Verbundprojekt plawamo

Verbundprojekt plawamo: Planung, Gestaltung und Betrieb wandlungsfähiger Montagesysteme

Planung, Gestaltung und Betrieb wandlungsfähiger Montagesysteme ist es kleine und mittlere Unternehmen in die Lage zu versetzen manuelle und hybride Montagesysteme wandlungsfähig zu gestalten und zu betreiben. Dieser Zielgruppe fehlt eine durchgängige, einfach anwendbare Planungssystematik zur Auswahl der am Markt in großer Anzahl und Vielfalt verfügbaren Montagesysteme. Dies führt dazu, dass kleine und mittlere Unternehmen häufig auf ihnen bekannte Montagesysteme zurückgreifen bzw. bei geänderten Rahmenbedingungen - wenn ein Wandel des Montagesystems auch wirtschaftlich wäre - nur geringe oder gar keine Änderungen an Montagesystemen, -technik oder an den Organisationsstrukturen vornehmen.

Die wesentlichen Handlungsfelder der Wandlungsfähigkeit von Montagesystemen werden in plawamo interdisziplinär bearbeitet. Die Unternehmen sind zu befähigen den notwendigen Wandel frühzeitig zu erkennen, die erforderliche Wirtschaftlichkeit auf Basis von Szenarien und Prognosewerten zu berechnen sowie den Wandel in Montagesystemen und –technik mit einer geeigneten Organisation umzusetzen.

Zur Erreichung dieser Zielsetzung werden die Wandlungstreiber in den Unternehmen mit Auswirkungen auf die Montagesysteme analysiert. Die speziell auf manuelle und hybride Montagen ausgerichteten Ergebnisse dieser Arbeiten sind einfache Werkzeuge zur Ermittlung und Bewertung von Wandlungsbedarf und -fähigkeit, prototypisch realisierte austauschbare Montageprozesse, sowie einfache Werkzeuge zur Unterstützung des Wandels, wobei dezentrale Handlungskompetenzen zur Umsetzung des Wandels gestärkt werden sollen.

Die erarbeiteten Ergebnisse sollen über die beiden beteiligten Montagesystemausrüster in die mittelständische Montageindustrie getragen werden. Ergänzend ist ein Partner beteiligt, der die Planungsmethoden und -instrumente hinsichtlich Wandel von Montagesystemen vermarktet. Der Transfer der Forschungsergebnisse wird durch Veröffentlichungen, Seminare, Arbeitskreise und umfangreiche Materialien, die im Internet bereitgestellt werden, stattfinden. Die prototypische Realisierung wird in der Modellfabrik des IAO vorgeführt, die pro Jahr von ca. 2.000 interessierten Personen besucht wird.

Planung, Gestaltung und Betrieb wandlungsfähiger Montagesysteme

Ziel des Verbundvorhabens „Planung, Gestaltung und Betrieb wandlungsfähiger Montagesysteme“ (plawamo) ist die Steigerung der Wandlungsfähigkeit von manuellen und hybriden Montagen in KMU. Mit den folgenden Entwicklungen sollen die Betreiber von manuellen und hybriden Montagen – mit ihren vielfältigen Montagesystem-Strukturen – zum Wandel befähigt werden:

 

  • einfache Verfahren zur Ermittlung des Wandlungsbedarfes,
  • einfache Verfahren zur Bewertung der Wandlungsfähigkeit bei manuellen und hybriden Montagesystem-Strukturen und zum Kosten-Nutzen-Aspekt der Wandlungsfähigkeit,
  • Methoden zur schnellen Auswahl der für die gewandelte Situation optimal passenden Montagesystem-Technik und –Strukturen,
  • Definition von modularer, wandlungsfähiger Technik und Systemen in Montage und Logistik, die
    • den Wandel von manuellen bis zu hybrid automatisierten System-Lösungen ermöglichen
    • den Wechsel von Montageprozessen zwischen verschiedenen Montagesystem-Strukturen ermöglichen und
    • die den Stückzahlbereich von geringen bis hohe Stückzahlen abdecken,
  • Vorgehensweisen und Organisationsstrukturen zur schnellen und effizienten Umsetzung des Wandels.
  • Aufbau der Handlungskompetenz der Mitarbeiter, so dass ein schneller und effizienter Wandel selbständig bewältigt werden kann.

„plawamo“ reduziert das Investitionsrisiko, da bei unsicheren Stückzahlprognosen mit niedrigen Investitionen begonnen wird und bei zunehmenden Stückzahlen auf investitionsintensivere hybride Systemlösungen gewandelt werden kann. Hierdurch wird die Wettbewerbsfähigkeit gerade von KMU durch das Erzielen von Kosten- und Zeitvorteilen gesteigert.

plawamo - Arbeitspakete

Arbeitspaketstruktur „plawamo“

Arbeitspaketstruktur „plawamo“

Zur Erreichung der genannten Ziele und Ergebnisse in „plawamo“ sind Forschungsarbeiten in nachfolgend beschriebenen Themenfeldern notwendig.

In „plawamo“ sind die in der Abbildung dargestellten Arbeitspakete zu bearbeiten. Projektschwerpunkt bilden die Arbeitspakete 2 und 3, in denen die Montagetechnik und die Montagesystemstrukturen wandlungsfähig gestaltet werden:

 

  • AP 2: Gestaltung wandlungsfähiger Montagetechnik und
  • AP 3: Gestaltung wandlungsfähiger Montagesystem-Strukturen.

 

Die Planung und Bewertung der Wandlungsfähigkeit von Montagesystemen wird in folgenden Arbeitspaketen bearbeitet:

 

  • AP 1: Analyse und Bewertung der Wandlungsfähigkeit und
  • AP 7: Planungssystematik für wandlungsfähige Montagesysteme.

 

Zum reibungslosen Betrieb wandlungsfähiger Montagesysteme sind die nachfolgend aufgelisteten Arbeitspakete zu bearbeiten:

 

  • AP 4: Logistik für wandlungsfähige Montagesysteme,
  • AP 5: Planungs- und Steuerungssysteme für wandlungsfähige Montagesysteme und
  • AP 6: Wandlungsfähige Organisations- und Personalentwicklung.

 

Querschnittsthemen, die zur Unterstützung der Realisierung, zur Verallgemeinerung und Verbreitung der gewonnenen Erkenntnisse sowie zur Projektkoordination notwendig sind, werden in den folgenden Arbeitspaketen behandelt:

 

  • AP 8: Projektbegleitende Evaluation und Öffentlichkeitsarbeit sowie
  • AP 9: Projektkoordination.

Arbeitspaket 1: Analyse und Bewertung der Wandlungsfähigkeit

Analyse und Bewertung der Wandlungsfähigkeit

Analyse und Bewertung der Wandlungsfähigkeit

In Arbeitspaket 1 wird bei den Anwenderfirmen eine Analyse ihrer aktuellen Wandlungsfähigkeit vorgenommen. Weiterhin werden Wandlungstreiber identifiziert und typische Wandlungsszenarien ermittelt und beschrieben. Anhand dieser Wandlungsszenarien erfolgt eine ganzheitliche Bewertung der Wandlungsfähigkeit. Abschließend werden sowohl Technologien und Betriebsmittel als auch Montagesystem-Strukturen hinsichtlich ihrer Kosten-Nutzen-Zusammenhänge und Wirtschaftlichkeit beurteilt.

Arbeitpaket 2: Gestaltung wandlungsfähiger Montagetechnik

Gestaltung wandlungsfähiger Montagetechnik

Gestaltung wandlungsfähiger Montagetechnik

Die Gestaltung wandlungsfähiger Montagetechnik ist Inhalt des Arbeitspakets 2 und berücksichtigt die Ebenen Montageprozess und Betriebsmittel. Die Modularisierung von Prozessen und Betriebsmitteln ist die Basis für die Veränderungsfähigkeit wandlungsfähiger Montagetechnik und damit für die Möglichkeit unterschiedliche Montagesystem-Strukturen mit der eingesetzten Montagetechnik realisieren zu können. Neben einem Konzept für die Modularisierung und Beschreibung wird ein skalierbares Schnittstellenkonzept zur Sicherstellung der Kompatibilität der Prozessmodule auf der Basis einer detaillierten Anforderungsanalyse erarbeitet. Ein besonderer Schwerpunkt liegt hierbei auf hybriden Arbeitsstationen. Zudem wird die Anbindung an übergeordnete Systeme zur Auftragssteuerung und Betriebsdatenerfassung (MES[1], PPS[2], ERP[3]) so gestaltet, dass eine einfache zentral gesteuerte Rekonfiguration der Module möglich ist. Abschließend werden Richtlinien und Regeln erarbeitet, die beschreiben, wie Prozessmodule und Betriebsmittel zu gestalten sind. Diese ermöglichen zusammen mit einer Best-Practice-Bibliothek den Wissenstransfer zu Projektpartnern und Anwendern.

[1] Manufacturing Execution System

[2] Produktionsplanung und -steuerung

[3] Enterprise Resource Planning

Arbeitspaket 3: Gestaltung wandlungsfähiger Montagesystem-Strukturen

Gestaltung wandlungsfähiger Montagesystem-Strukturen

Gestaltung wandlungsfähiger Montagesystem-Strukturen

Die Anforderungen der Wandlungstreiber aus AP 1 können mit einem Wandel innerhalb der Montagesystem-Struktur von Montagetechnik und Automatisierungsgrad  (Arbeitspaket 2) bzw. mit einem Wandel der Struktur beantwortet werden.

 

Die Definition und Gestaltung von wandlungsfähigen Montagesystem-Strukturen erfolgt in zwei Gestaltungsebenen: In der ersten Ebene erfolgt der Wandel innerhalb einer gegebene Montagestruktur z.B. mit dem Automatisierungsrad oder der Anzahl Arbeitsplätze und –systeme. In der zweiten Ebene erfolgt ein Wandel zwischen zwei unterschiedlichen Montagesystem-Strukturen.

Der Wechsel kann dabei auch nur teilweise erfolgen bzw. es kann sich eine Mischung von verschiedenen Montagesystem-Strukturen als Lösung ergeben. So z.B. wenn ein hybrider Engpass-Montageprozess bei Stückzahlsteigerung aus einer U-Linie rausgelöst und als höher auslastbarer Einzel-Arbeitsplatz gestaltet wird. Aus wirtschaftlichen Gründen (Investitionsbedarf) müssen die Montageprozesse bzw. die Montagetechnik von einer Struktur in eine andere Struktur mit wechseln können.

Arbeitspaket 4: Logistik für wandlungsfähige Montagesysteme

Logistik für wandlungsfähige Montagesysteme

Logistik für wandlungsfähige Montagesysteme

Betrachtungsfokus für eine den wandlungsfähigen Montagesystemen adäquate Logistik sind die Schnittstellen der Arbeitsplätze und der Montagesysteme, also die interne Logistik im Montagesystem und die Versorgung der Montagesysteme.

Bisher müssen bei einem Wechsel der Montagesystem-Struktur sowohl Behältersysteme als auch Materialbereitstellungssysteme angepasst und überarbeitet werden, was einen Planungsprozess, damit Zeitaufwand und häufig auch Invest bedeutet. Für unterschiedliche Montagesystem-Strukturen sollen Vorgehensweisen und Realisierungen für manuelle oder automatische Transportmodule und für Materialbereitstellungsmodule mit standardisierten Logistikschnittstellen entwickelt werden, wobei die Austauschbarkeit des Konzeptes über Systemgrenzen hinaus im Vordergrund der Entwicklung steht.

Arbeitspaket 5: Planungs- und Steuerungssysteme für den Betrieb wandlungsfähiger Montagesysteme

Planungs- und Steuerungssysteme für den Betrieb wandlungsfähiger Montagesysteme

Planungs- und Steuerungssysteme für den Betrieb wandlungsfähiger Montagesysteme

Wandlungsmanöver für Montagesysteme sind schnell, kontinuierlich und unter intensiver Beteiligung der Mitarbeiter auszuführen. Dabei sollen vorab geplante Wandlungsszenarien durch die operativen Mitarbeiter direkt ausgeführt werden können. Begleitend zum Betrieb wandlungsfähiger Montagesysteme findet somit ein selbstverantwortlicher und kontinuierlicher Wandlungsprozess statt. Beide, die Betriebsprozesse und die Wandlungsprozesse, stehen in enger Wechselwirkung.

 

Die Montagesysteme sind kapazitiv und logistisch auf einen Betriebskorridor ausgelegt, innerhalb dessen sie wirtschaftlich, effizient und zuverlässig genutzt werden können. Der Betriebskorridor drückt sich üblicherweise in Unter- und Obergrenzen für Stückzahlen, Nutzungszeiten, Personalbedarf und Variantenspektrum eines Montagesystems aus. Beispielsweise ergibt sich für ein Montagesystem bei definierter Struktur und Technik sowie einer vorhandenen Personalausstattung und festgelegten Nutzungszeiten eine maximal mögliche Produktstückzahl, die zuverlässig und termingerecht montierbar ist. Unter identischen Voraussetzungen ist ebenfalls eine minimale Stückzahlauslastung erforderlich um das Montagesystem wirtschaftlich zu betreiben. Nähert sich nun der Betriebszustand eines Montagesystems den Grenzen des definierten Betriebskorridors liegt ein Wandlungsbedarf vor, der Wandlungsprozess ist anzustoßen. Der selbstverantwortliche Wandel von Montagesystemen und -technik durch die Mitarbeiter orientiert sich an definierten Betriebskorridoren für alle relevanten materiellen und personellen Betriebsressourcen wie Material, Aufträge, Anlagen- und Personalkapazitäten. Wandlungsindikatoren auf den Ressourcen zeigen Betriebszustände an, die eine Wandlung erfordern.

In Arbeitspaket 5 wird ein Online-Wandlungscockpit entwickelt, das als „Frühwarnsystem“ für selbstverantwortliche und nachhaltige Wandlungsprozesse dient und Wandlungsbedarfe anzeigt. Die Durchführung der Wandlungsmanöver erfolgt dann entsprechend der Planungssystematik, vgl. AP 7, die an dieser Stelle aufsetzt. Voraussetzung des Wandlungscockpits ist eine informationstechnische Abbildung der Montagesysteme, Ressourcen und Logistik in betrieblichen Informationssystemen („ERP/PPS“) als Datenquelle für ein Monitoring der Betriebszustände und der Betriebskorridore. In der Umkehrung müssen Wandlungsschritte, die Änderungen der Montagesysteme, der Ressourcenausstattung und der Logistik vornehmen, in den betrieblichen Informationssystemen zeitnah nachvollzogen werden.

Arbeitspaket 6: Wandlungsfähige Organisations- und Personalentwicklung

Wandlungsfähige Organisations- und Personalentwicklung

Wandlungsfähige Organisations- und Personalentwicklung

Wandlungsfähige Montagesysteme benötigen eine integrierte Organisations- & Personalentwicklung, da auf rasch wechselnde und schwer vorhersehbare Anforderungen mit einem höheren und breiteren Leistungsspektrum kurzfristig reagiert werden muss. Neben flexiblen Technologien und Strukturen werden zunehmend Fähigkeiten von Mitarbeitern und Führungskräften benötigt, unter sich verändernden Bedingungen selbständig zu entscheiden und zu handeln. In AP 6 werden die zwei Gestaltungsebenen „Gestaltung der Organisationsstruktur und der Arbeitsorganisation“ sowie die „Kompetenzentwicklung der Führungskräfte und Mitarbeiter“ integriert bearbeitet.

Arbeitspaket 7: Planungssystematik für wandlungsfähige Montagesysteme

Planungssystematik für wandlungsfähige Montagesysteme

Planungssystematik für wandlungsfähige Montagesysteme

Herkömmliche Planungen sind typische Projektvorhaben, die häufig nur einmalig und mit großem Aufwand durchgeführt werden. Wandlungsfähige Montagesysteme erfordern eine kontinuierliche Vorgehensweise bei der Wandlungsplanung inkl. Wirtschaftlichkeitsrechnung.

In „plawamo“ wird eine Planungssystematik entwickelt, welche die in der Montageplanung gängige Alternativenbildung und -untersuchung mit den im Projekt zu erforschenden Wandlungsszenarien und neuen Verfahren verknüpft um eine logische, anwendbare Vorgehensweise zu erhalten, die insbesondere die neuen Verfahren der Wandlungsindikatoren (Arbeitspaket 5), den Wandel der Montagetechnik und –systeme (Arbeitspaket 2 und 3) und den sich daraus ergebenden Wandel der Arbeitsorganisation (Arbeitspaket 6) und der Logistik (Arbeitspaket 4) zusammen führt.

Ziel ist eine mit wenig Aufwand durchführbare Vorgehensweise zur kontinuierlichen Ermittlung von Wandlungsbedarf, mit einfacher Kosten-Nutzen-Bewertung (Arbeitspaket 1), die eine strukturierte Realisierung eines schnellen Wandlungsprozesses unterstützt.  

Arbeitspaket 8: Öffentlichkeitsarbeit und projektbegleitende Evaluierung

Öffentlichkeitsarbeit und projektbegleitende Evaluierung

Öffentlichkeitsarbeit und projektbegleitende Evaluierung

Die Ergebnisse des beschriebenen Verbundvorhabens „plawamo“ sollen durch unterschiedliche Maßnahmen über den Verbund der Partnerfirmen hinaus verbreitet werden. Hierzu werden Seminare/Veranstaltungen und ein Industriearbeitskreis für interessierte Unternehmen, die sich ebenfalls mit der wandlungsfähigen Montage befassen wollen angeboten, und so der Transfer der Ideen und Produkte über den Projektverbund hinaus gewährleistet.

Diese Transferaufgabe ist eine kontinuierliche Aufgabe, die ab ca. 1 Jahr nach Projektstart zum Tragen kommt. Zur weiteren Verbreitung der einzelnen Ergebnisse des Verbundvorhabens sei an dieser Stelle auf den Verwertungsplan in diesem Rahmenplan verwiesen.

Den Projektpartnern werden Instrumente zur Verfügung gestellt, die den einzelnen Arbeitsgruppen ein projektbegleitendes Controlling ermöglichen, das in den Plenumssitzungen diskutiert werden kann.

Wesentliche Ergebnisse des Vorhabens

Erwartete Ergebnisse und deren Verwertung

Erwartete Ergebnisse und deren Verwertung

Die Ergebnisse der Vorarbeiten zur Ausschreibung der wandlungsfähigen Montage, sowie die Ergebnisse der Forschungsprojekte aus früheren Bekanntmachungen des BMBF zur Montage wie: 

Die Ergebnisse der Vorarbeiten zur Ausschreibung der wandlungsfähigen Montage, sowie die Ergebnisse der Forschungsprojekte aus früheren Bekanntmachungen des BMBF zur Montage wie Forschungsprojekte aus früheren Bekanntmachungen des BMBF zur Montage wie:

  • HYMOS - gefördert im BMBF-Rahmenkonzept "Produktion 2000" im Themenfeld „Entwicklung hybrider Montagesysteme“ in 1995,
  • MAMOS und PEflex - beide gefördert im BMBF-Rahmenkonzept "Forschung für die Produktion von morgen" im Themenfeld „Beschäftigungsförderliche Rationalisierung“ in 2004 sowie
  • GVP und MUSKIM - beide gefördert im BMBF-Rahmenkonzept "Forschung für die Produktion von morgen" im Themenfeld „Kompetenz Montage“ in 2008

werden aufgegriffen und im Hinblick auf die Anforderungen einer wandlungsfähigen manuellen und hybriden Montage erweitert.

Wesentliche in dem Verbundprojekt angestrebte Ergebnisse sind:

  • Szenarien der Wandlungsanforderungen in manuellen und hybriden Montagestrukturen
  • Ein Baukasten einfacher KMU-orientierter Instrumente zur Ermittlung und Bewertung von Wandlungsbedarf und –fähigkeit
  • Einfache Werkzeuge zur Umsetzung der Prämisse „Wandel als Tagesgeschäft“ (kontinuierliche Planung)
  • Prototypische Realisierungen austauschbarer Montageprozesse
  • Prototypische Realisierungen wandelbarer Montagestrukturen
  • Ein Seminarkonzept zur Entwicklung der Handlungskompetenz der Mitarbeiter im Sinne von „Wandlungsmanövern“
  • Implementierung eines projektbegleitenden Industriearbeitskreis
  • Veranstaltung eines Montageforums im Frühjahr 2012

Zusammenfassend sind in der Abbildung die erwarteten, wesentlichen Ergebnisse des plawamo-Verbundvorhabens dargestellt.

Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften Technische Universität München

Zu dem Themenfeld „Wandlungsfähige Produktionssysteme „ wurde am 30. März 2009 ein Ideenwettbewerb durchgeführt. In zwölf Verbundprojekten werden verschiedene Lösungen zu wandlungsfähigen Produktionssystemen erarbeitet, die produzierenden Unternehmen helfen sollen, ihr Unternehmen rasch an sich wandelnde Umfeldbedingungen anzupassen.

  • Fünf Verbundprojekte entwickeln Lösungen für wandlungsfähige Produktionstechnik.
  • Vier Verbundprojekte untersuchen und optimieren wandlungsfähige Prozesse im Unternehmen.
  • Drei Verbundprojekte befassen sich mit der Optimierung überbetrieblicher Wertschöpfungsketten.
In 12 Verbundforschungs-projekten werden verschiedene Lösungen zu wandlungsfähigen Produktionssystemen erarbeitet!

DyWaMed

Entwicklung eines simulationsgestützten Werkzeugs zur dynamischen Steuerung der Wandlungsfähigkeit integrierter Wertschöpfungsketten in der Medizintechnik

Formäleon

Wandlungsfähige Blechumformung durch Einsatz von Servotechnologie.

ISIWALK

Intelligente Schnittstellen in Wandlungsfähigen Lieferketten.

PLAWAMO

Planung, Gestaltung und Betrieb wandlungsfähiger Montagesysteme.

POWERNET

Planung und Optimierung von wandlungsfähigen globalen Wertschöpfungsnetzwerken - POWer.net

ProAktiW

Produktionssysteme aktiv wandeln.

RePlaMo

Wandlungsfähigkeit durch rekonfigurierbare Plattformkonzepte für die Montage

Vertumnus

Früherkennnen, Messen, Bewerten und Gestalten von Wandel im Wertschöpfungsnetz

WamoPRO

Wandlungsfähigkeit durch modulare Produktionssysteme

WaProTek

Wandlungsförderliche Prozessarchitekturen