Systemstruktur zur Bereitstellung von Informationsservices für den Menschen in der modularen Produktion

Produktbeschreibung

Die vorliegende Arbeit wendet sich an Ingenieure und Wissenschaftler im Bereich der Digitalisierung in der Produktion. Sie befasst sich mit dem Paradigma der Selbstbestimmung des Mitarbeitenden in der modularen Produktionsumgebung. Eine modulare Produktion ist in diesem Kontext durch eine zunehmende Dezentralisierung mit Cyber-Physischen Produktionsmodulen geprägt. Zur Realisierung der Selbstbestimmung wird ein Informationsservice defniert, der eine Kombination aus Mitarbeitenden, Information und dazugehöriger Interaktion darstellt. Der Prozess des Anlegens und Löschens des Informationsservice sowie die dazu notwendige Systemstruktur wird erforscht und modelliert. Im Fokus steht eine herstellerübergreifende Realisierung, die durch eine prototypische Implementierung in einer modularen Testumgebung evaluiert wird.

Inhaltsverzeichnis
Kurzfassung ……………………………………………………………………………………………………. VIII
Abstract…………………………………………………………………………………………………………. VIII
Abkürzungsverzeichnis……………………………………………………………………………………….. IX
Symbolverzeichnis ……………………………………………………………………………………………… X
1 Einleitung……………………………………………………………………………………………………. 1
2 Stand der Forschung……………………………………………………………………………………… 5
2.1 Auswirkungen der Digitalisierung auf die Produktionsumgebung………………………. 5
2.1.1 Ansätze zur Umsetzung von modularen Produktionsumgebungen ………….. 7
2.1.2 Architekturansätze für modulare Produktionsumgebungen……………………. 8
2.1.3 Informationstechnische Beschreibung von Produktionsressourcen ……….. 12
2.1.4 Informationsmodelle und -modellierung ……………………………………………. 16
2.1.5 Kommunikationsprotokolle für die Industrie 4.0 Produktion ………………… 20
2.1.6 Zusammenfassung und auftretende Herausforderungen ……………………… 23
2.2 Rolle und Integration des Menschen in die modulare Produktion ……………………. 23
2.2.1 Das Mensch-Maschine-System………………………………………………………….. 24
2.2.2 Mensch-Maschine Interaktionsmöglichkeiten …………………………………….. 26
2.2.3 Veränderungen der Mitarbeiterrolle durch die Digitalisierung………………. 28
2.2.4 Rollenmodelle und Aufgabenfelder……………………………………………………. 31
2.2.5 Anforderungen an die Informationsbereitstellung auf dem Shopfloor …… 34
2.2.6 Zusammenfassung und auftretende Herausforderungen ……………………… 39
3 Forschungsziele, Vorgehensweise und Modellierungstechniken……………………………41
3.1 Forschungsziele………………………………………………………………………………………….. 41
3.2 Vorgehensweise…………………………………………………………………………………………. 44
3.3 Modellierungstechniken……………………………………………………………………………… 45
4 Erforschung einer Systemstruktur zur Bereitstellung von Informationsservices auf dem
modularen Shopfloor………………………………………………………………………………………….48
4.1 Systemabgrenzung und Anforderungsanalyse ……………………………………………….. 48

4.1.1 Formale Systemgrenze der Systemstruktur…………………………………………. 49
4.1.2 Nicht-funktionale Anforderungen ……………………………………………………… 51
4.2 Prozessbeschreibung und funktionales Verhaltensmodell ………………………………. 55
4.3 Entwicklung der übergeordneten Systemstruktur ………………………………………….. 57
4.3.1 Anforderungen an die CPPM zur Interaktion mit dem Mitarbeiter ………… 58
4.3.2 Spezifizierung für die Bereitstellung von Informationsservices ……………… 61
4.4 Modellierung der Teilsystemkomponenten …………………………………………………… 65
4.4.1 Benutzungsschnittstelle……………………………………………………………………. 66
4.4.2 CPPM Informationen ……………………………………………………………………….. 69
4.4.3 Interaktionsdatenbank……………………………………………………………………… 75
4.4.4 Informationsservicedatenbank………………………………………………………….. 82
4.4.5 Nutzermanagement …………………………………………………………………………. 85
4.4.6 Middleware…………………………………………………………………………………….. 91
4.5 Zusammenführen der Systemkomponenten und Wechselwirkungen ………………. 94
4.6 Zusammenfassung ……………………………………………………………………………………… 99
5 Implementierung und Systemtests ………………………………………………………………..100
5.1 Implementierung der Teilsystemkomponenten……………………………………………. 103
5.1.1 Benutzungsschnittstelle………………………………………………………………….. 104
5.1.2 CPPM Informationen ……………………………………………………………………… 107
5.1.3 Interaktionsdatenbank……………………………………………………………………. 110
5.1.4 Informationsservicedatenbank………………………………………………………… 113
5.1.5 Nutzermanagement ……………………………………………………………………….. 115
5.1.6 Middleware…………………………………………………………………………………… 117
5.2 Integration der Komponentenschnittstellen ………………………………………………… 118
5.3 Gesamtsystemtest der Systemstruktur ……………………………………………………….. 120
5.4 Validierung und Erweiterungspotenziale …………………………………………………….. 123
5.4.1 Bewertung der nicht-funktionalen Anforderungen…………………………….. 123
5.4.2 Erweiterungspotenziale ………………………………………………………………….. 125
6 Fazit und Ausblick ………………………………………………………………………………………127
6.1 Fazit………………………………………………………………………………………………………… 127
6.2 Ausblick…………………………………………………………………………………………………… 128

7 Zusammenfassung ……………………………………………………………………………………..131
8 Literaturverzeichnis…………………………………………………………………………………….133

Keywords: Modularer Shopfloor, Dezentrale Produktion, Industrie 4.0, Digitalisierung, Cyber-Physische Produktionsmodule, Informationsservice, herstellerübergreifender Prototyp, Selbstbestimmung des Mitarbeitenden, Modularer Shopfloor, Dezentrale Produktion, Industrie 4.0, Digitalisierung, Cyber-Physische Produktionsmodule, Informationsservice, herstellerübergreifender Prototyp, Selbstbestimmung des Mitarbeitenden