Intelligente selbstorganisierende Werkstattproduktion (IWEPRO)

Problemstellung
In der Großserienfertigung wie z. B. im Automobilbau werden derzeit überwiegend Fertigungs-linien eingesetzt, die auf spezifische Bauteile ausgelegt sind. Aufgrund des zunehmenden Variantenreichtums der Produkte stoßen derartige starre Produktionssysteme jedoch an ihre Grenzen, vor allem hinsichtlich der kontinuierlichen Reaktionsfähigkeit, Auslastung, und Liefertreue. Die Industrie sieht in der Werkstattfertigung mit dezentraler Steuerung bis hin zur selbstorganisierenden produktgesteuerten Fertigung mit einer situativen statt starren Zuordnung von Operationen zu Fertigungsressourcen das Potenzial, die Fertigung insgesamt zu flexibilisieren sowie robuster und reaktionsfähiger gegen ungeplante Ereignisse zu machen. Intelligente kooperierende Teilsysteme und Komponenten im Sinne Cyber-Physischer Produktionssysteme (CPPS) und die Einbindung des Werkstattpersonals und seines Erfahrungswissens bieten hierfür einen vielversprechenden Lösungsansatz.

Projektziele
Hierfür sollen innovative Lösungen entwickelt und künftig eingesetzt werden. Produzierende Unternehmen erwarten dadurch eine Optimierung ihrer Produktionsabläufe insbesondere in Bereichen kleiner Losgrößen und variierender Produkte, die individuelle Durchläufe durch die Fertigung erfordern. Eine intelligente selbstorganisierende Werkstattproduktion wird höhere Flexibilität bieten, adaptiv den Bearbeitungsverlauf steuern und dynamisch auf ungeplante Ereignisse reagieren.
Ziel ist es, Lösungen zu entwickeln, mit denen es möglich sein wird, dass intelligent vernetzte Produkte, Produktionsmaschinen, Transportsysteme und Fertigungsressourcen untereinander Auftrags- und Fertigungsinformationen austauschen und aufgaben- und situationsorientiert mit den Werkern kooperieren. Eine solche „smarte“ Werkstattfertigung ermöglicht eine vorausschauende Bewirtschaftung und zeitgerechte Bereitstellung für die anstehenden Fertigungsaufträge. Im Zentrum stehen die Synchronisation von zentralen und dezentralen Steuerungs- und Überwachungsfunktionen durch die Anbindung der virtuellen IuK-Welt mit den realen Objekten, die Einbindung der Werkstattmitarbeiter für planende, steuernde und überwachende Aufgaben in einem Cyber-Physischen Produktionssystem und die methodische Unterstützung für die partizipative Gestaltung und Einführung solcher Lösungen. Es ist notwendig, dass die mit diesem System arbeitenden Beschäftigten auf ihre neue Aufgabe, die hohe Flexibilität erfordert, vorbereitet werden.

Vorgehensweise
Ausgehend von Randbedingungen in einem abgegrenzten Fertigungsbereich wird das Szenario für die zukünftige Werkstattfertigung mit intelligenten kommunizierenden Komponenten konzipiert und modelliert. Das Zusammenspiel einer dezentralen verteilten Produktionssteuerung mit den Anlagenkomponenten und das Verhalten des Gesamtsystems werden anhand von Simulationen untersucht. Im Projekt entstehen Werkzeuge zur Modellierung und Simulation, ein adaptives Fertigungsmanagementsystem, eine geeignete Kommunikations-Infrastruktur, eine wissensbasierte selbstlernende Werkstattsteuerung, autonome dezentrale Software-Agenten, eine interoperable Werkzeugmaschine sowie intelligente Vorrichtungen. Diese Entwicklungsarbeiten werden von soziologischer Arbeitsforschung begleitet, um Management wie Produktionsmitarbeiter von Anfang bei der menschengerechten Gestaltung zu beteiligen und sie reibungslos als Akteure in das Fertigungssystem einzubinden als auch Qualifizierungsperspektiven vorzubereiten. Dabei wird ein Migrationskonzept mit abgestufter dezentraler Intelligenz und Vernetzung der Teilsysteme erarbeitet. Dies umfasst ganzheitlich Technik, Geschäftsprozess und Qualifizierung in Form eines erweiterbaren Schalenmodells mit Produkten, Maschinen, Werkzeugen, Vorrichtungen und Transportsystemen. Die Erprobung und Validierung der neuen selbstorganisierenden Werkstattfertigung mit Einbindung des Werkstattpersonals erfolgt in einem Anwendungsszenario zur Teilefertigung mit hohem Variantenreichtum im Automobilbau.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Die zu erwartenden Ergebnisse werden sich auch durch andere Systemanbieter und Branchen der Herstellung von variantenreichen hochwertigen Produkten nutzen lassen, z. B. in der metallverarbeitenden Industrie mit ihren Zulieferfirmen, im Maschinenbau, dem Fahrzeugbau oder in der Medizintechnik. Die Lösungen für die selbstorganisierende Werkstattfertigung bieten das Potential für einen breiten Transfer insbesondere in kleine und mittelständische Fertigungsbetriebe.

• DMG MORI Software Solutions GmbH
• flexis AG
• Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein
• Opel Automobile GmbH
• SAFELOG GmbH
• SimPlan Integrations GmbH
• Soziologisches Forschungsinstitut Göttingen (SOFI) e.V.
• TAGnology Systems GmbH