Industrie 4.0
Toolbox sorgt für mehr Flexibilität in der Produktion

Produktionssysteme, die zuvor nicht darauf ausgerichtet waren, verspätete Änderungswünsche für bereits aufgegebene Kundenbestellungen zu bearbeiten, stehen vor einer Reihe neuer Herausforderungen. In den vergangenen Jahren hat sich die Fähigkeit, schnell und präzise auf Kundenanfragen zu reagieren, als entscheidender Faktor für eine höhere Kundenzufriedenheit und eine stärkere Loyalität erwiesen. Darüber hinaus bewegt sich die Fertigung zunehmend in Richtung Automatisierung der Auftragsbearbeitung, um Produktionskosten und Ressourcen zu sparen. Und schließlich gewinnt die Standardisierung der Struktur und Darstellung von Kundenanfragen immer mehr an Bedeutung.

Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, müssen Fertigungsunternehmen ihre Betriebsstruktur erweitern, um die Bearbeitung verspäteter Änderungsanfragen effizient zu bearbeiten. Aber wie lässt sich dies bewerkstelligen? Das Fraunhofer-Institut für Kognitive Systeme IKS arbeitet an der passenden Lösung: einer Toolbox zur Unterstützung einer flexiblen und resilienten Produktion, in Form von KI-basierten Mechanismen, die sich leicht als Add-ons in bestehende Manufacturing Execution Systems (MES) integrieren lassen. Jeder dieser Mechanismen fungiert als Werkzeug, das eine Anpassungsphase abdeckt – von der Überwachung des Produktionszustands bis hin zur Durchführung konkreter Änderungen an Prozessen. Mit diesen innovativen Ergänzungen sind Unternehmen in der Lage, dynamisch auf Auftragsänderungen zu reagieren und den Entscheidungsprozess zu optimieren, um Produktionsressourcen bestmöglich anzupassen.

Wie in Abbildung 1 dargestellt, kann die Toolbox dabei helfen, folgende Funktionen zu realisieren:

• Verfolgung des Produktionszustands und der KPIs: Die Toolbox unterstützt die Einrichtung von Mechanismen, die das Verständnis des Produktionssystems fördern und dessen Zustand nachverfolgen. Im Zusammenhang mit einer Änderungsanforderung würde dies beispielsweise die aktuelle Verfügbarkeit von Materialien, Teilen und Ressourcen umfassen.
• Analyse des Änderungsbedarfs: Mechanismen können auch eingesetzt werden, um zu identifizieren, wann es notwendig ist, die Produktionslinie zu modifizieren, indem eine Analyse der erforderlichen Änderungen durchgeführt wird. Im Falle einer Änderungs-anfrage handelt es sich dabei um eine Machbarkeitsanalyse, die überprüft, ob die vom Kunden gewünschten Änderungen unter Berücksichtigung des Produktionsstatus umgesetzt werden können.
• Planung von Änderungen: Sobald festgestellt ist, dass eine Änderung nötig ist, müssen die spezifischen Änderungen an der Produktion geplant werden. Dabei kann es sich zum Beispiel um eine Aktualisierung des Zeitplans für die Produktionsaufgaben handeln, um einer Auftragsänderung Rechnung zu tragen.
• Ausführung von Änderungen: Schließlich wird die geplante Änderung ausgeführt, wodurch das Verhalten des Produktionssystems aktualisiert wird. Dank der Integration mit dem MES können die geplanten Änderungen leichter vom System übernommen werden.

Die Toolbox bietet mehrere Vorteile, die von einem besseren Verständnis des aktuellen Stands der Produktion bis hin zur Unterstützung bei Entscheidungen über die Änderung des Ressourceneinsatzes reichen. Die Integration der Add-ons in das MES trägt somit dazu bei, einen einheitlichen Ansatz für eine flexible und resiliente Produktion zu schaffen. Wichtig: Die Toolbox ist als Allzwecklösung konzipiert, die nicht nur zur Implementierung der Infrastruktur für verspätete Änderungsanträge geeignet ist, sondern auch für die Optimierung des Energieverbrauchs, die Reorganisation von Ressourcen als Reaktion auf Maschinenausfälle und viele andere Anwendungsfälle.

Anwendungsfall: Neuplanung von Aufträgen

Ein praktisches Beispiel ist das Szenario einer Fabrik, die nicht nur Produkte montiert, sondern auch kundenspezifische Teile für jede Bestellung intern in 3D druckt (d. h. den Kunden die Möglichkeit bietet, eine Farbe oder ein Material ihrer Wahl festzulegen). Durch die Möglichkeit der kundenspezifischen Anpassung und der Just-in-Time-Produktion verfügt diese Fabrik bereits über die notwendige Infrastruktur, um mit erhöhter Flexibilität zu arbeiten. Sie benötigt jedoch eine robuste Methode zur Planung von Aufträgen, um eine effektive Ressourcennutzung zu gewährleisten. Dies kann mit Hilfe eines dynamischen Umplanungsmechanismus erreicht werden, der von der Toolbox unterstützt wird. Dieses Add-on kann dynamisch Änderungen am Produktionsplan vorschlagen, um neue Aufträge (oder Auftragsänderungen) unter Berücksichtigung des aktuellen Zustands des Fertigungsbereichs zu berücksichtigen.

Die zentrale Botschaft für produzierende Unternehmen, die ihre Flexibilität und Resilienz verbessern möchten, lautet: Anpassungen können modular vorgenommen werden, ohne die bestehende Infrastruktur vollständig überarbeiten zu müssen. Durch die strategische Auswahl und Integration wichtiger Mechanismen ist es möglich, Kosten zu senken und gleichzeitig die Ergebnisse der Produktion zu verbessern.

Dieses Vorhaben wurde im Rahmen des Projekts Unterstützung des thematischen Aufbaus des Instituts für Kognitive Systeme durch das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie gefördert.