Dynamische Generierung alternativer Fertigungsfolgen im Kontext von Production as a Service

Produktbeschreibung

Die vorliegende Arbeit wendet sich an Ingenieure und Wissenschaftler im Bereich der industriellen Produktion. Sie befasst sich mit der Angebotserstellung und der Arbeitsvorbereitung in der Metallindustrie. Das Ziel ist die Automatisierung des Matchings von Produkten und Betriebsmitteln für unternehmensübergreifende Fertigungsfolgen auf einer Production as a Service-Plattform. Produktionskapazitäten und -fähigkeiten können über eine Plattform auf Anfrage zur Verfügung gestellt werden, was zu einer gesteigerten Effizienz bei der Produktion von kleinen Losgrößen führt. Durch die Integration neuer Technologien in die Produktion wird die unternehmens- übergreifende Ende-zu-Ende Vernetzung mit den Produktionsmitteln ermöglicht. Dafür wird eine Systemarchitektur erstellt, die Informationsmodelle für die Selbstbeschreibung von Produkten und Betriebsmitteln spezifiziert und ein technischer Matching-Prozess modelliert.

Inhaltsverzeichnis
Kurzfassung VIII
Abstract VIII
1 Einleitung 1
1.1 Motivation und Problemstellung 4
1.2 Zielsetzung und Forschungsfragen 7
1.3 Vorgehensweise und Aufbau der Arbeit 11
2 Begriffsdefinitionen 13
2.1 Cyber-physische Produktionsmodule 14
2.2 Alternative Fertigungsfolge 17
3 Stand der Forschung 19
3.1 Fähigkeits- und fertigkeitsbasierte-Ansätze 19
3.1.1 Bestehende Ansätze 19
3.1.2 Fazit 25
3.2 Technologieketten-, prozess- und fertigungsfolgenbasierte Ansätze 27
3.2.1 Bestehende Ansätze 27
3.2.2 Fazit 33
3.3 Cloud Manufacturing-basierte Ansätze 35
3.3.1 Bestehende Ansätze 35
3.3.2 Fazit 39
3.4 Fazit und Zusammenfassung der Forschungslücke 41
3.4.1 Analyse existierender Fertigungsplattformen 42
3.4.2 Analyse der bestehenden Forschungsaktivitäten 43
4 Modell zur dynamischen Generierung alternativer Fertigungsfolgen für PaaS 46
4.1 Untersuchungsrelevante Eigenschaften der PaaS-Plattform 47
4.1.1 Beschreibung des Matchings auf Basis des PPR-Modells 48
4.1.2 Grundlegende Informationsmodellierung für das Matching 50
4.1.3 Funktionale Anforderungen an das Matching 53
4.2 Systemarchitektur, Komponenten und Interaktionen 55
4.2.1 Nicht-funktionale Anforderungen an die Systementwicklung 56
4.2.2 Auswahl der Softwarearchitektur 58
4.2.3 Abstrakte PaaS-Plattform Architektur 61
4.2.4 Komponente zur Informationsmodellierung für Produkt und Ressource 64
4.2.5 Produktverwaltung 66
4.2.6 Betriebsmittelverwaltung 68
4.2.7 Matching-Komponente 69
4.2.8 Zusammenfassung der Systemarchitektur 71
4.3 Selbstbeschreibung von Produkt und Betriebsmittel 73
4.3.1 Produktinformationsmodell 73
4.3.2 Ressourceninformationsmodell 79
4.3.3 Zieldimensions- und organisatorisches Informationsmodell 83
4.3.4 Semantisches Feature-Informationsmodell 85
4.3.5 Prozessinformationsmodell 88
4.4 Technischer Matching-Prozess 90
4.4.1 Einlasten des Auftrags 91
4.4.2 Betriebsmittelregistrierung und -verwaltung 92
4.4.3 Matching zur dynamischen Generierung alternativer Fertigungsfolgen 93
5 Prototypische Implementierung 100
5.1 Beschreibung des Testsystems 101
5.1.1 Anwendungsfall 101
5.1.2 Einführung in die Softwaresysteme 104
5.2 Funktionsweise der Implementierung 112
5.2.1 Betriebsmittelanmeldung und Produkteinlastung 112
5.2.2 Matching-Prozess 114
5.3 Evaluation und Weiterentwicklungspotential 127
5.3.1 Analyse der Implementierungsergebnisse 127
5.3.2 Funktionale Anforderungen der Prozessabhängigkeiten 132
5.3.3 Nicht-funktionale Anforderungen an die Systementwicklung 134
5.3.4 Funktionale Anforderungen an die Systemarchitekturkomponenten 135
6 Zusammenfassung und Ausblick 138
Anhang 1: Übersicht des implementierten Matching-Prozesses 142
Anhang 2: Übersicht über die Datenbankstruktur der Implementierung 149
Anhang 3: Übersicht der standardisierten OPC UA Modelle 152
Anhang 4: Übersicht der alternativen Fertigungsfolgen Produkt 1 155
Anhang 5: Übersicht der alternativen Fertigungsfolgen Produkt 2 161
7 Literaturverzeichnis 164

Keywords: Industrie 4.0, Production as a Service, alternative Fertigungsfolgen, Fähigkeitsprüfung, Machbarkeitsprüfung, Automatisierte Angebotserstellung und Arbeitsvorbereitung, Cloud Manufacturing, Modulare, verteilte Systeme, Industrie 4.0, Production as a Service, alternative manufacturing sequence, Capability Check, Feasibility Check, Automated qutotation and production planning, Cloud Manufacturing, Modular, descentralized systems