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Die Hauptherausforderung bei der Entwicklung einer produktionstechnisch geprägten Produktionstheorie darin, eine Verbindung der (produktions-)technischen Teildisziplinen zu einem theoretischen Beschreibungsmodell zu erreichen. Dieses gilt es unter Berücksichtigung der bestehenden Produktionstheorien um eine ökonomische Input-Output-Betrachtung zu erweitern.
Dieser bedarf einer theoretischen Betrachtung des Einflusses von Stellgrößen in verschiedenen Bewertungsdimensionen auf die Wirtschaftlichkeit eines Produktionssystems. Hierzu gilt es die relevanten Einflussgrößen und deren wechselseitigen Abhängigkeiten in einem Modell zu verknüpfen, welches die Grundlage zur Bestimmung des optimalen Betriebspunktes des Produktionssystems darstellt. In diesem Modell sollen formale Submodelle aus unterschiedlichen Fachdisziplinen analysiert und integriert werden, wodurch sichergestellt wird, dass der Stand der Forschung aus den produktionstechnischen Fachbereichen, wie der Fertigungstechnik, Werkzeugmaschinen, Logistik und Produktionsplanung und -steuerung (PPS), genutzt wird, um den ökonomischen Einfluss der Einflussgrößen zu quantifizieren.
[CIRP Encyclopedia of Production Engineering:]
This high quality reference work has been written and reviewed by members of The International Academy for Production Engineering, also known as CIRP. This Academy is recognized worldwide to represent the highest standards in research on production engineering, which includes design, optimization, control, management of processes, machines, and systems. One key concept behind this Encyclopedia is that apart from covering fundamental concepts in the field of production engineering, it also closely follows recent developments and emerging concepts. In particular this renewed print edition covers a wide range of new topical entries such as Hybrid Processes, High Performance Grinding, Biomimetic Design, Cold Spray, Sheet-bulk Metal Forming, Ecodesign, Cyber Physical System, Nano Technology, or Geometrical Product Specification. The second edition also comprises reviewed entries from the first version, which have been updated to reflect new standards or developments. The target audience primarily comprises researchers, engineers, managers, graduate students, and many others whose day-to-day work gravitates around production engineering technologies in the global market.
Robotic Process Automation (RPA) gewinnt durch die Möglichkeit, repetitive Administrationsprozesse zu automatisieren und Effizienzpotenziale zu heben, zunehmend an Bedeutung. In der Praxis scheitern jedoch viele Implementierungsprojekte. Dies resultiert primär aus dem fehlenden Verständnis darüber, wie sich die Einführung von RPA auf das Gesamtsystem Organisation auswirkt. Es entsteht eine wachsende Kluft zwischen dem Leistungsversprechen von RPA und der Fähigkeit von Unternehmen, jenes auszuschöpfen. Trotz der exponentiellen Geschwindigkeit des technologischen Fortschritts mangelt es vielen Unternehmen an der notwendigen Adaptionsfähigkeit, welche für den nachhaltigen Erfolg einer RPA-Implementierung essenziell ist. In diesem Kontext spielt die Optimierung der im Einklang stehenden Dimensionen Mensch, Technik und Organisation eine zentrale Rolle. Durch eine systematische Literaturrecherche wird aufgezeigt, dass bisherige Ansätze diesen Zusammenhang nur unzureichend betrachten. In der heutigen Forschungslandschaft existiert kein Modell, welches die technischen, sozialen und organisatorischen Komponenten, die im Zuge der RPA-Einführung zu berücksichtigen sind, darlegt. Angelehnt an das soziotechnische Systemdenken und den Prozess der Fallstudienforschung werden theoriegeleitet Dimensionen und Elemente einer RPA-spezifischen soziotechnischen Systemarchitektur identifiziert und erläutert. Das daraus resultierende Modell zur Unterstützung von Unternehmen bei der RPA-Einführung wurde mit einer Vielzahl Industrievertretern im Rahmen des öffentlichen Forschungsprojekts RPAsset des FIR e. V. an der RWTH Aachen validiert.
Production in high-wage countries can be made more efficient, cost-effective, and flexible by solving the conflict between planning and value orientation. A promising approach is to focus on planning and decision-making processes (production planning and control, design of production processes and machinery, etc.) and to aim to maximize overall planning efficiency. Planning efficiency can be expressed as the ratio between the benefit generated by preparing detailed process instructions to produce the parts or components and the corresponding planning efforts. Industrial companies wanting to gain a competitive advantage in dynamic global markets have to identify a set of non-dominated solutions with the most favorable effort–benefit ratio rather than a single solution. The optimum between detailed planning and the immediate implementation of value-adding activities (process steps) in the process chain needs to be found dynamically for each product.
This research area focuses on the management systems and principles of a production system. It aims at controlling the complex interplay of heterogeneous processes in a highly dynamic environment, with special focus on individualized products in high-wage countries. The project addresses the comprehensive application of self-optimizing principles on all levels of the value chain. This implies the integration of self-optimizing control loops on cell level, with those addressing the production planning and control as well as supply chain and quality management aspects. A specific focus is on the consideration of human decisions during the production process. To establish socio-technical control loops, it is necessary to understand how human decisions are made in diffuse working processes as well as how cognitive and affective abilities form the human factor within production processes.
In short-term production management of the Internet of Production (IoP) the vision of a Production Control Center is pursued, in which interlinked decision-support applications contribute to increasing decision-making quality and speed. The applications developed focus in particular on use cases near the shop floor with an emphasis on the key topics of production planning and control, production system configuration, and quality control loops.
Within the Predictive Quality application, predictive models are used to derive insights from production data and subsequently improve the process- and product-related quality as well as enable automated Root Cause Analysis. The Parameter Prediction application uses invertible neural networks to predict process parameters that can be used to produce components with desired quality properties. The application Production Scheduling investigates the feasibility of applying reinforcement learning to common scheduling tasks in production and compares the performance of trained reinforcement learning agents to traditional methods. In the two applications Deviation Detection and Process Analyzer, the potentials of process mining in the context of production management are investigated. While the Deviation Detection application is designed to identify and mitigate performance and compliance deviations in production systems, the Process Analyzer concept enables the semi-automated detection of weaknesses in business and production processes utilizing event logs.
With regard to the overall vision of the IoP, the developed applications contribute significantly to the intended interdisciplinary of production and information technology. For example, application-specific digital shadows are drafted based on the ongoing research work, and the applications are prototypically embedded in the IoP.
Die zunehmende Konzentration von Unternehmen auf ihre Kernkompetenzen und das Agieren auf einem weltweiten Markt führen zu einer stärkeren Kooperation in Unternehmensnetzwerken. Die Organisationsformen von Unternehmensnetzwerken können durch ihre Struktur und ihren Grad der Koordination beschrieben werden. Als Beispiel eines geführten und polyzentrisch strukturierten Unternehmensnetzwerks wird die Virtuelle Fabrik erläutert. Die Virtuelle Fabrik schafft Rahmenbedingungen für Unternehmen, um sich effizient in Ad-hoc-Kooperationen zu organisieren. [https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-662-55426-5_29]
Die Produktentwicklung beeinflusst die Kostenentstehung eines Produkts über den gesamten Lebenszyklus. Daher müssen vielfältige Restriktionen frühzeitig berücksichtigt werden, wie Beanspruchungen an das Produkt oder Restriktionen aus der Instandhaltung und dem Recycling. Die Produktentwicklung beeinflusst auch maßgeblich die Variantenentstehung und legt die Produktvielfalt, die Produktstruktur und die Kosten der Varianten fest. Die Koordination der Aktivitäten in der Produktentwicklung basiert auf einem produktübergreifenden Projektmanagement, um die interdisziplinäre Zusammenarbeit zu organisieren. [https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-662-55426-5_23]
Die zunehmende Konzentration von Unternehmen auf ihre Kernkompetenzen und das Agieren auf einem weltweiten Markt führen zu einer stärkeren Kooperation in Unternehmensnetzwerken. Die Organisationsformen von Unternehmensnetzwerken können durch ihre Struktur und ihren Grad der Koordination beschrieben werden. Als Beispiel eines geführten und polyzentrisch strukturierten Unternehmensnetzwerks wird die Virtuelle Fabrik erläutert. Die Virtuelle Fabrik schafft Rahmenbedingungen für Unternehmen, um sich effizient in Ad-hoc-Kooperationen zu organisieren.
The need for a theoretical consideration of the influence of manipulable variables in various evaluation dimensions on the economic efficiency of a production system is obvious. Here it is necessary to link the relevant influencing variables and their mutual dependencies into a model, which represents the basis for the determination of the optimal operating points of the production system. In this model, formal sub-models are to be analysed and integrated, assur-ing that the state of research from various technical disciplines in production engineering, such as manufacturing technology, machine tools, logistics and production planning and control, are used to quantify the economic effect of the influencing variables.
Der effiziente Umgang mit den dynamischen Rahmenbedingungen produzierender Unternehmen ist eine der wesentlichen Aufgaben des Supply Chain Managements in Hochlohnländern. Die echtzeitnahe Verfügbarkeit und Verarbeitung planungsrelevanter Informationen nimmt dabei eine Schlüsselrolle ein. Sie stellt die Grundlage für eine realistische Planung und Steuerung der Produktion dar. Die zentrale Herausforderung liegt dabei in der Komplexität der Informationsvielfalt und deren Bewältigung sowie der effektiven Integration menschlicher Intuition und Erfahrung in den Regelkreis des Supply Chain Management. High Resolution Supply Chain Management (HRSCM) beschreibt einen Ansatz, Organisationsstrukturen und -prozesse auf Basis einer hohen Informationstransparenz in die Lage zu versetzen, sich durch dezentralisierte Produktionskontrollmechanismen in Form eines kaskadierten Regelkreismodells selbstoptimierend an ständig verändernde Rahmenbedingungen anzupassen.
Aufgaben
(2012)
Aufgabe der Produktionsplanung und -steuerung (PPS) ist die termin-, kapazitäts- und mengenbezogene Planung und Steuerung der Fertigungs- und Montageprozesse. Während die Produktionsplanung den Inhalt und die Einzelprozesse der Fertigung und der Montage zu gestalten hat, regelt die Produktionssteuerung den Ablauf der Tätigkeiten in der Fertigung im Rahmen der Auftragsabwicklung. Dabei regelt die Produktionssteuerung, wann unter Berücksichtigung der Vorgaben der Produktionsplanung einerseits und der vorgegebenen logistischen Zielgrößen andererseits welche Teilprozesse in welcher Reihenfolge einen Produktionsfaktor beanspruchen.
One of the central success factors for production in high-wage countries is the solution of the conflict that can be described with the term “planning efficiency”. Planning efficiency describes the relationship between the expenditure of planning and the profit generated by these expenditures. From the viewpoint of a successful business management, the challenge is to dynamically find the optimum between detailed planning and the immediate arrangement of the value stream. Planning-oriented approaches try to model the production system with as many of its characteristics and parameters as possible in order to avoid uncertainties and to allow rational decisions based on these models. The success of a planning-oriented approach depends on the transparency of business and production processes and on the quality of the applied models. Even though planning-oriented approaches are supported by a multitude of systems in industrial practice, an effective realisation is very intricate, so these models with their inherent structures tend to be matched to a current stationary condition of an enterprise. Every change within this enterprise, whether inherently structural or driven by altered input parameters, thus requires continuous updating and adjustment. This process is very cost-intensive and time-consuming; a direct transfer onto other enterprises or even other processes within the same enterprise is often impossible. This is also a result of the fact that planning usually occurs a priori and not in real-time. Therefore it is hard for completely planning-oriented systems to react to spontaneous deviations because the knowledge about those naturally only comes a posteriori.
Industrial production in high-wage countries like Germany is still at risk. Yet, there are many counter-examples in which producing companies dominate their competitors by not only compensating for their specific disadvantages in terms of factor costs (e.g. wages, energy, duties and taxes) but rather by minimising waste using synchronising integrativity as well as by obtaining superior adaptivity on alternating conditions. In order to respond to the issue of economic sustainability of industrial production in high-wage countries, the leading production engineering and material research scientists of RWTH Aachen University together with renowned companies have established the Cluster of Excellence “Integrative Production Technology for High-Wage Countries”. This compendium comprises the cluster’s scientific results as well as a selection of business and technology cases, in which these results have been successfully implemented into industrial practice in close cooperation with more than 30 companies of the industrial production sector.
Aus Sicht der logistischen Planung und Steuerung stellt die Beherrschung der steigenden Dynamik in der kundenindividuellen Produktion und Montage die wesentliche Herausforderung der kommenden Jahre dar. Ursachen der zunehmenden internen Dynamik sind kürzere Lieferzeiten, eine höhere Varianz der Fertigungs- und Montageprozesse (verursacht durch die zunehmende Produktvielfalt) und der Einsatz komplexer Produktionsanlagen (Substitution des Faktors Arbeit durch Kapital). Die drastische Verkürzung der Lieferzeiten hat die Auftragssituation und den Kapazitätsbedarf produzierender Unternehmen maßgeblich verändert. Die notwendigen Durchlaufzeitreduzierungen konnten nur durch eine entsprechende Reduzierung der Umlaufbestände erreicht werden. Diese Bestandssenkung hat zwangsläufig zu einer stärkeren Kopplung der einzelnen Produktionsressourcen untereinander geführt. Kapazitätsschwankungen und Prozessinstabilitäten einer Einzelressource wirken sich auf Grund der stärkeren Kopplung stärker auf die Stabilität des Gesamtsystems aus, da der Bestand nicht mehr als Dämpfer wirken kann. Gleichzeitig nehmen makroskopische, überbetriebliche Kapazitätsschwankungen in der Lieferkette zu, da die zeitliche Dämpfung fehlt.
Die steigende Varianz der Prozessketten und -zeiten verstärkt potenziell den Effekt der beschriebenen Kapazitäts- und Durchlaufzeitschwankungen. Eine „mittelwertbasierte PPS“ ist daher nicht mehr anforderungskonform. Herkömmliche Planungs- und Steuerungskonzepte, die auf diese Varianz nicht entsprechend reagieren können, tragen so unweigerlich zu einem weiteren Aufschwingen des Systems bei. Die fehlende Dämpfung führt bei schwankenden Bedarfen zu Auslastungsverlusten und steigenden Rückständen in der Produktion.
Eine Absorption der Dynamik durch Bestände und Entkopplung oder das Vorhalten von Reservekapazitäten zur Prozesssynchronisation sind heute aus Gründen des Kostendrucks und kundenindividueller Produkte nicht mehr möglich. Vielmehr sind neue Ansätze in der Planung und Steuerung von inner- und überbetrieblichen Produktionsprozessen notwendig, die die Dynamik der Prozesse und Kapazitätsbedarfe aufnehmen können, diese in Bezug zum übergeordneten Auftragsnetz bringen und Lösungen zur Absorption der Dynamik unter Berücksichtigung der wirtschaftlichen und logistischen Zielsetzungen ableiten lassen.
Aachener PPS-Modell
(2012)
Die Produktionsplanung und -steuerung bildet heute nach wie vor den Kern eines jeden Industrieunternehmens. Entgegen bisweilen kurzzeitigen Trends, die sich in immer wieder als „modern“ und „zeitgemäß“ proklamierten Konzepten äußern, hält das Aachener PPS-Modell am Betrachtungsansatz des ganzheitlichen Produk-tionssystems fest. Ressourcen und Prozesse eines Unternehmens und darüber hinaus auch die der Zulieferer müssen auf den Nutzen des Kunden bzw. auf die Wertschöpfung für den Kunden abgestimmt sein. Im Vordergrund steht die Optimierung des gesamten Produktionssystems. Produktionssysteme beschreiben die ganzheitliche Produktionsorganisation und beinhalten die Darstellung aller Konzepte, Methoden und Werkzeuge, die in ihrem Zusammenwirken die Effektivität und Effizienz des gesamten Produktionsablaufes ausmachen. Die Orientierung am Kundennutzen muss dabei wei-testgehend unter Vermeidung von Verschwendung erfolgen. Dafür stehen heute die Begriffe "Production System" und "Lean Thinking".Die Produktionsplanung und -steuerung ist der wesentliche Baustein eines Produktionssystems.
Die Entwicklung des Aachener PPS-Modells erfolgte mit dem Ziel, die ganzheitliche Betrachtungsweise durch Abstraktion bzw. Vereinfachung in der modellhaften Abbildung aller relevanten Zusammenhänge in der PPS zu unterstützen. Dabei lässt sich feststellen, dass eine ganzheitliche Betrachtung des Produktionssystems mit dem Fokus auf die PPS mit einem hohen Komplexitätsgrad einhergeht. Der Gesamtumfang einer solchen ganzheitlichen Betrachtungsweise macht es erforderlich, das Modell in verschiedene anforderungsspezifische Bereiche zu untergliedern und die einzelnen Teilmodelle miteinander zu verknüpfen.
Einen Überblick über das Grundverständnis und den Aufbau des Aachener PPS-Modells liefert der folgende Abschnitt. Im Anschluss daran erfolgt eine grundlegende Darstellung der Einsatzmöglichkeiten einzelner Modellteile, im Rahmen des Aachener PPS-Modells auch Referenzsichten genannt, sowie eine kurze inhaltliche Beschreibung der einzelnen Referenzsichten.
Aus dem privaten Alltag sind Soziale Technologien nicht mehr wegzudenken, doch zunehmend kommen diese auch innerhalb von Unternehmen zum Einsatz. Insbesondere Business-Communities können dabei helfen, Mitarbeiter zu vernetzen, und bieten speziell bei wissensintensiven Aufgaben erhebliche Potenziale. Da sowohl der systematische Aufbau als auch die Koordination einer Business-Community mit zahlreichen Aufgabenfeldern verbunden ist, werden oftmals schwerwiegende Fehler im Management dieser Communities gemacht, wodurch Nutzenpotenziale ungenutzt bleiben. Auch mangelt es in der Praxis an geeigneten Erkenntnissen über eine erfolgreiche Steuerung solcher Business-Communities.
Um die Erfolgswirkungen konkreter Koordinationsmechanismen zu untersuchen, führte das FIR an der RWTH Aachen gemeinsam mit der IntraWorlds GmbH eine Studie unter Community-Managern durch. Dabei hat sich herausgestellt, dass die Steuerungsinstrumente unterschiedlich und mit divergierendem Erfolg eingesetzt werden können.
Subscription business models provide an important component for monetizing the potential of Industrie 4.0. Subscription business is based on a long-term and participative business relationship between customer and provider. However, only digitalization offers the necessary framework conditions to realize the characteristic recurring and performance-based billing, and to ensure the necessary transparency about the usage phase of products as well as continuous performance improvements in the customer process. Against this background, companies must not only recognize the much-cited potential that lies in the total dedication to the success of individual subscription customers. Rather, the central obstacles must be addressed, examined, and subsequently overcome in a targeted manner in order to successfully establish subscription business models and place them on the market.