z.B. Ansteuerung von Robotern) erfolgt von dieser Ebene aus nicht. Auf der Unternehmensebene 202 findet das Enterprise-Resource-Planning (ERP, Unternehmensressourcenplanung) statt, bei dem es darum geht, Ressourcen wie Kapital, Personal, Betriebsmittel, Material, Informations- und Kommunikationstechnik so einzusetzen und zu steuern, dass das anvisierte unternehmerische Ziel erreicht wird. Zwei Hauptaufgaben, welche der Unternehmensebene 202 zugeschrieben werden, sind die Logistikplanung 118 und die Fertigungsplanung 122. Die Logistikplanung 118 und die Fertigungsplanung 122 werden getrennt voneinander durchgeführt und nicht in einem beide Teilgebiete umfassenden integrierten Prozess. Auf dieser Tatsache basierend ist in 2 repräsentativ ein erstes IT-System 220 dargestellt, welches für die Logistikplanung 118 verwendet wird. Ein weiteres, zweites IT-System 222 wird benutzt, um die Fertigungsplanung 122 durchzuführen. Diese beiden IT-Systeme arbeiten unabhängig voneinander und es existieren keine Datenobjekte, welche in beiden IT-Systemen miteinander synchronisiert gehalten werden.
Unter der Unternehmensebene 202 ist die Betriebsleitebene oder Fertigungsebene 204 angesiedelt, welche vornehmlich durch MES-Systeme (MES: Manufacturing Execution System – Produktionsleitsystem) verkörpert wird. Das MES zeichnet sich durch die direkte Anbindung an die Anlagen- und Automatisierungstechnik in der Fabrik, wodurch deren Steuerung in Echtzeit ermöglicht wird. Daher ist diese auch als Betriebsleitebene 204 bezeichnete Ebene, wie in 2 angedeutet, dem Bereich der tatsächlichen Produktion 120 zuzuordnen. Hier werden beispielswiese Aufgaben wie Produktionsdatenerfassung, Material-Management und Qualitätsmanagement wahrgenommen. Diese und weitere Funktionen werden in 2 zusammenfassend als Hilfsfunktionen bezeichnet, wobei üblicherweise jedes dieser Aufgabengebiete sein eigenes IT-System erfordert. Stellvertretend ist in 2 jedoch nur ein IT-System dargestellt, nämlich das dritte IT-System 224, mit welchem diverse Hilfsaufgaben erledigt werden.
Eine weitere Ebene, welche zusammen mit der Fertigungsebene 204 die tatsächliche Produktion 120 verkörpert, ist die Shopfloor-Ebene 206. Diese Ebene, in der die gesamte Anlagen- und Automatisierungstechnik zusammengefasst ist, ist klarerweise ebenfalls der tatsächlichen Produktion zuzuordnen. Aus unternehmerischer Sicht erfolgt in der Shopfloor-Ebene 206 durch bedarfsgerechte Steuerung aus der übergeordneten Ebene heraus die eigentliche Wertschöpfung. Die in den Strukturen, welche mittels der Logistikplanung 118 in der Unternehmensebene 202 geschaffen wurden, ablaufende operative Logistik umfasst die Teilgebiete der externen Logistik 212 (vornehmlich Beschaffungs- und Distributionslogistik), der internen Logistik 210 (Warenbewegungen auf dem Fabrikgelände) und der finalen Bereitstellung 208 der Materialien an den Bedarfsort. In dem in 2 dargestellten Szenario wird die operative Logistik mittels eines vierten IT-Systems 226 abgewickelt. Die gesamte Produktion 120, welche die Fertigungsebene 204 und die Shopfloor-Ebene 206 umfasst, wird ebenenübergreifend durch ein weiteres, fünftes IT-System 228 gesteuert.
Anhand der schematischen Darstellung der heutzutage gültigen Segmentierung von Fertigungsprozessen in der Industrie in 2 sieht man, dass eine Vielzahl von IT-Systemen für die Planung und Steuerung des Gesamtherstellungsprozesses benötigt wird. Wie bereits erwähnt ist diese Unterteilung unmittelbare Folge der in 1 skizzierten Denkweise. Hierbei ist zu beachten, dass die in 2 dargestellten IT-Systeme eher für die jeweiligen Bereiche repräsentativ zu sehen sind und im Industriealltag, je nach Komplexität und Umfang der Fabrik, über zwanzig Einzelsysteme die IT-Landschaft ausbilden. Eine übergreifende Kommunikation und eine Synchronisation von programmübergreifenden Datenobjekten zwischen den unterschiedlichen IT-Systemen finden nicht statt. Deshalb ist es auch sehr schwer bis unmöglich, ein Gesamtoptimum für den von der Automatisierungspyramide 200 repräsentierten Gesamtherstellungsprozess zu finden. Es kann durchaus das Optimum innerhalb eines IT-Systems gefunden werden, etwa ein Optimum hinsichtlich der operativen Logistik. Es kann jedoch nicht gewährleistet werden, dass sich der daraus ergebende Vorteil synergetisch durch die anderen Ebenen der Automatisierungspyramide 200 fortpflanzt und sich letztendlich im optimalen Maße in dem Gesamtherstellungsprozess niederschlägt.
Ausgehend von der in 1 und 2 dargestellten heute üblichen Situation in der industriellen Fertigung ist im Vergleich dazu der erfindungsgemäße Ansatz in 3 veranschaulicht, in welcher die Automatisierungspyramide 200 aus 2 gezeigt ist. Die den unterschiedlichen IT-Systemen aus 2 zugrunde liegende Kernaufgaben sind ohne die dazugehörigen IT-Systeme gezeigt. Die Bezugszeichen der Kernaufgaben stimmen in den letzten beiden Ziffern mit den Bezugszeichen der dazugehörigen IT-Systeme in 2 überein. Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens kommt nur ein IT-System 330 zum Einsatz, welches die Planung und gegebenenfalls die Simulation des Gesamtherstellungsprozesses ermöglicht. Zusätzlich optional kann mittels des IT-Systems 330 der Gesamtherstellungsprozess direkt gesteuert werden. Im Allgemeinen kann es sich bei dem IT-System 330 um eine datentechnische Einheit (d.h. ein Computerprogramm, das auf einem Rechner ausführbar ist) aus dem ersten Programm und dem zweiten Programm handeln. Alternativ können in dem IT-System 330 Funktionen des ersten Programms und des zweiten Programms vereint sein, so dass das IT-System 330 als ein zentrales und integriertes IT-System 300 eingerichtet ist.
Aus 3 wird deutlich, dass das erfindungsgemäße Verfahren gegenüber dem bisherigen Ansatz, welcher in den 1 und 2 veranschaulicht ist, erhebliche Vorteile aufweist, die bereits oben erörtert worden sind. Der in 2 dargestellten Automatisierungspyramide 200 liegt eine informationstechnische Insellösung zugrunde. Der Informations- und Warenfluss des Gesamtherstellungsverfahrens kann gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hingegen mittels des ersten Programms geplant und/oder simuliert werden und mittels des zweiten Programms gesteuert werden (es wird erneut betont, dass im Rahmen dieser Beschreibung der Begriff „steuern“ den Begriff „regeln“ umfasst). Das erste und das zweite Programm, sofern ihre Funktionen nicht in einem einzigen Programm zusammengefasst sind, können so aufgebaut sein, dass Planungsobjekte in dem ersten Programm und die Steuerungsobjekte in dem zweiten Programmen bezüglich ihrer datentechnischer Struktur miteinander kompatibel sind und kontinuierlich miteinander synchronisiert werden. Dadurch kann gewährleistet werden, dass der Einfluss jeder Handlung des Benutzers (z.B. Parameterumstellung) aus Sicht des Gesamtherstellungsprozess global berücksichtigt wird. Auf diese Weise lässt sich der Gesamtherstellungsprozess auf ein globales Optimum hin optimieren. Wie in 3 dargestellt, erstrecken sich die Funktionen, die in dem IT-System 330 vereint sind, über alle drei Ebenen der Automatisierungspyramide 200, wobei das das erfindungsgemäße Verfahren verkörpernde IT-System 330 selbst der ERP-Ebene zugeordnet werden kann.
In 4 ist ein Diagramm 400 gezeigt, welches die Einbettung des IT-Systems in eine Fertigungslandschaft veranschaulicht, welches zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Die Objekte 410–420 stellen räumlich getrennte Fabriken dar, welche gemeinsam einen Fabrikverbund bilden. Wie bereits erwähnt, kann im Rahmen dieser Beschreibung mit dem Begriff Fabrik stets auch ein Fabrikverbund gemeint sein. Aus der Sicht des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Planung, Simulation und Steuerung des Gesamtherstellungsprozesses unempfindlich gegenüber einer räumlichen Verteilung von Fabriken, die gemeinsam einen Fabrikverbund als funktionale Einheit bilden. Das IT-System 430, welches das erste und das zweite Programm umfasst oder von einem Programm verkörpert wird, welches den Funktionsumfang des ersten und zweiten Programms bietet, stellt funktional gesehen eine Schaltzentrale dar, welche den Gesamtherstellungsprozess fabrikübergreifend überwacht und steuert. Die Anlage- und Automatisierungstechnik in jeder der Fabriken 410–420 ist über entsprechende Schnittstellen mit dem IT-System 430 verbunden. Es ist jedoch auch vorgesehen, dass die einzelnen Fabriken 410–420 untereinander Daten austauschen können. Diese Datentransfers sind durch die Linien zwischen den einzelnen Fabriken 410–420 angedeutet. Bei den auszutauschenden Daten kann es sich beispielsweise um unkritische Parameter handeln, die nur in einer Teilmenge der Fabriken relevant sind. Um das IT-System 430 zu entlasten, können diese Daten direkt zwischen den Fabriken ausgetauscht werden.
Das in 4 gezeigte Diagramm 400 kann aber auch zur Beschreibung eines anderen Sachverhalts herbeigezogen werden. Beschränkt man sich nämlich auf eine Fabrik, so veranschaulicht das in 4 dargestellte Diagramm 400 das Zwischenspiel zwischen dem IT-System 430 und Produktionsfaktoren, welche dann durch die Objekte 410–420 repräsentiert sind. Zwischen sämtlichen Produktionsfaktoren 410–420 und dem IT-System 420 kann ein Datentransfer erfolgen. Es ist jedoch auch eine direkte Kommunikation zwischen den einzelnen Produktionsfaktoren 410–420 denkbar, etwa zwischen einem mit einem RFID-Transponder versehenen Materialteil und einem Robotergreifarm. Diese Art von Kommunikation ist durch die Verbindungen zwischen den einzelnen Elementen 410–420 repräsentiert.
Um den Unterschied der vorliegenden Erfindung zur gegenwärtigen Herangehensweise bei der Planung und Steuerung von industriellen Produktionsprozessen weiter zu verdeutlichen, kann ein Blick auf die heutige Art und Weise, wie die Produktion gesteuert wird, behilflich sein. Im Diagramm 500 in 5 ist veranschaulicht, wie heutzutage die Produktion gesteuert und optimiert wird. In der untersten Ebene befinden sich drei beispielhafte Produktionsfaktoren 504, d.h. ein Roboter 501, eine Lichtschranke 502 und ein Regal 503 zur Aufnahme diverser für die Produktion erforderlicher Teile. Jeder der Produktionsfaktoren 504, insbesondere jede Automatisierungstechnik (Roboter, Regalsystem, Sensor) wird üblicherweise von einem anderen Hersteller geliefert. Folglich liefert jeder Hersteller zu seiner Automatisierungstechnik eine eigene Applikation 508, mittels welcher sie gesteuert werden kann. Zwischen einer Applikation 508 und dem dazugehörigen Produktionsfaktor 504 ist meist eine Datenbank 506 zwischengeschaltet. Bei der Produktion kann jedes System getrennt für sich überwacht und gesteuert werden und der dazugehörige Arbeitsprozess kann optimiert werden. In dem bisher beschriebenen Standardprozess findet jedoch keine übergreifende Steuerung und auch kein datenübergreifender Datenaustausch statt.
In 5 sind des Weiteren Elemente 510 dargestellt, welche sozusagen eine erste Evolutionsstufe des bisher beschriebenen Standardprozesses repräsentieren. Es werden die Daten aus den individuellen Datenbanken 506 der jeweiligen Produktionsfaktoren in einer zentralen oder übergeordneten Datenbank 514 gesammelt, was in 5 durch die gestrichelten Pfeile 512 angedeutet ist, beispielsweise in einer Cloud. Da hier große und komplexe Datenmengen entstehen, wird üblicherweise der Begriff Big Data (deutsch: Massendaten) verwendet. Auf Grundlage dieser zentral gesammelten Daten können entsprechende Technologien zur Datenanalyse 516, also Verarbeitung und Auswertung dieser großen Datenmengen, verwendet werden. Im Rahmen der Datenanalyse 516 können in dieser ersten Evolutionsstufe Produktionsdaten zentral gesammelt, Zusammenhänge analysiert und einzelne Prozesse individuell und isoliert optimiert werden. Die Auswertung der Daten aus der zentralen Datenbank beschränkt sich jedoch nur auf die Aufstellung und Verifikation von Fallszenarien.
Eine weitere Evolutionsstufe, welche anhand des in 5 gezeigten Diagramms 500 erläutert werden kann, besteht darin, dass die zentrale Datenanalyse 516 nicht auf die Verifizierung von Fallszenarien beschränkt ist, sondern dass auf Grundlage der in der übergeordnete Datenbank 514 gespeicherten Daten die Datenanalyse 516 prozessual analysiert werden kann. Das heißt, es können Process-Mining Technologien eingesetzt werden, mittels welcher auf Basis der Daten aus der übergeordneten Datenbank 514 einzelne Prozesse aus der Produktion rekonstruiert und analysiert werden. So können beispielsweise einzelne Schritte von verschiedenen System übergreifend zu einem Prozess zusammengefasst (z.B. alle Schritte, die zum Einsetzen von Sitzen in ein Pkw erforderlich sind) werden, so dass der Prozess in seiner Gesamtheit visualisiert und analysiert werden kann. Wie jedoch in 5 angedeutet, verlaufen die den Datenstrom repräsentierenden Pfeile 512 nur in eine Richtung, d.h. von den individuellen Gerätedatenbanken 506 zu der übergeordneten Datenbank 514. Dieser Aspekt spiegelt die Tatsache wieder, dass heutzutage der Datenfluss von der Quelle zu den Programmen, mittels welchen im Zuge der übergeordneten Datenanalyse 516 Prozesse visualisiert und analysiert werden, unidirektional ist. Anders ausgedrückt handelt es sich bei den Process-Mining Programmen um eine reine Analyseinstanz, wo isoliert Erkenntnisse gewonnen werden, welche in die Steuerung einfließen können. Eine unmittelbare Einflussnahme aus der Ebene solcher Programme auf die Produktion ist jedoch nicht vorgesehen.
Dem erfindungsgemäßen Verfahren liegt eine gänzlich andere Herangehensweise zugrunde, welche in 6 veranschaulicht ist. Die Erfindung beruht auf einer Produktions-Prozess-Plattform (eine Plattform, welche das erste und das zweite Programm verkörpert), in welcher der Gesamtherstellungsprozess integriert geplant, mittels diversen Verfahren wie etwa Deep Learning (moderne Art von maschinellem Lernen) optimiert und in Echtzeit gesteuert werden kann. Ein wesentlicher Unterschied zu den in 5 vorgestellten Ansätzen, welche heutzutage in der Industrie weitgehend verwendet werden, besteht darin, dass zum Einsatz kommende Produktionsfaktoren 404, insbesondere die verwendeten Maschinen, gegebenenfalls Werkzeuge sowie die Arbeitsstationen, an denen Menschen Arbeit verrichten, über ein Netzwerk mit einem zentralen Knotenpunkt, beispielsweise dem IT-System 330 (siehe 3) vernetzt werden. Dieser zentrale Knotenpunkt hat somit Zugriff auf (im Wesentlichen) alle am Herstellungsprozess beteiligten Maschinen, Werkzeuge und Arbeiter. Dazu kann, wie im Diagramm 600 in 6 gezeigt, jedem Produktionsfaktor eine eindeutige Adresse, beispielsweise eine IP-Adresse 602 zugeordnet werden. Über die Adresse 604 findet zwischen jedem vernetzten Objekt und der Produktions-Prozess-Plattform 620 ein bidirektionaler Datentransfer 604 statt. Das heißt, die Produktions-Prozess-Plattform 620 hat Zugriff auf die Daten jedes der Objekte 401, 402 und 403, sie kann aber auch Daten, z.B. Anweisungen, an die Objekte 401, 402 und 403 übermitteln. Dadurch kann innerhalb der integrierten Produktions-Prozess-Plattform 620 geplanter Produktionszustand aus derselben Plattform 620 heraus unmittelbar zur Echtzeit-Steuerung der Produktion verwendet werden. Desweiteren findet im Rahmen der erfindungsgemäßen Planung, ggfs. Simulation und Steuerung keine Trennung zwischen Logistik und Produktion statt. Die zum Gesamtherstellungsprozess beitragenden (Teil-)Prozesse können in der Produktions-Prozess-Plattform 620 aus klassischer Sicht als integrierte Prozesse abgebildet werden, welche Logistikschritte wie auch Produktionsschritte enthalten. Beispielsweise kann ein Prozessstrang, welcher den Einbau von Unterhaltungselektronik in ein Pkw betrifft, bei der Auslieferung der Unterhaltungselektronik beginnen, ihren Transport und ihre Zwischenlagerung sowie ihren Weg zum Einbauort in einer Fabrik wie auch die endgültigen Einbauschritte umfassen. Ändert sich bei laufender Produktion der Prozessplan, indem beispielsweise die Arbeitsschritte von einer Arbeitsstation auf zwei Arbeitsstationen aufgeteilt werden, so wird dieses automatisch in dem Prozessstrang sichtbar und die Anlieferung der Teile, die in der Fabrik einst an eine Arbeitsstation geliefert worden sind, werden automatisch entsprechend ihrem Einbauort an eine von den zwei neu designierten Arbeitsstationen geliefert. Da Planung und Steuerung integriert in einer Produktions-Prozess-Plattform 620 erfolgt, wird bei einer Umplanung des Betriebszustandes einer Fabrik die Steuerung automatisch aktualisiert (womöglich erst nach einer Konsistenzprüfung der geplanten Änderung, beispielsweise mittels Simulation). Umgekehrt erfolgt eine Umplanung stets auf Grundlage des aktuellen Betriebszustandes der Fabrik, da in der Planung die in Echtzeit gemeldeten Daten aus der Produktion berücksichtigt werden. Die hier beschriebene erfindungsgemäße Produktions-Prozess-Plattform 620 kann als eine Umsetzung des Konzepts Internet-of-Things (deutsch: Internet der Dinge) in der Produktion und der Logistik gesehen werden.
In 7 ist die Struktur einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen IT-Systems 700 (nachfolgend auch als Produktions-Prozess-Plattform bezeichnet) dargestellt, welches auf dem erfindungsgemäßen Verfahren basiert. Es kann zur Planung und ggfs. Simulation und zur Steuerung eines industriellen Gesamtherstellungsprozesses verwendet werden. Das IT-System 700 kann das erste Programm 702 als eine Art Planungs- und ggfs. Simulationseditor aufweisen zur Planung und ggfs. zur Simulation einer Konfiguration der Produktionsfaktoren. Das IT-System 700 kann ferner das zweite Programm 704 aufweisen, welches als Steuerungsmodul zur Steuerung der Produktionsfaktoren im geplanten Produktionsbetrieb eingerichtet ist. Das erste Programm 702 und das zweite Programm 704 können als unabhängige Module nebeneinander bestehen. In diesem Fall würden jedoch die Planungsobjekte in dem ersten Programm 702 und die Steuerungsobjekte im zweiten Programm 704 zueinander kompatibel sein und miteinander synchronisiert werden. Beide Programme können dann die gleichen Schnittstellen aufweisen zur informationstechnischen Kommunikation mit den Produktionsfaktoren. In einer bevorzugten Ausführungsform sind das erste Programm 702 und das zweite Programm 704 Teilmodule eines einheitlichen IT-Systems 400, so dass es sich bei einem Planungsobjekt aus der Sphäre des ersten Programms 702 und bei einem Steuerungsobjekt aus der Sphäre des zweiten Programms 704 um einem einheitliches Datenobjekt innerhalb des IT-Systems 700 handelt. Unabhängig von der genauen datentechnischen Architektur des IT-Systems 700 kann dieses ferner eine Datenbank 706 aufweisen, in welcher für den Gesamtherstellungsprozess relevante Daten abgelegt werden. Bei den Daten kann es sich beispielsweise um Informationen zu Materialien (z.B. Rohstoffe oder Zulieferteile) oder zu eingegangen Aufträgen handeln. Informationen zu den Materialien können beispielsweise aus Stücklisten ermittelt werden und die eingegangenen Aufträge können aus dem ERP abgerufen werden. Ferner können in der Datenbank 706 von dem IT-System 700 erzeugte Daten abgelegt werden, etwa der Layoutplan der Fabrik oder der Prozessplan. Auf Grundlage solcher Daten kann dann die Steuerung des Gesamtherstellungsprozesses erfolgen. Durch die Integration der Planungsfunktion (ggfs. inklusive Simulation) und der Produktionsfunktion in einer Gesamtlösung kann durch das erfindungsgemäße Verfahren der heute vorherrschende prozesstechnische und IT-technische Bruch zwischen Planung und operativer Steuerung sowie zwischen Produktion und Logistik geschlossen werden.
Die in 3 gezeigten Aufgabengebiete Logistikplanung 320, Fertigungsplanung 322, Hilfsfunktionen 324 aus der MES-Ebene, Fertigungssteuerung 328 und Steuerung der operativen Logistik 326, welche heutzutage alle mittels voneinander unabhängiger IT-Systeme bearbeitet werden (wie in 2 gezeigt), können gemäß einer weiteren Ausführungsform alle mittels standardisierten Prozessmodulen, beispielsweise „Apps“ (Abk. von Applications, engl. Anwendungen) behandelt werden, welche in ihrer Gesamtheit das IT-System 700 ausbilden. Dabei können die Prozessmodule in einer bevorzugten Ausführungsform alle in einer integrierten Gesamtlösung eingebettet sein oder gemäß den beiden Aufgabenfeldern der Planung und ggfs. Simulation zum einen und der Steuerung zum anderen getrennt in zwei Programmen vorliegen, dem ersten Programm und dem zweiten Programm.
In 8 ist ein Flussdiagramm 800 gezeigt, welches einen prinzipiellen Prozessablauf im Planungswerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Der dargestellte Prozessablauf beginnt mit der technischen Entwicklung 802 eines Produkts, beispielsweise auf Basis eines Lastenhefts. An die technische Entwicklung 802 schließt sich die Produktplanung 804 an. In der Produktplanung 804 wird der Ablauf von Betriebsmitteln, Arbeitsgängen und/oder Arbeitsschritten geplant, um das konzipierte Produkt zu fertigen. Hierbei erfolgt die Planung der Wertschöpfung und des Prozessablaufs teilebezogen. In diesem Zusammenhang bedeutet teilebasiert, dass die Produktplanung auf Basis von Teilearten wie z.B. "Lenkrad" erfolgt, teilweise auch direkt mit Teilenummern der entsprechenden Teile. Die Produktplanung 804 erfolgt fabrikunabhängig, d.h. ohne das Fabriklayout einzubeziehen. An diesem Punkt wird deutlich, dass es für das erfindungsgemäße Verfahren unerheblich ist, ob schlussendlich das Produkt in einer Fabrik oder in einem Fabrikverbund gefertigt wird. Im Zuge der Produktplanung 804 arbeitet jeder in dieser Phase involvierte Planer auf einem ihm zugeordneten Teilevorrat. Die Gültigkeiten von geplanten Arbeitsschritten können anhand der Stückliste verifiziert werden. Nach Abschluss der Produktplanung 804 liegt ein Produktplan vor.
An die Produktplanung 804 schießt sich die Prozessplanung 806 an. In der Prozessplanung 806 werden die in der vorherigen Phase ermittelten teilbezogenen Prozessabläufe aus dem Produktplan Stationen und Arbeitsplätzen innerhalb der Fabrik zugeordnet. Genauer gesagt wird so das physische Layout der Fabrik geplant (umgangssprachlich Anlagenmodell), beispielsweise umfassend ein oder mehrere Werk, Segmente, Gewerke, Linien, Bandabschnitte und Stationen. Je Station können Arbeitsplätze nach Kapazitätsbedarf geplant werden. Zusätzlich werden die erforderlichen Betriebsmittel definiert und zu Arbeits- und/oder Prüfschritten zugewiesen. Schließlich wird auch der Prozessablauf an den definierten Arbeitsplätzen bestimmt. Nach Abschluss der Prozessplanung 806 liegt ein Prozessplan vor.
Nach erfolgter und abgeschlossener Prozessplanung 806 folgt als letzter Schritt die Serienplanung 808. Im Rahmen der Serienplanung 808 erfolgen Tätigkeiten der Produktplanung 804 und der Prozessplanung 806. Hierbei liegt jedoch der Schwerpunkt auf Umtaktungen, d.h. auf einer Neuzuordnung von Arbeitsgängen/Arbeitsschritten zu Stationen und Arbeitsplätzen. Es können Arbeitsplätze mitsamt aller zugewiesenen Arbeits- und/oder Prüfschritte und Betriebsmittel an andere Stationen verlagert werden. Genauso können Zuweisungen einzelner Arbeits- und/oder Prüfschritte auf andere Stationen bzw. Arbeitsplätze verlagert werden. Des Weiteren kann im Rahmen der Serienplanung 808 die Reihenfolge im Prozessablauf an einem Arbeitsplatz geändert werden. Ermittelte und Arbeits- und/oder Prüfschritten zugeordnete Betriebsmittel können geändert, beispielsweise hinzugefügt oder gelöscht werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf alle bisher in der einschlägigen Literatur definierten Fertigungsarten anwendbar, beispielsweise auf die Werkstattfertigung, die Inselfertigung, die Fließfertigung oder etwa die Reihenfertigung. Unter Werkstattfertigung kann eine Fertigung durch Fachpersonal an gleichartigen Maschinenanlagen verstanden werden, die räumlich und ortsfest in einer Fabrik angeordnet sind, wobei der Förderablauf von unstetiger Natur ist. Unter Inselfertigung kann eine Fertigung von Produkten in Teilfamilien verstanden werden, wobei jedes Teil einer Teilefamilie einen ähnlichen Fertigungsablauf hat und wobei jede Teilfamilie von einer Anzahl von Arbeitseinheiten bearbeitet wird. Die Betriebsmittel und Arbeiter in einer Arbeitseinheit werden räumlich gruppiert und bilden so die Fertigungsinseln. Unter Reihenfertigung kann eine Fertigung verstanden werden, bei welcher die beteiligten Betriebsmittel und die Arbeitsplätze nach dem Produktionsablauf, also nach der Reihenfolge der einzelnen Arbeitsschritte, geordnet sind. Bei der Reihenfertigung läuft die Fertigung in Schüben ab, wobei das zu fertigende Werkstück dann schubweise von einem zum nächsten Arbeitsort transportiert wird; eine starre Kopplung zwischen Arbeitsplätzen gibt es nicht. Unter Fließfertigung kann gemäß der VDI Richtlinie 2815 eine stufenweise Fertigung von Material und Erzeugnissen in räumlich zusammenhängenden und entsprechend dem Fertigungsablauf angeordneten ortsgebundenen Arbeitsplätzen eines Teilbereichs bei vorgegebener Artenteilung verstanden werden mit lückenloser Aufeinanderfolge, starrer zeitlicher Abstimmung und unter Einsatz von verschiedenen Arbeitskräften, die während der Auftragsausführung nicht wechseln. Insbesondere durch die integrierte Behandlung von Logistik- und Produktionsprozessen sind alle diese unterschiedlichen Fertigungsarten dem Verfahren gemäß verschieden Ausführungsbeispielen zugängig.
Ebenso können mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens Fertigungsarten unterschiedlicher Mechanisierungsgrade (manuell, mechanisiert oder automatisiert) behandelt werden sowie Fertigungsarten, welche vom Absatzmarkt her auf eine Lager-/Marktfertigung oder auf eine Kundenauftragsfertigung. Schließlich ist das erfindungsgemäße Verfahren auf Fertigungsarten unterschiedlicher Repetitionstypen, d.h. Massenfertigung, Variantenfertigung, Serienfertigung oder Einzelfertigung, anwendbar.
Nachfolgend wird anhand des in 9 gezeigten Diagramms 900 die prinzipielle Planung und Steuerung von einem Gesamtherstellungsprozess gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert. Die gepunktete Trennlinie in dem Diagramm 900 teilt dieses in zwei Hälften. In der oberen Hälfte befindet sich die Programmebene 920, etwa die Programmebene der Produktions-Prozess-Plattform, welche zum Planen und/oder Steuern des Gesamtherstellungsprozesses gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren eingerichtet ist. In der unteren Hälfte hingegen ist die physische Ebene 940 repräsentiert, d.h. die Fabrik bzw. der Fabrikverbund mitsamt aller sich darin befindlichen Produktionsfaktoren.
In der Programmebene 920 sind Planungs- und Steuerungsobjekte 922–930 dargestellt. Auf Basis einer Bestellung 922 kann mittels des Planungswerkszeugs das für die Fertigung des bestellten Produkts erforderliche Material 924 geplant werden. Das erforderliche Material 924 kann einzelnen Arbeitsschritten 926 zugeteilt werden. Dieser Vorgang ist in der klassischen Produktplanung 650 umfasst. Die Arbeitsschritte 926 können dann, wie in der vorhergehenden 8 erläutert, im Zuge der Prozessplanung 652 Arbeitsstationen 930 und Betriebsmitteln 928 zugewiesen werden, wobei auch Betriebsmittel 928 unmittelbar Arbeitsstationen 930 zugewiesen werden können. All diese Prozesse können mittels des ersten Programms geplant und ggfs. simuliert werden. Ein entsprechend konfigurierter Gesamtherstellungsprozess in einer Fabrik kann dann mittels des zweiten Programms gesteuert werden.
Zwischen den Planungs- und Steuerungsobjekten 922–930 der Programmebene und den dazugehörigen physischen Objekten besteht eine datentechnische Verbindung. So können sämtliche Objekte der physischen Ebene 940 kommunikativ mit entsprechenden Programmobjekten des IT-System koppelbar sein. Anders ausgedrückt kann jedes Planungs- und/oder Steuerungsobjekt 922–930 mit einem entsprechenden physischen Objekt mittels einer Datenverbindung verlinkt sein. Diese kommunikativen Verbindungen sind in dem Diagramm 900 in 9 durch gestrichelte Pfeile gekennzeichnet. Bei der Zuordnung zwischen der Programmebene 920 und der physischen Ebene 940 kann es sich mathematisch betrachtet um eine surjektive Abbildung handeln, da es sein kann, dass mehreren Programmobjekten dasselbe physische Objekt zugeordnet ist. Dazu kann einem physischen Objekt beispielsweise eine IP-Adresse zugeordnet sein, über die es eindeutig identifiziert ist. Weiterhin können RFID-Transponder und RFID-Lesegeräte verwendet werden, um beispielsweise Werkstücke oder Produktteile zu identifizieren und diese innerhalb des Gesamtfertigungsprozesses zu verfolgen. In 9 ist also das die Bestellung 922 modellierende Programmobjekt mit Produkten 942 in der Fabrik verlinkt, etwa mit halbfertigen Produkten oder mit noch zu verbauenden Werkstücken. Diese können beispielsweise mit RFID-Transpondern versehen sein und so im Gesamtherstellungsprozess identifizierbar sein. Des Weiteren können die Programmobjekte, welche zur Fertigung erforderliche Materialien repräsentieren, mit den entsprechenden mit RFID-Transpondern versehenen Materialen in der Fabrik verlinkt sein. Auch Arbeitsstationen 948 und Betriebsmittel 950 sind mit den korrespondierenden Programmobjekten aus der Programmebene 920 verknüpft, beispielsweise über IP-Adressen. Arbeiter können über die Arbeitsstationen 948 kommunikativ erreichbar sein oder identifizierbar sein. In weiteren Ausführungsbeispielen kann jedoch jeder Arbeiter über ein elektronisches Endgerät verfügen, über welches er Informationen aus der Programmebene 920 erhalten und auch Informationen in diese hochladen kann. Das Endgerät kann beispielsweise eine tastempfindliche Anzeige oder eine AR-Brille (AR: augmented reality – „erweiterte Realität“)sein und zudem über ein Mikrofon und einen Lautsprecher verfügen, so dass die Kommunikation mit dem Arbeiter auch sprachgeführt erfolgen kann. In einem solchen Ausführungsbeispiel kann dann jedem Arbeiter mindestens ein Programmobjekt in der Programmebene 920 zugeordnet sein.
Insgesamt veranschaulicht das in 9 gezeigte Diagramm 900, dass mittels einer Verknüpfung zwischen Programmobjekten 922–930 (d.h. Planungs- oder Steuerungsobjekten) und physischen Objekten 942–950 im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eine ganzheitliche Steuerung der physischen Objekte und damit des Gesamtherstellungsprozesses ermöglicht wird.
Ein praktisches Beispiel der Funktionsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in 10 veranschaulicht. Anhand der Figur soll eine Steuerung eines Montagearbeitsplatzes erläutert werden, welcher ein Pick-by-Light (deutsch: Kommissionieren nach Licht) Regal aufweist. Die Steuerung erfolgt aus der Produktions-Prozess-Plattform 620 heraus, welche durch eine Wolke symbolisiert ist. Der zu erläuternde Prozess wurde in der Produktions-Prozess-Plattform 620 geplant und entsprechende Anweisungen wurden auf die betroffenen Produktionsfaktoren übertagen. Im vorliegenden Fall wurde ein Pick-by-Light entsprechend konfiguriert.
Der Steuerungsprozess beginnt mit einem ersten Schritt 1002, bei dem einem Arbeiter an der entsprechenden Arbeitsstation eine Pickanweisung angezeigt wird, beispielsweise auf einer elektronischen Anzeige. In einem weiteren Schritt 1004 wird das Pick-by-Light Regal angesteuert und das designierte Fach, aus dem der Arbeiter ein Teil rausholen soll, wird markiert, beispielsweis mittels einer Leuchtanzeige. Im darauffolgenden Schritt 1006 wird auf die Eingabe des Arbeiters gewartet, welcher beispielsweise durch Bestätigen der entsprechenden Taste die Entnahme des Teils bestätigt. Anstatt der manuellen Tastenbetätigung kann beispielsweise auch eine am Pick-by-Light Regal angerbrachte Scanvorrichtung verwendet werden, an welcher der Arbeiter das entnommene Teil scannt (optisch, über Strichcode, oder elektronisch, über RFID-Transponder). Nach erfolgreicher Detektion der Entnahme des richtigen Teils kann dem Arbeiter anschließend in einem weiteren Schritt 1008 das Pickergebnis auf der elektronischen Anzeige angezeigt werden.
Ausgehend von dem soeben beschriebenen Szenario soll die Flexibilität und Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens verdeutlicht werden. Angenommen, der Arbeiter an dem Montagearbeitsplatz wünscht eine Umorganisierung des Pick-by-Light Regals zur Verbesserung seiner Arbeitsökonomie, etwa um sich weniger oft bücken zu müssen, um schwere Teile hochzuhieven. Mittels der Produktions-Prozess-Plattform 620 kann er selbst den Ablageplatz der schweren Teilesorte nach oben ins Regal verlegen und gegen den Ablageplatz einer leichteren Teilesorte tauschen. Nach erfolgter Umplanung kann diese Änderung, beispielsweise durch Betätigen einer Schaltfläche in der Produktions-Prozess-Plattform 620, in die Steuerung übernommen werden. Da innerhalb der Produktions-Prozess-Plattform 620 keine Trennung zwischen Logistik und Produktion besteht, wird die Logistikplanung unmittelbar angepasst und dahingehend angepasst, dass nun die schwere Teilesorte in das obere Regalfach abgelegt wird und die leichte Teilesorte in das untere Regalfach abgelegt wird.
Durch die integrierte Planung und Steuerung von Logistik und Produktion eröffnen sich noch weitere, bisher unbekannte Möglichkeiten. So kann beispielsweise ein Regal, welches eine begrenzte Anzahl von Ablagefächern aufweist, virtuell mit einer Anzahl von Teilesorten bestückt werden, die größer ist als die Anzahl der Fächer. Das ist heute nicht möglich. So können beispielsweise gewisse Teile, die an einem Montagearbeitsplatz nur selten verbaut werden, in einem Fach gemäß der Reihenfolge ihrer Verwendung zusammengelegt werden. Das ist im Rahmen des hier vorgestellten Verfahrens möglich, da die Pickanweisungen über die nächsten Montagezyklen bekannt sind bzw. errechnet werden können. Auf diesem Wissen beruhend kann das Zwischenlager so angesteuert werden kann, dass die selten verwendeten Teile in der vorhergesagten Reihenfolge beispielsweise in eine Box gelegt werden und anschließend nur ein Fach im Regal belegen.
An den beiden beispielhaften Szenarien sieht man, dass durch die Zusammenführung von Planungs- und Steuerungsfunktionen, welche zudem die Logistik und die Produktion umfassen, das erfindungsgemäße Verfahren sich deutlich von den klassischen, heutzutage getrennt verwendeten Planungs- und Steuerungskonzepten unterscheidet.
Um eine Planung und Steuerung des vollständigen Gesamtherstellungsprozesses zu ermöglichen, wird im Rahmen des erfindungsgemäße Verfahrens auch die Materialaufbewahrung an den jeweiligen Arbeitsstationen digital ins Hauptsystem eingebunden. In 11 ist ein beispielhaftes Pick-by-light Regal 1100 skizziert, welches neun Fächer 1102 aufweist (nur das linke obere Fach ist exemplarisch mit Bezugszeichen versehen). Jedes der Fächer 1102 kann einen Aufbewahrungsbehälter aufweisen, welcher Teile enthält, die bei der Montage an der dazugehörigen Arbeitsstation verwendet werden. Wie ferner in 11 dargestellt, ist jedem Fach 1102 des Regals 1100 eine eigene Adresse 1104 zugewiesen, beispielsweise eine IP-Adresse. Jedes Fach 1102 des Regals verfügt ferner über eine Pick-Schnittstelle 1106, welche unter der Adresse 1104 eines Fachs 1102 von der Produktions-Prozess-Plattform angesprochen werden kann. Unter der Pick-Schnittstelle 1106 kann eine Vorrichtung verstanden werden, welche einem Arbeiter (z.B. akustische oder optische) Signale bzw. Informationen bereitstellen kann und auch von dem Arbeiter getätigte Eingaben entgegennehmen kann. Dazu kann die Pick-Schnittstelle 1106 ein Ausgabemittel (z.B. eine LED-Anzeige oder einen Lautsprecher) und ein Eingabemittel (z.B. mindestens eine Taste oder eine tastempfindliche Fläche) aufweisen. In Schritt 1004 in 10 kann beispielsweise eine LED-Anzeige auf der Pick-Schnittstelle 1106 des Regalfachs 1102 eingeschaltet werden und dem Arbeiter signalisieren, dass er aus dem angezeigten Regalfach ein Teil zur Montage herausnehmen soll. In Schritt 1006 in 10 kann dann der Arbeiter die erfolgreiche Entnahme des Teils durch Drücken einer Taste bestätigen.
Durch eine solche elektronische Einbindung des Regals 1100 als Schnittstelle zwischen klassischer Logistik und klassischer Produktion in die erfindungsgemäße Produktions-Prozess-Plattform die Entnahme in Echtzeit überwacht und gesteuert werden. Das bedeutet, dass der Bestand des Regals zu jedem Zeitpunkt bekannt ist und auf Grundlage von Vorausberechnung von zukünftigen Produkten Teile, die in absehbarer Zeit verbraucht sein werden, zielgerichtet aufgefüllt werden können. Die in 11 gezeigte Ansicht veranschaulicht die Vorderseite des Pick-by-Light Regals 1100. Die Fächer 1102 auf der Rückseite des Regals 1100 können jedoch ebenfalls mit elektronischen Mitteln ausgestattet sein, welche bei Auffüllung des Bestandes des Regals 1100 anzeigen, welche Fächer aufgefüllt werden sollen. An dieser Stelle wird deutlich, dass in der Produktions-Prozess-Plattform die Logistik und die Produktion nahtlos ineinander übergehen. Eine Änderung die Logistik betreffend wird automatisch in der Produktion berücksichtigt und umgekehrt. Wie bereits erwähnt, könnte zum Beispiel bei sehr selten gebrauchten Teilen (aber auch im Allgemeinen) in einem Regal der logistische Anteil der Arbeit eines Arbeiters, nämlich das Herausnehmen des richtigen Teils aus dem Pick-by-light Regal 1100 und das Befördern dieses Teils unmittelbar an den Montageort, in die Logistik verlagert werden. Mindestens ein Fach eines Pick-by-Light Regal könnte mit verschiedenen Teilen gleicher Art (z.B. mit verschiedenfarbigen Zierleisten) in der Reihenfolge ihrer Verwendung bestückt werden. Hierzu muss die Logistik jedoch genaue Kenntnis über den Produktionsplan haben bzw. das Bestücken des Regals mit Montageteilen, eine klassische logistische Aufgabe, muss gemäß dem Produktionsplan gesteuert werden. Ein solches Vorgehen ist nun mit dem hier beschriebenen Verfahren möglich, da Logistik und Produktion einheitlich geplant und gesteuert werden können.
Vollständigkeitshalber sei erwähnt, dass klassische Regalsysteme ohne die in 11 gezeigten Pick-Schnittstellen 1106 mit solchen Einrichtungen nachgerüstet werden können. Dazu können die Pick-Schnittstellen 1106, welche beispielsweise als handflächengroße Geräte ausgebildet sein können, an die Rahmen eines Regals, beispielsweise über die Regalfächer, gesteckt werden und mit einem Steuerungsgerät verbunden werden, welches ebenfalls ans Regal angebracht werden kann. Eine solche Nachrüstung erfordert nur wenig Zeit, so dass sie beispielsweise in einer Pause vorgenommen werden kann, in der eine Fertigungslinie in einer Fabrik still steht. In der Zwischenzeit bis zur Inbetriebnahme des auf ein Pick-by-light 1100 umgerüsteten Regals kann die Produktion weiterlaufen und das Regal kann vorerst weiter als übliches Regal verwendet werden.
Bei Verwendung des hier vorgestellten Verfahrens kann die Sortieraufgabe der Logistik, also das Bestücken eines Regalfachs mit den richtigen, also in ein bestimmtes Regalfach abzulegenden Teile auch von der Produktions-Prozess-Plattform erledigt werden. Das heißt, die Teile können in ein beliebiges leeres Regalfach 1102 abgelegt werden. Über Strichcodes oder RFID-Tags beispielsweise kann das Regal 1100 selbstständig ermitteln, welche Teile wo vorliegen und entsprechende Informationen an die Produktions-Prozess-Plattform übermitteln. Daraufhin kann die Produktions-Prozess-Plattform die Arbeiter mittels der Pick-Schnittstellen so anweisen, dass bei der Montage stets die richtigen Teile aus dem Regal 1100 entnommen werden.
In 12 ist eine schematische Darstellungs- und Bedienstruktur des Planungswerkszeugs gemäß einem möglichen Ausführungsbeispiel gezeigt. Es sei angemerkt, dass die veranschaulichte Struktur nur einer von vielen möglichen Aufbereitungs- und Darstellungsarten von Informationen über den Gesamtherstellungsprozess entspricht. Selbstverständlich ist auch der Umfang der in 12 gezeigten Informationen zwecks vereinfachter Darstellung erheblich reduziert und soll hauptsächlich das Funktionsprinzip des Planungswerkzeugs qualitativ vermitteln.
Der Layoutplan der Fabrik kann gemäß einer Ausführungsform mittels klassischer Baumstruktur 1220 dargestellt werden. Es ist der Zustand gezeigt, bei dem ein bestimmter Arbeitsplatz in einem Werk (Fabrik) ausgewählt ist. Im Detail kann dem gezeigten Beispiel entnommen werden, dass das betrachtete Werk 1222 N Fertigungslinien aufweist, von denen in dem Diagramm 1200 in 12 nur die erste Fertigungslinie 1224 und die N-te Fertigungslinie 1232 repräsentiert sind. Von der ersten Fertigungslinie 1224 ist ein bestimmter x-ter Bandabschnitt 1226 ausgewählt und in diesem x-ten Bandabschnitt 1226 ist Takt Y (Bezugszeichen 1228) ausgewählt. Schließlich ist dann der z-te Arbeitsplatz 1230 ausgewählt. In dem gezeigten Beispiel kommt das Planungswerkzeug bei einer Fließfertigung zum Einsatz. Bei anderen Fertigungsarten wäre z.B. statt dem x-ten Bandabschnitt 1226 eine x-te Fertigungsinsel auswählbar. Die gezeigte Baumstruktur 1220 kann an jede Fertigungsart angepasst werden. Das Fabriklayout kann mittels der gezeigten beispielhaften Baumstruktur 1220 unabhängig von der zugrunde liegenden Fertigungsart strukturiert dargestellt werden und es so jeder Arbeitsplatz analysiert werden. Die gezeigte beispielhafte Baumstruktur zur Darstellung des Fabriklayouts kann jedoch gemäß anderen Leitparametern strukturiert werden oder sie kann auch weitere Parameter enthalten. Zudem muss nicht zwingend die in 12 gezeigte Reihenfolge für die Untergruppen gewählt werden. Anders ausgedrückt heißt das, dass die Abfolge der jeweiligen Untergruppen beliebig angepasst werden kann – je nach dem, was in einem bestimmten Moment für die Bedienung von Vorteil ist. So können beispielsweise die Fertigungslinien 1214 oder Fertigungsinseln eines Werks zuerst nach Taktzyklen 1228 statt nach Bandabschnitten 1226 geordnet sein.
Nach Auswahl eines Arbeitsplatzes 1230 können die an diesem Arbeitsplatz stattfindenden Arbeitsprozesse angezeigt werden. Das kann beispielsweise mittels des beispielhaft gezeigten Objektfeldes 1240 erfolgen. Darin sind die an dem ausgewählten Arbeitsplatz 1230 als Bedarfsort verwendeten Teile 1242 gelistet. Generell können zu allen IP-fähigen, physischen, an dem Gesamtherstellungsprozess beteiligten Produktionsfaktoren Programmobjekte angelegt & parametriert werden. Wie dargestellt, können jedem der Teile 1242 beispielsweise ein Betriebsmittel 1244 und ein Arbeitsgang 1246 zugewiesen sein. Zusätzlich kann zu dem Arbeitsgang 1246 der dazugehörige Standardprozess 1248 angegeben sein. Es versteht sich von selbst, dass die Reihenfolge, in der die Parameter 1242–1248 angegeben sind, nach Bedarf angepasst werden kann. Dem in 12 gezeigten Ausführungsbeispiel kann entnommen werden, dass an dem betrachteten x-ten Arbeitsplatz 1230 das dritte Teil (drittes Element von oben in der Kolumne der Teile 1242) in einem Standardprozess des Verbauens verwendet wird, wobei mittels eines Scanners als Betriebsmittel überprüft werden kann, ob das richtige dritte Teil an das zu fertigende Produkt angebaut wird.
Der entscheidende Punkt ist, dass das beispielhafte Objektfeld 1240 SOLL-Werte und IST-Werte enthält, wobei letztere in Echtzeit von dem ersten Programm und/oder dem zweiten Programm abgerufen werden können. Das zum zweiten Teil in der Teilekolumne 242 zugehörige Betriebsmittel Pick-by-light Regal (zweites Element von oben in der zweiten Kolumne Betriebsmittel 1244) kann als Programmobjekt über eine IP-Adresse mit dem entsprechenden echten in der Fabrik stehenden Pick-by-light Regal kommunikativ gekoppelt sein. Sämtliche Parameter, die das Planungsobjekt und/oder Steuerungsobjekt Pick-by-light-Regal definieren, können in Echtzeit auf das physische Objekt Pick-by-light Regal übertragen werden. Das Planungswerkzeug kann alle getätigten Eingaben einer Kollisionskontrolle unterziehen und beispielsweise bei Eingaben warnen, die mit der momentanen Konfiguration des Gesamtherstellungsprozess nicht vereinbar sind. So kann beispielsweise ein Hinzufügen von weiteren Arbeitsgängen an einem Arbeitsplatz dazu führen, dass ein Betriebsmittel länger in Gebrauch ist und es somit für einen anderen Arbeitsgang nicht zur Verfügung steht, so dass der andere Arbeitsgang auf das freiwerdende Betriebsmittel warten muss. Das kann wiederum zu Verzögerungen an dem andren Arbeitsplatz führen und insgesamt zu Verzögerungen an dem entsprechenden Bandabschnitt. Das wiederum kann die interne Logistikkette beeinflussen. Da das Steuerungswerkzeug, welches zum Steuern des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist, sowohl den Prozessplan für Montage- wie auch für Logistikprozesse aufweist, kann eine entsprechende Warnung ausgeben werden. Dieses ist nur möglich, da im Planungswerkzeug die Fertigungsplanung und die Logistikplanung auf einer Plattform vereint behandelt werden. Deshalb können unter einem Arbeitsplatz sowohl Logistikprozesse wie auch Montageprozesse gruppiert sein. Die Parameter, welche die Logistikprozesse und Montageprozesse definieren, können sich gegenseitig beeinflussen und dieser Einfluss kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens erfasst und werden. Ein geplantes Szenario kann gegebenenfalls auch jederzeit im Planungswerkzeug simuliert werden, um sicherzustellen, dass i) keine Inkonsistenzen im Gesamtherstellungsplan enthalten sind und ii) Optimierungsmöglichkeiten identifiziert und ausgenutzt werden, um den Gesamtherstellungsprozess zu einem globalen Optimum hin zu bewegen. Durch die kommunikative Kopplung zwischen den Produktionsfaktoren und ihren entsprechenden Programmobjekten in dem IT-System kann eine geplante und gegebenenfalls mittels Simulation optimierte Konfiguration direkt auf die Anlangen- und Automatisierungstechnik in der Fabrik übertragen werden, umgangssprachlich ausgedrückt rüber geladen werden.
Das dazugehörige erfindungsgemäße Steuerungswerkzeug kann einen ähnlichen Aufbau aufweisen wie das Planungswerkzeug. Durch die Kopplung zwischen den Steuerungsobjekten und den Produktionsmitteln in der Fabrik erfolgt die Steuerung stets auf Basis von aktuellen, zum Beispiel in Echtzeit bereitgestellten IST-Werten aus dem Gesamtherstellungsprozess. So kann das Steuerungswerkzeug beispielsweise selbstständig aus den von ihm abgefragten Daten die IST-Werte der Fertigungszeiten und Prozesszeiten ermitteln und durch Abgleich mit den SOLL-Werten sich schleichend einsetzende Veränderungsprozesse feststellen, beispielsweise Ermüdungserscheinungen der Mitarbeiter oder Verschleißerscheinungen an den technischen Anlagen. Es können Prozesse in der Produktion und/oder Logistik fallbasiert ausgewählt werden, also in Abhängigkeit von den vorgelagerten Prozessen, von denen sie unmittelbar abhängen. Wenn beispielsweise die Fertigungszeiten und die Prozesszeiten an einem bestimmten Arbeitsplatz zunehmen, kann das Steuerungsprogramm ermitteln, dass eine Lieferdrone vorerst das an dem Arbeitsplatz erforderliche Material nicht anliefern muss. In dieser Leerlaufzeit kann die Drone beispielsweise gewartet werden. Die Besonderheit des hier beschriebenen Verfahrens ist die enge Verzahnung zwischen dem Planungswerkzeug und dem Steuerungswerkzeug, in einer besonders bevorzugten Ausführungsform sogar ihre Integration in einem Programm, was einen fließenden Übergang zwischen Steuerung und Planung von sowohl Logistikprozessen als auch Steuerungsprozessen ermöglicht. Das heißt, basierend auf einer beliebigen aktuellen Betriebssituation kann ein Planungsszenario generiert werden, beispielsweise wenn der Gesamtherstellungsprozess um Arbeitsschritte oder technische Einrichtungen erweitert werden soll oder wenn überprüft werden soll, ob die Produktion nah genug am globalen Optimum ausgeführt wird. Zusätzlich können „was wäre wenn“ Szenarien simuliert werden und es können daraus optimale SOLL-Werten extrahiert werden, die dann unmittelbar auf die jeweiligen Produktionsfaktoren übertragen werden können. Die vorstehend genannten Aufgaben weisen eine so hohe Komplexität auf, insbesondere bei der Fertigung von komplexen modernen Verbrauchsgütern wie Fahrzeugen oder Unterhaltungselektronikartikeln, dass sie den Einsatz von elektronischen Datenverarbeitungsanlagen (Computer) erfordern.
Aus der vorangehenden detaillierten Beschreibung unter Einbeziehung der Figuren wird der Unterschied zwischen klassischen MES-Systemen und dem IT-System deutlich, welches zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Während klassische MES-Systeme heutzutage eine Vernetzung der gesamten Fertigung, inklusive Shopfloor, zwecks Steuerung anbieten, jedoch unter Ausschluss der Logistik, basiert das hier vorgestellte erfindungsgemäße Verfahren auf einer Vernetzung der gesamten Fertigung, inklusive Shopfloor und auch Logistik. Zudem erfolgt im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens eine übergreifende Planung der Produktion und Logistik, was bei klassischen Systemen, wie anhand 2 erläutert worden ist, nicht der Fall ist, da dort die Planungsaufgaben auf den beiden Gebieten getrennt voneinander gelöst werden.
Im Rahmen der Beschreibung kann unter dem Begriff Station bzw. Arbeitsstation die Zusammenfassung von Maschine, Personal und Werkzeug (Equipment) zu einer Funktionseinheit verstanden werden. Unter dem Begriff Arbeitsplatz kann ein Arbeitsbereich eines Arbeiters innerhalb einer Station verstanden werden, wobei eine Station mehrere Arbeitsplätze aufweisen kann. Unter dem Begriff Takt kann ein Zeitabstand verstanden werden, in welchem das zu fertigende Produkt von Station zu Station bewegt wird. Unter dem Begriff Taktung kann die Zuordnung von Arbeitsgängen oder Arbeitsschritten zu Stationen verstanden werden. Unter dem Begriff Arbeitsgang kann die Zusammenfassung von Arbeitsschritten verstanden werden, wobei dieser Begriff auch häufig als Synonym für den Begriff Arbeitsschritt verwendet wird. Unter einem Arbeitsschritt kann eine zeitbehaftete Tätigkeit verstanden werden, die ein Mensch oder eine Maschine ausführt. Unter dem Begriff Fertigungszeit kann die Zeit verstanden werden, die ein Mensch zur Durchführung eines wertschöpfenden Arbeitsschrittes am zu fertigenden Produkt benötigt. Unter dem Begriff Prozesszeit kann hingegen Zeit verstanden werden, die ein Mensch zur Durchführung eines nicht-wertschöpfenden Arbeitsschrittes benötigt (z.B. gehen, warten). Damit kann jedoch auch die Zeit gemeint sein, die eine Maschine zur Durchführung eines Arbeitsschrittes benötigt.
In 13 ist die Steuerung der Lieferkette und des Fertigungsprozesses eines Bauteils, beispielsweise einer Schaltermodul-Lenksäule, gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren veranschaulicht. Die dargestellte Prozesskette, welche die Schritte 1302–1320 aufweist, läuft in der erfindungsgemäßen Produktions-Prozess-Plattform 1330 ab. Der dargestellte Steuerungsprozess basiert auf dem Pull-Prinzip, also auf einer nachfrageorientierten Steuerung der Abläufe. Das bedeutet also, dass verbrauchtes Material den logistischen Nachschubprozess auslöst (z.B. über Kanban). Die Steuerung erfolgt hier sozusagen auf Grundlage des Materialverbrauchs der Vergangenheit. In 11 sind neben dem Prozessstrang innerhalb der Produktions-Prozess-Plattform 1330 auf der linken Seite Ereignisse vermerkt, welche zu den jeweiligen Schritten gehören. Die Pfeile deuten an, ob der Informationsfluss von den Ereignissen zu der Produktions-Prozess-Plattform 1330 oder umgekehrt verläuft.
Die Darstellung beginnt mit dem Verladen eines Bauteils auf einen Transport-Lkw bei dem Schritt 1302. Die Information über diesen Zustand gelangt beispielsweise durch Scanvorgange und/oder eine GPS-Ortung des Transport-Lkws. Die Produktions-Prozess-Plattform 1330 kann auch Zugriff auf Daten vom beauftragten Logistik-Unternehmer und/oder Erfahrungswerte zu Fahrtdauern der Transport-Lkw haben. Daraus können Anlieferzeiten für die Waren in einer Fabrik ermittelt werden, gegebenenfalls auch korrigiert auf Basis von aktuellen Verkehrsinformationen. Die gelieferte Ware wird bei Eingang am Werk am Wareneingang registriert und kann eingelagert werden. Diese Vorgänge können im zweiten Schritt 1304 in der Produktions-Prozess-Plattform 1330 abgebildet werden, wobei Informationen über Menge, Ankunftszeit und Einlagerungsort beispielsweise durch Scanvorgänge aufgezeichnet werden können. In einem weiteren Schritt 1306 kann der Transport von Teilen aus dem Lager zu einer Arbeitsstation in der Fabrik erfolgen. Dieser Vorgang kann zum einen eine automatische Nachbestellung 1318 beim Lieferanten auslösen, sofern beispielsweise durch die Entnahme aus dem Lager der Bestand unter einen Sollwert fällt. Zum anderen kann der Transport eines Teils aus dem Langer zu einer Arbeitsstation durch die Entnahme des Teils aus einem Regal an einer Arbeitsstation in der Fabrik ausgelöst werden, etwa wenn die Anzahl dieser Teile in dem Regal unter einen Sollwert fällt. Mit Vorgriff auf die weiteren Schritte kann also eine Anforderung 1320 des Teils aus dem internen Lager durch einen Verbrauch des Teils an der dazugehörigen Arbeitsstation ausgelöst werden. Nach dem Anstoß des Transports des Teils in Schritt 1306 aus einem internen Lager zur die Arbeitsstation wird das Teil nach erfolgtem Transport im darauffolgenden Schritt 1308 im Regal an der Arbeitsstation eingelagert. Die Information über eine erfolgte Bestückung des Regals mit neuen Teilen kann mittels Scanvorgängen erzeugt und an die Produktions-Prozess-Plattform 1330 übermittelt werden. Dazu kann ein Behälter, in dem die neu gelieferten Teile enthalten sind, einen Barcode oder einen RFID-Transponder aufweisen. Alternativ können auch auf der Rückseite eines Regals, welches vom Lagerpersonal aufgefüllt wird, elektronische Anzeigen samt Bestätigungstasten angebracht sein, etwa wie sie in 11 beschrieben worden sind. Unabhängig von der Art und Weise, wie die Bestückung des Regals festgestellt wird, ist der entscheidende Faktor, dass die Produktions-Prozess-Plattform 1330 stets über Echtzeitdaten bezüglich der in 13 dargestellten Teilprozesse verfügt und die gesamte Prozesskette auf dieser Grundlage und nicht auf Basis von Werten aus „weiter“ Vergangenheit gesteuert wird.
Die weiteren Schritte ähneln denen aus 10. Das heißt, in Schritt 1310 wird dem Arbeiter mittels einer Anzeige am Arbeitsplatz angezeigt, dass er das Teil aus dem Regal entnehmen soll. Im darauffolgenden Schritt 1312 wird von der Produktions-Prozess-Plattform 1330 die Pick-Schnittstelle an dem passenden Regalfach des Pick-by-light Regals aktiviert. Daraufhin erfolgt bei üblichem Ablauf der Dinge in Schritt 1314 die Entnahme des Teils aus dem Regal, wobei die Entnahme vom Arbeiter beispielsweise durch Betätigen einer Taste an der Pick-Schnittstelle bestätigt wird. Wie bereits oben erwähnt, kann die Entnahme des Teils automatisch eine interne Nachbestellung 1320 auslösen, wenn die Anzahl der im Regal verbleibenden Teile unter einen vorgegebenen Sollwert fällt. Die Entnahme des Teils aus dem Regal und die Bestätigung der Entnahme durch den Arbeiter kann von der Produktions-Prozess-Plattform 1330 mit dem Einbauzeitpunkt 1322 des Teils gleichgesetzt werden. Im letzten Schritt 1316 kann dem Arbeiter mittels einer Anzeige an der Arbeitsstation das Pickergebnis zwecks Bestätigung angezeigt werden.
An dem in 13 gezeigten Diagramm sieht man, dass die interne Nachbestellung 1320 des verbrauchten Teils von seiner Entnahme bzw. seinem Einbauzeitpunkt ausgelöst wird. Mittels der Produktions-Prozess-Plattform 1330 können, wie dargestellt, die Schritte 1302–1316 im prozessualen Kontext geplant, ggfs. simuliert und auch gesteuert werden, wobei es zwischen Logistik und Fertigung keine Trennung gibt. In dem gezeigten Beispielszenario sieht man, dass ein Ereignis in der Produktion – der Einbau eines Teils – automatisch einen Logistikprozess auslösen kann. Durch die vollständige Vernetzung der Produktionsfaktoren (z.B. an dem dargestellten Prozess beteiligte Betriebsmittel) ist in der Produktions-Prozess-Plattform 1330 stets der aktuelle Betriebszustand der Fabrik abgebildet.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens lässt sich auch zu jedem Zeitpunkt unter Berücksichtigung des aktuellen Betriebszustandes errechnen, welches Teil zu welchem Zeitpunkt an welcher Arbeitsstation benötigt wird. Auf Grundlage einer solchen Vorschau kann dann die Anlieferung Teilen erfolgen. Dieses Prinzip ist in 14 dargestellt. Hier dient als Grundlage der gleiche Prozess wie in 13, welcher nicht erneut beschrieben wird. Im Unterschied zu dem in 13 gezeigten Szenario wird jedoch hier die Nachbestellung 1320 bzw. Nachlieferung nicht unmittelbar durch den Einbauzeitpunkt 1322 bestimmt. Vielmehr wird die Nachbestellung durch die Produktions-Prozess-Plattform 1330 auf Basis einer zeitlichen Vorausberechnung 1402 des Einbauzeitpunkts 1322 bestimmt. Im Extremfall können alle für die Produktion erforderlichen Teile quasi als JIT/JIS-Teile gesteuert werden und somit als „Vorschauteile“ an die Arbeitsstationen geliefert werden.
Heutzutage erfolgt auch keine durchgängige Bestandszählung einschließlich des lokalen Lagers am Bedarfsort (Linienbestand). Damit ist auch keine Optimierung der Bestände in Echtzeit in der gesamten Logistikkette – bezüglich der zukünftig erforderlichen Bestände – möglich. Die Transporte an die Linie erfolgen jeweils aus dem Trailer-Bahnhof oder Supermarkt in dem die Teile vorliegen. Es gibt keine "gemischten" Verkehre bei denen mehrere Trailer-Bahnhöfe und Supermärkte nacheinander angefahren werden und daraus ein bedarfsgerechter Nachschub-Mix an Material zusammengestellt wird. Die benötigten Teile werden in fest definierte Regalfächer an der Linie angeliefert. Wenn die Anzahl von Varianten eines Teils (beispielsweise Farben einer Armaturen- Zierleiste) die Anzahl von Regalfächern an der Linie übersteigt, dann erfolgt die Kommissionierung des Teils in einem der Linie vorgelagerten Bereich.
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich deutliche Vorteile gegenüber der heutigen Situation. Zum einen kann der Materialnachschub verbrauchsgesteuert in der Vorschau erfolgen. Die Steuerung des Nachschubs von Teilen erfolgt dann anhand von exakten zukünftigen Verbräuchen. Dadurch ist es möglich, dass nur genau das Material an die Linie geliefert wird, das dort in einer Zeitscheibe für die nächsten x zu fertigenden Objekte, z.B. Fahrzeuge, benötigt wird. Im Extremfall, wo x = 1, handelt es sich um eine JIS-Warenkorb-Anlieferung für die betreffende Arbeitsstation. Zudem kann der Transport so gesteuert werden, dass gemischte Verkehre möglich sind
Nachdem bisher in zahlreichen Beispielen die Steuerung von Prozessen gemäß des erfindungsgemäßen Verfahrens beschreiben worden ist, soll im Folgenden auf den Planungs- und Steuerungsprozess näher eingegangen werden. In 15 ist ein möglicher Prozessablauf innerhalb der Produktions-Prozess-Plattform veranschaulicht. Der dargestellte Prozessablauf entspricht nur einer von vielen möglichen Ausführungsformen, wie ein Benutzer mit der Produktions-Prozess-Plattform interagieren kann. Die Programmoberfläche der Produktions-Prozess-Plattform kann so eingerichtet werden, dass die die in 15 erläuterten Maßnahmen ermöglicht.
Der in 15 dargestellte Prozessfluss 15 beginnt bei der Auswahl eines Teils aus einer Gruppe von eilen 1510, die im Rahmen der Wertschöpfungskette verwendet wird. Es sind beispielhaft ein erstes Teil 1502 und ein w-tes Teil 1504 dargestellt, wobei die Anzahl der auswählbaren Teile w je nach Komplexität des Endprodukts entsprechend groß werden kann. Der Planungsprozess kann also mit einer ersten Auswahl A beginnen, bei der das entsprechende Teil aus der Gruppe 1510 ausgewählt wird. Im vorliegenden Beispiel wird das Szenario auf Basis des ersten Teils 1502 veranschaulicht. Die Gruppe 1510 kann die Gesamte Anzahl der verwendeten Teile enthalten oder aber auch eine Untergruppe darstellen, beispielsweise alle Teile, welche für den Aufbau eines Armaturenbretts erforderlich sind.
Nach der Auswahl des Teils können diesen Tätigkeiten aus einer Gruppe von Tätigkeiten 1520 zugeordnet werden. Im vorliegenden Beispiel sind eine erste Tätigkeit 1522 und eine x-te Tätigkeit 1524 dargestellt. Die Gruppe der Tätigkeiten 1522 kann vordefinierte Tätigkeiten enthalten. Zudem kann die Gruppe der Tätigkeiten 1520 auf Tätigkeiten beschränkt sein, welche üblicherweise in Bezug auf das ausgewählte Teil ausgeführt werden. Wenn es sich bei dem ausgewählten ersten Teil 1522 um eine Rückspiegel handelt, so können die Tätigkeiten, die ausgewählt werden, beispielsweise Kommissionieren, Picken (d.h. Greifen/Herausnehmen, z.B. aus einem Ablageregal), Überprüfen, Befestigen umfassen. Die Zuordnung von Tätigkeiten zu 1520 zu Teilen 1510 entspricht einer zweiten Auswahl B bzw. einer zweiten Zuordnung B. Selbstverständlich kann jedem Teil mehr als eine Tätigkeit zugeordnet werden.
Mittels einer dritten Auswahl C können den Tätigkeiten 1520 Arbeitsstationen 1530 zugeordnet werden, d.h. Orte in einem Herstellungsbetrieb, an denen die entsprechenden Tätigkeiten ausgeübt werden sollen. Beispielsweise kann so bestimmt werden, dass die ausgewählte erste Tätigkeit 1522 in Bezug auf das erste Teil 1512 an einer ersten Arbeitsstation 1532 ausgeübt werden soll. So kann etwa bei dem beispielhaften Szenario bestimmt werden, an welcher Arbeitsstation an einer Fertigungslinie der Rückspiegel im Fahrzeug angebracht werden kann. Üblicherweise wird jeder Instanz einer Tätigkeit genau eine Arbeitsstation zugeordnet. Es kann jedoch sein, dass eine Tätigkeit in mehrere Schritte zerfallen kann, so dass jeder Teilschritt einer anderen Arbeitsstation zugeordnet wird. In dem beispielhaften Szenario bedeutet dies, dass der Rückspiegel sinnvollerweise an einer Arbeitsstation montiert wird.
Nach der Zuordnung der Tätigkeiten 1522 zu Arbeitsstationen 1530 können schließlich mittels einer vierten Auswahl D den Tätigkeiten 1530 Betriebsmittel 1540 zugeordnet werden. In 15 sieht man, dass der ersten Tätigkeit 1536, welche der ersten Arbeitsstation 1532 zugeordnet worden ist (deshalb die gestrichelte Umrahmung – diese deutet eine bereits zugeordnete Tätigkeit an), ein erstes Betriebsmittel 1542 zugeordnet wird, beispielsweise ein Schraubenzieher. Jeder Tätigkeit aus der Gruppe der Tätigkeiten 1530 kann mindestens ein Betriebsmittel aus der Gruppe der Betriebsmittel 1540 zugeordnet werden.
Jeder Auswahl A-D kann auch als Zuordnung verstanden werden. Eine entsprechende programmtechnische Umsetzung kann beispielsweise über Drop-Down Menüs oder per „drag-and-drop“ Funktion realisiert werden. Jedes der Objekte in den unterschiedlichen Gruppen 1510–1540 kann Parameter aufweisen, welche einstellbar sind und den möglichen Umfang an Auswahlmöglichkeiten bei einer bestimmten Auswahl A-D bestimmen. Beispielsweise können zu einer x-ten Tätigkeit 1536, welche einer y-ten Arbeitsstation 1534 zugeordnet worden ist, nur Betriebsmittel angezeigt werden, welche an dieser Arbeitsstation auch tatsächlich vorhanden /einsetzbar sind oder welche im Kontext mit dieser x-ten Tätigkeit 1536 stehen.
Das Besondere an dem in der erfindungsgemäßen Produktions-Prozess-Plattform stattfindenden Prozessablauf 1500 ist, dass hier Prozesse aus der Logistik und der Produktion ohne jegliche Trennung unmittelbar nebeneinander geplant werden können. So kann es sich beispielsweise bei der x-ten Tätigkeit 1524 um eine logistische Handeln, beispielsweise die Anlieferung des ersten Teils 1512 in ein bestimmtes Aufbewahrungsregal (welches dann als dazugehöriges Betriebsmittel zugeordnet wäre), oder aber auch um eine aus der Produktion, etwa dem besagten montieren des Rückspiegels in einem Fahrzeug (wobei das dazu verwendete Schraubmittel als das dazugehörige Betriebsmittel aus der Gruppe der Betriebsmittel 1540 zugeordnet wäre). Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Tätigkeiten und Betriebsmittel abstrakt betrachtet und im Rahmen der Planung Teilen zugewiesen und auf Arbeitsstationen verteilt. Es sollte verstanden werden, dass die erläuterten Auswahlen A-D in einer anderen Reihenfolge erfolgen können oder auch gänzlich andere Gruppen von Objekten miteinander verknüpfen können. So können beispielsweise die Teile aus der Gruppe von Teilen 1510 zunächst Arbeitsstationen 1530 zugeordnet werden oder es können den Tätigkeiten 1520 zunächst die entsprechenden Betriebsmittel 1540 zugewiesen werden und die Tätigkeiten 1520 können dann anschließend auf die Arbeitsstationen 1530 verteilt werden.
Nach erfolgter Planung gemäß dem beschriebenen Prozessablauf 1500 kann eine Simulation durchgeführt werden, um den geplanten Betriebszustand auf Konsistenz zu überprüfen. Die geplante Konfiguration kann auf die Betriebsmittel übertragen werden, so dass die Produktion gemäß der Planung ablaufen kann. Während des Ablaufs der Produktion können Daten aus der Produktionsebene an die Prozess-Produktions-Plattform übermittelt werden, um so die Parameter der Objekte in den Gruppen 1510–1540 auf dem aktuellen Stand zu halten.
Im Rahmen dieser Beschreibung wird ebenfalls ein Computerprogramm (d.h. eine Ansammlung von durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung ausführbarer Anweisungen) zum Herstellen eines Produkts bereitgestellt, wobei das Computerprogramm so eingerichtet ist, dass bei seiner Ausführung auf einer Datenverarbeitungsvorrichtung, welche mit entsprechenden Produktionsfaktoren gekoppelt ist, das erfindungsgemäße Verfahren ausführt.
Ebenfalls wird ein Computerprogrammprodukt umfassend ausführbaren Programmcode bereitgestellt, wobei der Programmcode bei Ausführung durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung, welche mit entsprechenden Produktionsfaktoren gekoppelt ist, das erfindungsgemäße Verfahren ausführt. Bei dem Computerprogrammprodukt kann es sich um ein beliebiges dauerhaft oder flüchtig computerlesbare Anweisungen speicherndes Medium handeln.
Ferner wird ebenfalls, wie insbesondere mit Bezug auf die beiliegenden Figuren, eine Datenverarbeitungsvorrichtung bereitgestellt, auf welcher das erfindungsgemäße Computerprogramm bereitgestellt ist, und welche mit entsprechenden Produktionsfaktoren gekoppelt ist, die zur Ausführung des hier beschriebenen Verfahrens erforderlich sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

VDI Richtlinie 2815 [0079]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Produkts, wobei es sich bei dem Produkt um eine Funktionseinheit handelt, welche aus mindestens zwei Teilen zusammengesetzt ist, wovon sich jedes an einem separaten Ort befindet, wobei das Verfahren umfasst: mindestens einen Logistikprozess, bei welchem ein Teil von seinem Ort an den Bedarfsort befördert wird; und mindestens einen Herstellungsprozess, bei welchem das Teil mit mindestens einem weiteren Teil am Bedarfsort zusammengebaut wird, wobei das Verfahren gesamtheitlich vor und während seiner Ausführung in einem ersten elektronischen Datenverarbeitungsprogramm geplant und/oder simuliert wird und/oder von einem zweiten elektronischen Datenverarbeitungsprogramm direkt gesteuert wird, wobei die direkte Steuerung bezüglich einer Gruppe von Produktionsfaktoren erfolgt, welche Mitarbeiter und/oder Betriebsmittel und/oder Material aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei das erste elektronische Datenverarbeitungsprogramm mit dem zweiten elektronischen Datenverarbeitungsprogramm identisch sein.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Gruppe von Produktionsfaktoren ferner Daten aufweist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei jedem physische Objekt, welches an dem Verfahrens zum Herstellen eines Produkts beteiligt ist, in dem ersten elektronischen Datenverarbeitungsprogramm und/oder in dem zweiten elektronischen Datenverarbeitungsprogramm mindestens eine Instanz zugeordnet ist.
Verfahren gemäß Anspruch 4, wobei jedem physischen Objekt, welches an dem Verfahren zum Herstellen eines Produkts beteiligt ist, eine Adresse zugeordnet ist, welche bevorzugt auf dem Internet Protocol basiert.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das erste elektronische Datenverarbeitungsprogramm und/oder das zweite elektronische Datenverarbeitungsprogramm für jedes physische Objekt, welches an dem Verfahren zum Herstellen eines Produkts beteiligt ist, eine passende Programmierschnittstelle aufweist.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei jedes physische Objekt über seine Adresse mit mindestens einer Instanz assoziiert ist.
Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei die gesamtheitliche direkte Steuerung des Verfahrens durch das zweite elektronische Datenverarbeitungsprogramm auf Basis von Prozessinformationen erfolgt, welche von den physischen Objekten an die Instanzen in Echtzeit übermittelt werden.
Computerprogramm zum Herstellen eines Produkts, wobei das Computerprogramm so eingerichtet ist, dass bei seiner Ausführung auf einer Datenverarbeitungsvorrichtung, welche mit entsprechenden Produktionsfaktoren gekoppelt ist, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 ausführt.
Computerprogrammprodukt umfassend ausführbaren Programmcode, wobei der Programmcode bei Ausführung durch eine Datenverarbeitungsvorrichtung, welche mit entsprechenden Produktionsfaktoren gekoppelt ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausführt.
Datenverarbeitungsvorrichtung, auf welcher das Computerprogramm gemäß Anspruch 9 ausführbar bereitgestellt ist, und welche mit entsprechenden Produktionsfaktoren gekoppelt ist.