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Das moderne Produktionsmanagement als Organisator der Entscheidungen und Prozesse in der industriellen Auftragsabwicklung ist ein zentraler Baustein zur Umsetzung der Nachhaltigkeitswende. Seine Aufgabe besteht darin, nachhaltige und kreislaufwirtschaftliche Prozesse durch den geeigneten Einsatz von effizienten IT-Systemlandschaften zu fördern und umzusetzen. Die Digitalisierung dient dabei als zentrales Element der Umsetzung ökonomischer, ökologischer und sozialer Unternehmensziele.
Forschungsziel ist die Entwicklung eines ganzheitlichen Ansatzes zur Implementierung von additiver Fertigungstechnologie in KMU. Zunächst wird eine grundlegende Analyse der gesamten Wertschöpfungskette durchgeführt. Hierbei werden die Teilprozesse mit dem Fokus der Qualitätssteigerung und der für KMU optimierten Implementierung detailliert betrachtet und optimiert. Es wird eine allgemeine und folgend dann spezifizierte Kosten-Nutzen-Methode zur Entscheidungsunterstützung, ein Produkt durch additive Fertigungstechnologien herzustellen, erstellt. Parallel werden Konstruktions- und Optimierungsaspekte prozesskettenübergreifend betrachtet. Zudem wird die Weiterentwicklung bestimmter additiver Fertigungsverfahren behandelt. Die Validierung findet innerhalb jedes Arbeitspaketes anhand von projektübergreifenden Use Cases statt, welche durch den projektbegleitenden Ausschuss definiert werden. Im Projekt weden folgende zentrale Ergebnisse angestrebt:
1. Übergreifendes Implementationsmodell inklusive Fertigungstechnologien
2. Kosten-Nutzen-Modell zur Entscheidungsunterstützung
3. Erarbeitung von Richtlinien für die Fertigung von optimiert gekühlten Werkzeugeinsätzen für Spritzgussanlagen
4. Erweiterung der Einsetzbarkeit von additiv gefertigten Komponenten aus Keramikwerkstoffen.
Der Nutzen kann insbesondere für KMU in der Fertigungsindustrie aufgezeigt werden. Zunächst unterstützt das Kosten-Nutzen-Modell bei der Entscheidung für welche Teile ein Technologiewechsel wirtschaftlich sinnvoll ist. Des Weiteren ermöglicht der prozessübergreifende Ansatz eine erleichterte Implementierung in die Produktion und somit die vereinfachte Realisierung von kundenspezifischer Produktion oder die Erschließung neuer Märkte. Hierdurch kann die Wirtschaftlichkeit der Unternehmen gesteigert werden.
We propose an integrated cost-benefit model to evaluate the economic utility of Additive Manufacturing (AM) for specific business cases. The high flexibility of AM enables novel product design possibilities and new production systems paradigms. However, in most cases AM-technologies still cannot compete with conventional mass production technologies in terms of production costs. A fundamental reason is that the benefits of AM are not considered by simple evaluation of production costs. Hence, practitioners need a holistic approach to consider costs and benefits of AM simultaneously in order to determine AM business cases. An easy to use model supports the user in identifying the relevant benefits for a specific use case and consider the added value in a cost model. The result is an interactive graph that helps users to explore new benefits and unlock their potential. The benefits are integrated into a cost model to allow a holistic quantitative evaluation of the business case. Our interactive approach based on the cytoscape graph framework helps identifying the key impact factors of the business case and makes it easy to run scenario-based analyses.
Projekt AM4Industry: Ein Kosten-Nutzen-Modell für die Bewertung additiver Fertigungsverfahren
(2018)
Im Rahmen des vom BMWi geförderten Projekts 'AM4Industry' entwickelt das FIR an der RWTH Aachen ein Kosten-Nutzen-Modell zur Bewertung von additiven Fertigungsverfahren. Mit diesem sollen Handlungsempfehluingen aus Erfolgsbeispielen abgeleitet werden. Zur Gestaltung eines solchen Modells werden sowohl die Lebenszykluskosten analysiert als auch die Zusammenhänge und Wechselwirkungen der potenziellen Nutzendimensionen strukturiert. So wird eine quantifizierte Bewertung erleichtert, die in Kombination mit einer hohen Kostentransparenz den Einsatz der additiven Fertigung häufiger rechtfertigt.
Das primäre Ziel des Projekts 'AM 4 Industry' bestand darin, ein Modell zu entwickeln, das die Vorteile der Integration von Additiver Fertigung in die Produktionstechnologien eines Unternehmens aufzeigt. Hierzu wurden sowohl die resultierenden Kosten als auch der durch die Produktion mit Additiver Fertigung generierte Benefit identifiziert.
Das Kosten-Nutzen-Modell soll ein für die Industrie praktikables Modell bieten, das den Vergleich verschiedener Produktionsmethoden für bestimmte Teile ermöglicht. Dadurch sollen Unternehmen befähigt werden, fundierte Entscheidungen über die potenzielle Einbeziehung der Additiven Fertigung in ihre Produktion zu treffen. Heutzutage basieren diese Entscheidungen oft auf unvollständigen Informationen, Teilkosten und unsachgemäßem Urteilsvermögen.
Der Einsatz der Additiven Fertigung zur Herstellung von Teilen verändert oft mehr als lediglich einen Einzelaspekt in der Lieferkette. Aus diesem Grund ist es schwierig, einen klaren Überblick über den möglichen Nutzen sowie eventuelle Kosten zu erhalten. Für einen Vergleich, der alle Aspekte berücksichtigt, ist eine ganzheitliche Betrachtung erforderlich. Hierzu müssen alle einflussnehmenden Faktoren betrachtet werden. Dazu zählt insbesondere die fundierte Betrachtung des gesamten Produktlebenszyklus: Produktdesign / Engineering, Produktion / Qualität, Service / After Sales. Die Vorteile der Produktion mit Additiver Fertigung sind zum Beispiel die Funktionsintegration in einzelne Bauteile oder neue Möglichkeiten in der Ersatzteilfertigung. Demgegenüber stehen jedoch u. a. teilweise längere Produktionszeiten und hohe Implementierungskosten der Technologie.
Da es nicht möglich ist, den Nutzen der Additiven Fertigung allein mit einem klassischen Kostenvergleich zu bewerten, musste ein neues generisches Modell entwickelt werden, das die über den gesamten Lebenszyklus entstehenden Kosten mit den technologischen Vorteilen vergleicht. Mit diesem Wissen erhalten Unternehmen einen Wettbewerbsvorteil, denn anstelle von zeitaufwändigen Trial-and-Error-Tests kann das Modell den Entscheidungsprozess beschleunigen und die Erfolgsrate der Entscheidungen erhöhen.
Darüber hinaus wird ein wirtschaftlicherer Einsatz der Technologie ermöglicht, indem bei der Anwendung des entwickelten Modells neue Vorteile Additiver Fertigung identifiziert und schließlich nutzbar gemacht werden können. Die Anwendbarkeit des Modells in einem frühen Stadium - auch ohne genaue Daten - ermöglicht es Anwendern, sich bei ihren Bemühungen auf erfolgversprechende Anwendungsfälle zu konzentrieren und damit Ressourcen effizienter einzusetzen.
In diesem Whitepaper stellen wir Ihnen die Technologie Process-Mining vor und zeigen auf, welche enormen Potenziale in ihrer Anwendung liegen. Auch mit einer neuen Technologie ist jedoch ohne kompetente Anwendung
kein Erfolg erzielbar. Unser vorliegendes Whitepaper soll Ihnen dazu verhelfen, zu erkennen, welche Hürden Sie überwinden müssen, um das Potenzial von Process-Mining für sich zu heben, und wie wir vom FIR an der RWTH Aachen Ihnen bei der Umsetzung helfen können.
Systematisation Approach
(2023)
Current megatrends such as globalisation and digitalisation are increasing complexity, making systems for well-founded and short-term decision support indispensable. A necessary condition for reliable decision-making is high data quality. In practice, it is repeatedly shown that data quality is insufficient, especially in master and transaction data. Moreover, upcoming approaches for data-based decisions consistently raise the required level of data quality. Hence, the importance of handling insufficient data quality is currently and will remain elementary. Since the literature does not systematically consider the possibilities in the case of insufficient data quality, this paper presents a general model and systematic approach for handling those cases in real-world scenarios. The model developed here presents the various possibilities of handling insufficient data quality in a process-based approach as a framework for decision support. The individual aspects of the model are examined in more detail along the process chain from data acquisition to final data processing. Subsequently, the systematic approach is applied and contextualised for production planning and supply chain event management, respectively. Due to their general validity, the results enable companies to manage insufficient data quality systematically.
Nachhaltiges Wirtschaften und verantwortungsvoller Umgang mit Ressourcen und Umwelt haben in der deutschen Gesellschaft einen hohen Stellenwert erlangt. Durch eine bessere Produktrückverfolgung und höhere Transparenz in Supply-Chains wird ressourcenschonendere Wertschöpfung ermöglicht. Zusätzlich fordern Kunden eine Einsicht in die Lieferkette und wollen über Produktion und Herkunft der Produkte informiert werden. Die Blockchain als verteilte Datenbank mit außerordentlicher Datensicherheit, Verfügbarkeit von Informationen in Echtzeit im gesamten Netzwerk und hoher Verlässlichkeit bietet dabei die technologische Grundlage, die Transparenz in den Lieferketten zu erhöhen. So können Daten zu Emissionen, Arbeitsbedingungen, Materialherkunft und weiteren Nachhaltigkeitskriterien entlang der Lieferkette aufgenommen und verteilt werden.
Die Anforderungen von Anwendern und Lösungsanbietern an eine Blockchain-Applikation flossen in eine Referenzarchitektur für diese ein. Dabei wurden z. B. die Gestaltung von Schnittstellen, benötigte Daten und Zugangsrichtlinien definiert. Gemeinsam mit dem DIN wurden die Ergebnisse in eine Standardisierung überführt. Anschließend wurden Gestaltungsempfehlungen zur Integration einer Blockchain-Applikation abgeleitet und die Ergebnisse in Unternehmen validiert.
Die Referenzarchitektur dient der erleichterten Entwicklung und Implementierung von Blockchain-Applikationen und damit einer Reduzierung von Kosten, Risiken und Zeitaufwand für KMU. Dem Kunden wird ein besserer Zugang zu Informationen über die Herkunft seiner Produkte ermöglicht, um ökologisch sinnvolle und nachhaltige Kaufentscheidungen treffen zu können.
Heutige Implementierungsprojekte sind davon geprägt, dass nach dem Go-Live keine Prozesse zur Verfügung stehen, die es ermöglichen, dass neue Anforderungen effizient und kostengünstig umgesetzt werden. Dies resultiert in einem sinkenden Nutzen für die Anwender. Erst, wenn das eingesetzte System durch zahlreiche Workarounds und selbst entwickelte Anwendungen nicht mehr handhabbar ist, werden kostenintensive Anpassungs- und Neueinführungsprojekte angestoßen. Ein Ausweg hieraus kann ein konsequent umgeetztes, kontinuierliches und kurzzyklisches Anforderungsmanagement sein, dass Prozesse und eingesetzte IT-Lösungen deckungsgleich hält.
iP4MoVE
(2023)
In dem Projekt ‚iP4MoVE‘ (Intelligente Plattform für E-Mobilität und Vernetzung von Energieinformationen) wurde eine Intelligente, datenbasierte Plattform entwickelt, die es ermöglicht, den E-Mobilitätssektor mit innovativen Energiequartieren zu koppeln.
Die Plattform bildet gemeinsam mit einer kontextbasierten Applikation die Grundlage für die Vermittlung zwischen den Energieinformationen, also dem Energieangebot und der Energienachfrage, sowie dem echtzeitfähigen Austausch zwischen Elektrofahrzeugen und -quartieren bzw. der Verfügbarkeit von Ladestationen innerhalb und außerhalb eines Quartiers. Das Forschungsprojekt stellt einen wichtigen Beitrag zur ökologischen und ökonomischen Gestaltung der Elektromobilität, mit dem Fokus auf den Straßengüterverkehr, und der nachhaltigen Quartiersbildung dar. Es wird dazu beigetragen, dass durch die Integration regenerativer Energiequellen und Speichertechnologien Treibhausgasemissionen reduziert werden. Wichtige Bestandteile dessen sind die Ermittlung des optimalen Elektrifizierungsgrads im Lastverkehr und die Bestimmung des ressourcenoptimalen Einsatzes von Transporten und Logistikketten. Die prototypische Umsetzung des Vorhabens zeigt exemplarisch synergetische Potenziale, insbesondere am Standort NRW, auf und bildet einen Baustein für eine Smarte Mobilität (Mobilität 4.0).
Wenn ein andauernder Wandel auf dem Weg zur Digitalisierung und eine Pandemie zusammenkommen,dann stehen Unternehmen vor großen Herausforderungen. Projekte werden verschoben,Ziele korrigiert, die Existenzsicherung steht wie in vielen Krisen im Vordergrund. Dabei zeigen Studien aus der Finanzkrise, dass Innovatoren diese Phase besser überstanden haben als vergleichbare Unternehmen. Bund und Länder sind derzeit besonders bemüht, die wirtschaftliche Leistungsfähigkeit vor Ort zu stärken und haben neben schon bestehenden Förderprogrammen viele Förderbedingungen verbessert sowie gänzlich neue Programme gestartet. Damit Sie sich schnell einen Überblick über die aktuellen Möglichkeiten verschaffen können, haben wir Ihnen die aus unserer Sicht derzeit interessantesten Programme zusammengestellt und zeigen in kurzen Portraits, wann sich welches Format am besten eignet.
Nachhaltig dank Blockchain
(2021)
Nachhaltiges Wirtschaften und verantwortungsvoller Umgang mit Ressourcen und Umwelt haben in der deutschen Gesellschaft sowie für Unternehmen einen hohen Stellenwert erlangt. Das belegt etwa das 12. Hermes-Barometer von 2020. Um Aussagen zur Nachhaltigkeit von Endprodukten treffen zu können, müssen relevante Informationen über die gesamte Lieferkette aufgenommen und verteilt werden. Dies erfordert Transparenz. Mit der stärkeren Verflechtung der Unternehmen und dem Austausch umfassender, teilweise sensibler Daten, gewinnen aber auch die Themen Datensicherheit und Datenschutz an Relevanz.
Die zunehmende Integration von IT-Systemen erhöht ebenfalls den potenziellen Schaden durch Angriffe. Die technologische Grundlage für die geforderte Transparenz und IT-Sicherheit kann die Blockchain bieten – eine verteilte Datenbank mit außerordentlicher Datensicherheit, Verfügbarkeit von Informationen in Echtzeit im gesamten Netzwerk und hoher Verlässlichkeit. Daten zu Emissionen, Arbeitsbedingungen, Materialherkunft und weiteren Nachhaltigkeitskriterien lassen sich so entlang der Lieferkette aufnehmen und verteilen. Im Forschungsprojekt „ABChain“ untersuchen Wissenschaftler am Forschungszentrum FIR der RWTH Aachen, wie eine Blockchain-Applikation im Supply Chain Management aufgebaut sein muss, um den Anforderungen durch die beteiligten Stakeholder sowie den technologischen Bedingungen der Blockchain-Technologie zu entsprechen.
Gap Analysis for CO2 Accounting Tool by Integrating Enterprise Resource Planning System Information
(2023)
Detailed carbon accounting is the foundation for reducing CO2 emissions in manufacturing companies. However, existing accounting approaches are primarily based on manual data preparation, although manufacturing companies already have a variety of IT systems and resulting data available. The gap analysis carried out based on the GHG Protocol and an reference ERP system shows how much of the required information for CO2 accounting can be integrated from an ERP system. The ERP system can cover 20 % of the required information. The information availability can be increased to 49 % through additionally identified modifications of the ERP system. Integrating the CO2 accounting tool with other systems of the IT landscape, e. g. Energy Information System, enables an additional increase.
Die verarbeitende Industrie in Deutschland steht vor der Transformation von der bisher vorherrschenden ökonomisch orientierten Produktion hin zu einer nachhaltigen Produktion. Durch die Anpassung von Parametern der Produktionsplanung und -steuerung, wie z. B. der Losgröße durch u. a. die Konsolidierung von Transportaufwänden oder geringe Reinigungsaufwände, kann dabei eine nachhaltigere Produktion erreicht werden. Hierfür wurde mittels einer systematischen Methodik ein digitaler Schatten konzeptioniert, der eine nachhaltige Konfiguration von Losgrößen ermöglicht. Dafür erfolgen eine Aggregation von Daten aus verschiedenen Informationssystemen und die Simulation des Verhaltens eines Produktionssystems bei veränderten Losgrößen. Diese ermöglichen eine optimierte Auslegung der Losgröße, basierend auf ökonomischen und ökologischen Zielgrößen.
Dieser Bericht enthält die zentralen Ergebnisse einer Studie des Center Integrated Business Applications im Auftrag der proALPHA Business Solutions GmbH und wurde in Kooperation mit dem FIR e. V. an der RWTH Aachen durchgeführt.
Ziele der Studie:
- Analyse des Marktes von CO2-Management-Software,
- die Bestimmung der Informationsverfügbarkeit zur CO2-Bilanzierung sowie potenzieller Stellschrauben zur CO2-Reduktion mittels Business-Software.
Das FIR an der RWTH Aachen und das Industrie 4.0 Maturity Center untersuchten Anfälligkeiten von Unternehmen gegenüber Krisensituationen: Die Expertise "Wertschöpfungsnetzwerke in Zeiten von Infektionskrisen" nimmst sich die COVID-19-Pandemie als Beispiel (Herausgeber Forschungsbeirat der Plattform Industrie 4.0 / acatech - Deutsche Akademie der Technikwissenschaften). In einer empirischen Fragebogenstudie wurden im Zeitraum von Mitte November 2020 bis Mitte Januar 2021 Unternehmen hinsichtlich der Auswirkungen der COVID-19-Pandemie befragt. Unter anderem sollte die Relevanz und der aktuelle Umsetzungsstand potenzieller Maßnahmen zur Steigerung der Resilienz eingeschätzt werden. An dieser Befragung nahmen vorwiegend produzierende Unternehmen unterschiedlicher Größe und aus verschiedenen Branchen u. a. Maschinen- und Anlagenbau, Automobil-, Konsumgüter- und Metallindustrie teil. Auf Basis dieser Ergebnisse wurden Potenziale und Handlungsoptionen identifiziert, die Unternehmen bei der resilienten Gestaltung ihrer Wertschöpfungsnetzwerke unterstützen können.
Das FIR an der RWTH Aachen und das Industrie 4.0 Maturity
Center untersuchten die Anfälligkeit von Unternehmen
gegenüber Krisensituationen: Die Expertise "Wertschöpfungsnetzwerke
in Zeiten von Infektionskrisen“ nimmt sich die COVID-19-Pandemie als Beispiel (Herausgeber Forschungsbeirat der Plattform Industrie 4.0/acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften). In einer empirischen Fragebogenstudie wurden im Zeitraum von Mitte November 2020 bis Mitte Januar 2021 Unternehmen hinsichtlich der Auswirkungen der COVID-19-Pandemie befragt. Unter anderem sollte die Relevanz
und der aktuellen Umsetzungsstand potenzieller Maßnahmen zur Steigerung der Resilienz eingeschätzt werden. An dieser Befragung nahmen vorwiegend produzierende Unternehmen unterschiedlicher Größe und aus verschiedenen Branchen u. a. Maschinen- und Anlagenbau, Automobil-, Konsumgüter- und Metallindustrie teil. Auf Basis dieser Ergebnisse wurden Potenziale und Handlungsoptionen identifiziert, die Unternehmen bei der resilienten Gestaltung ihrer Wertschöpfungsnetzwerke unterstützen können.
Das FIR an der RWTH Aachen und das Industrie 4.0 Maturity Center untersuchten die Anfälligkeit von Unternehmen gegenüber Krisensituationen: Die Expertise „Wertschöpfungsnetzwerke in Zeiten von Infektionskrisen“ nimmt sich die COVID-19-Pandemie als Beispiel (Herausgeber Forschungsbeirat der Plattform Industrie 4.0/acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften). In einer empirischen Fragebogenstudie wurden im Zeitraum von Mitte November 2020 bis Mitte Januar 2021 Unternehmen hinsichtlich der Auswirkungen der COVID-19-Pandemie befragt. Unter anderem sollte die Relevanz und der aktuellen Umsetzungsstand potenzieller Maßnahmen zur Steigerung der Resilienz eingeschätzt werden. An dieser Befragung nahmen vorwiegend produzierende Unternehmen unterschiedlicher Größe und aus verschiedenen Branchen u. a.
Maschinen- und Anlagenbau, Automobil-, Konsumgüter- und Metallindustrie teil. Auf Basis dieser Ergebnisse wurden Potenziale und Handlungsoptionen identifiziert, die Unternehmen bei der resilienten Gestaltung ihrer Wertschöpfungsnetzwerke unterstützen können.
Recent developments have demonstrated the challenges and impacts of disruptions in supply chains. Current disruptions especially affected procurement and have indicated a lack of resilience. Resilience aims at being prepared, decreasing the impact, and enabling fast reactions and adaption in case of disruptions. The systematic design of resilience in procurement is significantly influenced by proactive and strategic actions before disruptions occur. Thus, the procurement strategy plays a major role when increasing resilience. The procurement strategy is influenced by various factors. Thus, a data-based approach for its systematic design is required. Based on the vision of the Internet of Production (IoP), this paper presents a data-based approach for designing procurement strategies. The IoP is a framework that enables cross-domain collaboration by providing semantically adequate and contextual data from production, development, and usage in real-time at an appropriate granularity. The paper aims at analyzing the state of the art regarding the design of procurement strategy in uncertain environments and the identification of success-critical purchased articles. Based on this, an approach is developed that is structured along the action research cycle and uses CRISP-DM to further detail the different steps. Through the use of these frameworks, both practical applicability and objective evaluation are ensured. The proposed approach thus allows the systematic evaluation of purchased articles regarding supply risks and lies the foundation for the adaption of the procurement strategy. The resulting approach is the foundation for future practical application of different use cases. As one central use case for the presented approach, the paper introduces the textile industry and its supply chains.
The environment in which companies operate is increasingly volatile and complex. This results in an increased exposure to disruptions. Past disruptions have especially affected procurement. Thus, companies need to prepare for disruptions. The preparedness for disruptions in the context of procurement is significantly influenced by the design of the procurement strategy. However, a high number of purchased articles and a variety of influencing factors lead to high complexity in procurement. The systematic design of the procurement strategy should therefore take into account the criticality of the purchased articles. This enables to focus on the purchased articles that have a high impact on the disruption preparedness. Existing approaches regarding the design of the procurement strategy in uncertain environments either lack practical applicability and objective evaluation or focus on the criticality of raw materials rather than of purchased articles. Therefore, a data-based approach for the systematic design of the procurement strategy in the context of the Internet of Production has been proposed. One central aspect of this approach is the identification of success-critical purchased articles. Thus, this paper proposes a framework for characterizing purchased articles regarding supply risks by combining two systematic analyses. First, a systematic literature review is performed to answer the question of what factors can be used to describe the supply risks of purchased articles. The results are analyzed regarding sources and impacts of risks and thus contribute to a structured characterization of supply risks. Second, existing criticality assessment approaches for raw materials are analyzed to identify categories and indicators that describe purchased articles. The results of both reviews provide the basis for linking product characteristics with supply risks and assessing product criticality which will be integrated into an app prototype.