Forschungsthema und -programm
Von der Analyse bis zur Umsetzung
Das zentrale Forschungsthema des GRK 2193 liegt in der systematischen, interdisziplinären und durchgängigen Unterstützung der Anpassung von Fabriksystemen. Der Prozess von Fabrikanpassungen, der im Zuge der Dynamisierung des Unternehmensumfelds in den letzten Jahren an Bedeutung hinzugewonnen hat, umfasst eine Vielzahl von Aufgaben und komplexen Entscheidungsvorgängen, deren angemessene Durchführung lediglich unter Einbeziehung von Experten unterschiedlicher Disziplinen gewährleistet werden kann.
Der Anpassungsprozess charakterisiert sich als durchgängige Ursache-Maßnahme-Wirkungskette. Das Forschungsprogramm des Kollegs folgt dieser umfassenden Betrachtung von der Analyse-, Bewertungs-, Maßnahmen- und Entscheidungs- bis zur Umsetzungsphase.
Einflussanalyse
Der ereignisorientierte Anpassungsprozess beginnt mit der Wahrnehmung einer Einflussfaktorveränderung und der Analyse der Signifikanz für das betrachtete Fabriksystem (Einflussanalyse).
Zustandserfassung
Diese ergibt sich als das Maß für die Verschiebung der Kosten- bzw. Leistungsprofile und wird im Rahmen der systemischen Zustandserfassung und Bewertungsphase durch die Spiegelung des veränderten Anforderungsprofils auf das betrachtete System ermittelt.
Planung & Entscheidung
Einflussfaktorveränderungen, die eine Verschiebung des Anforderungsprofils über den systemischen Leistungskorridor hinaus bewirken, generieren einen Anpassungsbedarf und erfordern die nächste Phase der Maßnahmenplanung.
Umsetzungsunterstützung
Der Maßnahmenplanung folgt die Entscheidungsphase und im Anschluss die Maßnahmenumsetzung.
Sämtliche Phasen des Anpassungsprozesses zeichnen sich durch stark interdisziplinär geprägte Problemstellungen aus und bauen sukzessive aufeinander auf. Die Dissertationsprojekte des GRK sollen in ihrer Summe alle Phasen des Anpassungsprozesses methodisch wie werkzeugtechnisch abdecken. Ein zentrales Forschungsziel besteht zudem darin, Methoden und Werkzeuge intelligent und dynamisch im Rahmen eines interdisziplinären Workflows bereitzustellen.
Zukunftsfähige Konzepte und Methoden
Die Struktur des GRK 2193 sieht eine Dreiteilung des Forschungsprogramms in sogenannte Interaktionsthemen bzw. Forschungsgruppen vor. Diese stellen die Entwicklung zukunftsfähiger Konzepte und Methoden zur Fabriksystemplanung und -umsetzung in den Fokus und orientieren sich u.a. an der Hightech-Strategie der Bundesregierung, den aktuellen Industrie 4.0-Gedanken sowie der notwendigen Einbindung virtueller Techniken.
Management von
Anpassungsprozessen
Smart Efficient
Production Systems
Virtualisierung
Management von Anpassungsprozessen
Das erste Interaktionsthema liegt im Bereich des Managements von Anpassungsprozessen. Der Forschungsfokus des Bereichs, der primär durch die fünf Fachdisziplinen Software Engineering, Soziologie, Fabrikplanung, Simulation und Modellierung sowie Unternehmensrechnung und Controlling repräsentiert wird, liegt auf der Ablaufstrukturierung und zeitlichen Steuerung interdisziplinärer Anpassungsaufgaben. Zu den weiteren Forschungsschwerpunkten des Bereichs zählen zudem die Entwicklung kollaborativer, dezentraler Planungs- und Entscheidungskompetenz sowie die dynamische Bereitstellung von Methoden und Werkzeugen entlang von Anpassungsprozessen.
Prof. Dr. Andreas Hoffjan
Lehrstuhl Unternehmensrechnung und Controlling
Prof. Dr. Jakob Rehof
Lehrstuhl für Software Engineering
Prof. Dr. Peter Buchholz
Lehrstuhl für praktische Informatik
Prof. Dr. Jürgen Howaldt
Sozialforschungsstelle Dortmund
Prof. Dr. Michael Henke
Lehrstuhl für Unternehmenslogistik
Smart Efficient Production Systems
Das zweite Interaktionsthema ist ausgerichtet auf die Konzept- und Methodenentwicklung entlang des Anpassungsprozesses mit dem Fokus Smart Efficient Production Systems. Der Forschungsbereich ist ausgerichtet auf die Gestaltung zukunftsfähiger, effizienter Produktionssysteme bzw. eine möglichst intelligente Migration bestehender Produktionssysteme. Die Ausrichtung des Interaktionsthemas beruht auf dem Industriewandel im Rahmen der Industrie 4.0-Bewegung und die getriebene Einführung und Anwendung cyberphysischer Systeme (CPS). Ziel ist es, bei der Entwicklung interdisziplinärer Konzepte und Methoden zur Unterstützung von Anpassungsprozessen die zentralen Elemente der Industrie 4.0 und die herausragenden Entwicklungschancen an den verschiedenen Technologie-Schnittstellen bspw. zwischen IT und Maschinen- und Anlagenbau oder Elektrotechnik zu berücksichtigen.
Prof. Dr.-Ing. Petra Wiederkehr
Lehrstuhl für Software Engineering, AG „Virtual Machining“
Prof. Dr.-Ing. Prof. h.c. Dirk Biermann
Institut für spanende Fertigung
Prof. Dr.-Ing. Christian Rehtanz
Institut für Energiesysteme, Energieeffizienz und Energiewirtschaft
Lehrstuhl für Unternehmenslogistik
Jun.-Prof. Dr.-Ing. Anne Meyer
Digitalisierung in Unternehmenslogistik und Supply Chain Management,
Lehrstuhl für Unternehmenslogistik
Virtualisierung
Das dritte Interaktionsthema Virtualisierung stellt die Nutzung virtueller Techniken zur Steigerung der Anpassungsintelligenz und somit einen zentralen Befähiger zukünftiger Planungs- und Gestaltungsprozesse in den Vordergrund. Virtuelle Fabrikmodelle und insbesondere die Nutzung virtueller Testbeds sind ferner unerlässlich zur Unterstützung kollaborativer Planung und Entscheidungsabsicherung. Als wichtige Forschungsumgebung ist in diesem Zusammenhang die virtuelle GRK-Modellfabrik zu nennen, die als Lern- und Forschungsumgebung bzw. experimentierbares Fabriksystem allen Beteiligten des GRKs zur Verfügung steht.
Prof. Dr. Mike Gralla
Lehrstuhl Baubetrieb und Bauprozessmanagement
Prof. Dr. Dr. h.c. Michael ten Hompel
Lehrstuhl für Förder- und Lagerwesen
Prof. Dr. Jürgen Roßmann
RIF e. V.
Interdisziplinäres Experimentieren
Die virtuelle Modellfabrik des GRK 2193 dient als Lernumgebung bzw. experimentierbares Fabriksystem und steht allen Disziplinen des GRKs zur Verfügung. Sie wurde im Rahmen einer Kooperation mit dem Industriepartner TAKATA Aktiengesellschaft entwickelt und beruht auf Realdaten des Werks in Miskolc, Ungarn. Durch die Analyse und Optimierung verschiedener Produktionskonzepte, Materialflussstrategien oder Gebäudestrukturvarianten sowie durch die Simulation und Visualisierung von Materialflüssen und Fertigungsprozessen soll ein interdisziplinäres Experimentieren der Promovierenden der unterschiedlichen Fachdisziplinen ermöglicht werden. Die Modellfabrik dient ferner der Darstellung der Themenvernetzung sowie der Erarbeitung von Strategien zur Integration unterschiedlicher Disziplinen und Detailebenen.
Erstellung des Modells
Mit Beginn der Laufzeit des GRKs wurden, im Anschluss an ein erstes Zusammenkommen der Verantwortlichen von TAKATA Aktiengesellschaft und des GRKs in Miskolc, relevante Daten und Spezifikationen des Fabriksystems vor Ort erfasst Diese beinhalten neben der Gebäude- und Layoutgestaltung die Stammdaten des Produktportfolios und aktuelle Betriebsdaten der Produktions- und Logistikprozesse. Auf Basis der erlangten Informationen wird im Rahmen des Graduiertenkollegs, federführend durch die Forschungsgruppe Virtualisierung, ein virtuelles Abbild des Werks in Miskolc erstellt.
Funktionen des Modells
Das Modell visualisiert den vollständigen Fertigungsablauf und die damit verbundenen Materialflüsse. Zum einen lässt sich auf diese Weise die Komplexität der Prozesse eines realen Produktions- und Logistiksystems ganzheitlich aufzeigen und auf Basis dessen transdisziplinär Strategien zum Management der vorhandenen Komplexität entwickeln. Weiterhin bietet das Modell die Möglichkeit, ebenenübergreifend Simulationen durchzuführen. Neben ereignisdiskreten Betrachtungen des Materialflusses und damit der Steuerungslogik des Fabriksystems lässt sich durch die simultane, kontinuierliche Visualisierung der operativen Abläufe beispielsweise die Komponentenbereitstellung durch Logistikmittel oder der Bewegungsvorgang eines Roboters hautnah erleben. Damit ermöglicht die Modellfabrik die Identifizierung von derzeitigen und zukünftigen Engpassstellen beziehungsweise Problemstellen der Produktion im Allgemeinen. Zusätzlich zur klassischen Engpassermittlung schließt dies beispielsweise auch das Erkennen unsachgemäß dimensionierter Transportwege ein.
Interaktion mit dem Modell
Das virtuelle Abbild einer Fabrik befähigt unterschiedliche Fachdisziplinen durch eine einheitliche und komplexitätsarme Darstellung das Partizipieren am gesamten Anpassungsprozess und dient als gemeinsame Kommunikationsplattform. Die hohe Kollaborationsfähigkeit des virtuellen Modells wird im Graduiertenkolleg mit Hilfe von Technologien der virtuellen Realität umgesetzt. Neben der ortsgebundenen virtuellen Darstellung durch die am Institut für Forschung und Transfer (RIF e.V.) vorhandene und für das GRK nutzbare Panoramaprojektion kann die dreidimensionale und interaktionsfähige Darstellung zudem durch VR-Brillen erfolgen. Auf diese Weise wird das Interagieren mit dem Fabrikmodell ermöglicht, sodass Anpassungsmaßnahmen aufwandsarm implementiert werden können. Demnach eignet sich das Modell als sogenanntes virtuelles Testbed, um im Rahmen der Kooperation Auswirkungen von Anpassungen im System bewertbar machen zu können. So entwickeln beide Kooperationspartner gemeinsam neue Lösungen und erzeugen Forschungsergebnisse im Bereich der Anpassungsplanung von Fabriksystemen im dynamischen und komplexen Umfeld.
Publikationen im Überblick
2024
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2023
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