intelliPro

Die Planung von Produktionslinien ist äußerst komplex. Unternehmen müssen hier eine optimale Balance zwischen technisch-physikalischen Eigenschaften ihres Produkts, ihren Prozessen in der Produktion sowie wirtschaftlichen als auch organisatorischen Überlegungen finden. Mit lediglich konventionellen Simulationen ist eine solche Aufgabe nicht vollständig zu schaffen. 

Herausforderungen

Heutige produzierende Unternehmen müssen sich schnell an sich verändernde Nachfragemengen und wechselnde Anforderungen von Kunden anpassen. Die effiziente sowie schnelle Planung von Produktionslinien ist für sie folglich von zentraler Bedeutung.

Die Auslegung von Produktionslinien ist jedoch von hoher Komplexität geprägt: Es müssen Produkteigenschaften, Fähigkeiten von Produktionsprozessen und betriebswirtschaftliche Aspekte und deren Wechselwirkungen berücksichtig werden. Dieser hochkomplexe Vorgang wird aktuell hauptsächlich manuell erledigt, wobei dessen Ergebnisqualität stark vom Erfahrungsschatz und dem Know-how der verantwortlichen Mitarbeiter abhängt. Begleitend werden dazu singuläre, nicht vernetzte Simulationen und Optimierungen durchgeführt.

Potenziale

Eine Optimierung des mehrdimensionalen Gesamtsystems bietet daher großes Potenzial, das durch eine gekoppelte und zeitgleiche Betrachtung aller relevanten Randbedingungen und Ziele gehoben werden kann. Trotz dieses Potenzials fokussieren sich aktuelle Forschungsansätze auf die Optimierung der Teilprobleme. So existieren eine Vielzahl an Optimierungsansätzen für die Montagereihenfolgeplanung, die Betriebsmittelplanung und die Layoutplanung. Eine kombinierte Betrachtung der Problemstellungen findet nur sehr begrenzt statt.

Um die ökonomischen Potenziale einer Gesamtoptimierung auszuschöpfen, wird im Förderprojekt KI-basiertes Entscheidungsunterstützungssystem zur intelligenten Produktionslinienplanung (intelliPro) ein Entscheidungsunterstützungssystem (EUS) zur gesamtheitlichen Planung einer Produktionslinie entwickelt, welches die Themen der Werksauswahl, der Montagereihenfolgeplanung und des Linienlayouts inklusive der Betrachtung der Werker beinhaltet. Das Konzept wird dabei am Beispiel einer Produktion für Pkw-Abgasanlagen beschrieben.

Um die Komplexität des Forschungsvorhabens beherrschbar zu machen, wurde es in fünf thematische Module gegliedert:

• Werk
• Produkt
• Maschinen und Produktionslinie
• Vorrichtungen
• Entscheidungsunterstützung

Zusätzlich wurden noch zwei Hilfsmodule definiert, welche den anderen Modulen die benötigten Daten zur Verfügung stellen und deren Koordination übernehmen.

Werksmodul

Im Werksmodul, das von der Technischen Hochschule Augsburg entwickelt wird, findet eine Auswahl potentieller Werke für die zu planende Linie statt. Bei der Selektion werden unter anderem folgende Kriterien herangezogen:

• Logistikanforderungen

• Technologische Spezialisierung der Werke

• CO₂-Footprint

• Kostenstruktur der Werke

• Verfügbarer Platz innerhalb der Werke

Produktmodul

Der Lehrstuhl für Umformtechnik und Gießereiwesen der Technischen Universität München beschäftigt sich mit der Modellierung der Produktionsprozesse und deren Wechselwirkungen mit den Produkteigenschaften. Hierbei wird auf eine graphenbasierte Beschreibung der Prozessschritte und des Produkts gesetzt, um mögliche Montagereihenfolgen zu generieren.

Maschinen- und Linienmodul

Die Planung und Optimerung der Produktionslinie im Maschinen- und Linienmodul übernimmt die Technische Hochschule Augsburg.

Hierfür müssen vier Teilprobleme gelöst werden:

• Auswahl der Maschinen (Schweißzellen)

• Anordnung der Maschinen in der Produktionshalle

• Auswahl einer Montagereihenfolge und Aufteilung auf die Maschinen

• Zuordnung der Mitarbeitenden zur Bedienung der Maschinen

Die Teilprobleme werden zusammen durch einen genetischen Algorithmus optimiert. Die Zielgrößen dieser Optimierung sind unter anderem:

• geringe Investitionskosten

• geringe Betriebskosten

• geringer CO₂-Ausstoß

Zur Einhaltung der technischen und ergonomischen Randbedingen sowie zur Berechnung der Zielgrößen werden digitale Zwillinge der Schweißprozesse und der Maschinen verwendet.

Vorrichtungsmodul

Die Beschreibung und Selektion der Werkzeuge und Vorrichtungen für die durchzuführenden Produktionsprozesse übernimmt der Industriepartner Faurecia Clean Mobility. Neben der Auswahl optimiert das Vorrichtungsmodul auch die Lage der Bauteile auf den Vorrichtungen und Maschinen zur Gewährleistung der Schweißbarkeit.

Modul zur Entscheidungsunterstützung

Der Institutsteil Wirtschaftsinformatik des Fraunhofer Instituts für Angewandte Informationstechnik arbeitet zusammen mit Faurecia Clean Mobility an intuitiven Darstellungsformen der durch die Optimierung generierten Produktionslinienlayouts. Der Fokus liegt hierbei auf einer einfachen Möglichkeit zum Vergleich aller wichtigen Zielgrößen von verschiedenen Linienalternativen und auf der Nachvollziehbarkeit des Lösungsfindungsprozesses, um eine hohe Akzeptanz bei den Endanwendern zu gewährleisten.

Beteiligte Unternehmen und Forschungseinrichtungen:

• Institutsteil Wirtschaftsinformatik des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Informationstechnik (FIT)
• TTZ Data Analytics der Hochschule Augsburg
• Rational Technical Services
• WashTec Cleaning Technology
• ITQ