Abstract
Die Siemens AG in Karlsruhe stellt sich den aktuellen Herausforderungen einer steigenden Produktkomplexität bei höherer Variantenvielfalt mit reduzierter Losgröße und kürzeren Produktlebenszyklen. Für die Umstrukturierung ihres Fertigungssystems zu einer „Matrixproduktion im Fluss“ wurde ein Vorgehensmodell zur Neuplanung und Umstrukturierung entworfen, welches als Leitfaden hierfür dienen soll. Unterstützt durch den Digitalen Zwilling und Simulationsstudien zeigt sich eine optimierte Modulkonfiguration für eine hochflexible Fertigung mit fahrerlosen Transportfahrzeugen. Herausforderungen wie die komplexe Fertigungssteuerung können im Lebenszyklus durch den ganzheitlichen Digitalen Zwilling unterstützt werden.
Abstract
Siemens AG in Karlsruhe is facing the current challenges of increasing product complexity with a higher number of variants, reduced batch sizes and shorter product life cycles. In order to restructure their manufacturing system towards a „matrix production in flow“, a process model for replanning and restructuring was designed to serve as a guideline. Supported by the digital twin and simulation studies, an optimized module configuration towards a highly flexible manufacturing with driverless transport vehicles is shown. Challenges such as complex production control can be supported by the digital twin.
Hinweis
Bei diesem Beitrag handelt es sich um einen von den Mitgliedern des ZWF-Advisory Board wissenschaftlich begutachteten Fachaufsatz (Peer-Review).
About the authors
Dipl.-Ing. Manfred Kirchberger studierte Fertigungstechnik an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU). Seit 1995 arbeitet er bei der Siemens AG in verschiedenen Bereichen und ist aktuell Werksleiter am Standort Karlsruhe sowie Leiter Global Manufacturing Excellence im Werksverbund.
Madeleine Heeger, M. Sc., studierte Wirtschaftsingenieurwesen am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) mit Schwerpunkt Produktion und Logistik und fertigte ihre Masterarbeit im Themenbereich Digitaler Zwilling bei der Siemens AG an.
Alper Altay, M. Sc., studierte Maschinenbau am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) mit Schwerpunkt Integrierte Produktentwicklung und Mechatronik und erarbeitete seine Masterarbeit bei der Siemens AG im Bereich der technischen und wirtschaftlichen Feinplanung von Matrixproduktionssystemen.
Dr.-Ing. Christoph Liebrecht studierte Wirtschaftsingenieurwesen am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Im Jahr 2020 promovierte er am wbk Institut für Produktionstechnik und arbeitet seit 2020 bei der Siemens AG in Karlsruhe.
Leonard Overbeck, M. Sc., studierte Wirtschaftsingenieurwesen am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und forscht als Wissenschaftlicher Mitarbeiter am wbk Institut für Produktionstechnik in Karlsruhe in der Arbeitsgruppe Produktionssystemplanung.
Magnus Kandler, M. Sc., studierte Wirtschaftsingenieurwesen am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und arbeitet als Wissenschaftlicher Mitarbeiter am wbk Institut für Produktionstechnik des KIT. Seine Arbeitsschwerpunkte liegen im Bereich Produktionssystemplanung.
Prof. Dr.-Ing. Gisela Lanza studierte Wirtschaftsingenieurwesen am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und arbeitete im Anschluss als Akademische Mitarbeiterin am wbk Institut für Produktionstechnik in Karlsruhe. Seit 2003 leitet sie den Bereich Produktionssysteme am wbk Institut für Produktionstechnik des KIT.
Christian Voigt, M. Sc., studierte International Production Engineering and Management an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) und arbeitet als Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS) im Forschungsbereich Elektronikproduktion.
Prof. Dr.-Ing. Jörg Franke promovierte im Bereich räumliche Schaltungsträger im Jahr 1995 an der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) und ist seit 2009 Leiter des Lehrstuhls für Fertigungsautomatisierung und Produktionssystematik (FAPS) der FAU.
Literatur
1 Lanza, G.; Nyhuis, P.; Fisel, J.; Jacob, A.; Nielsen, L.; Schmidt, M.; Stricker, N.: Wandlungsfähige, menschzentrierte Strukturen in Fabriken und Netzwerken der Industrie 4.0 (acatech STUDIE). Herbert Utz Verlag, München 2018Search in Google Scholar
2 N. N.: Fabrik des Jahres, Gewinner 2021. Online unter www.fabrik-des-jahres.de/ [Zugriff am 21.12.2021]Search in Google Scholar
3 Gartner Inc.: 5 Trends Emerge in the Gartner Hype Cycle for Emerging Technologies, 2018. Online unter www.gartner.com/smarterwithgartner/5-trends-emerge-ingartner-hype-cycle-for-emerging-technologies-2018[Zugriff am 22.12.2021]Search in Google Scholar
4 Geissbauer, R.; Schrauf, S.; Berttram, P.; Cheraghi, F.: Digital Factories 2020: Shaping the future of manufacturing. PwC, München 2017Search in Google Scholar
5 Dyckhoff, H.; Spengler, T. S.: Produktionswirtschaft: Eine Einführung für Wirtschaftsingenieure. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg 2010, S. 25–2810.1007/978-3-642-13684-9Search in Google Scholar
6 Kellner, F.; Lienland, B.; Lukesch, B.: Produktionswirtschaft: Planung, Steuerung und Industrie 4.0. Springer-Gabler-Verlag, Berlin, Heidelberg 2018, S. 72–78 DOI: 10.1007/978-3-662-54341-210.1007/978-3-662-54341-2Search in Google Scholar
7 Schuh, G.; Schmidt, C.: Prozesse. In: Schuh, G.; Schmidt, C. (Hrsg.): Produktionsplanung und -steuerung. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg 2006, S. 108–194 DOI: 10.1007/3-540-33855-1_510.1007/3-540-33855-1_5Search in Google Scholar
8 Greschke, P.; Schönemann, M.; Thiede, S.; Herrmann, C.: Matrix Structures for High Volumes and Flexibility in Production Systems. In: Proceedings of the 47th CIRP Conference on Manufacturing Systems. Windsor 2014, S. 160–165 DOI: 10.1016/j.procir.2014.02.04010.1016/j.procir.2014.02.040Search in Google Scholar
9 Göppert, M. R.; Hüttemann, G.; Jung, S.; Grunert, D.; Schmitt, R. H.: Frei verkettete Montagesysteme: Ein Ausblick. ZWF 113 (2018) 3, S. 151–155 DOI: 10.3139/104.11188910.3139/104.111889Search in Google Scholar
10 REFA (Hrsg.): Methodenlehre der Betriebsorganisation: Planung und Gestaltung komplexer Produktionssysteme. Carl Hanser Verlag, München 1990Search in Google Scholar
11 Schönemann, M.; Herrmann, C.; Greschke, P.; Thiede, S.: Simulation of Matrix-structured Manufacturing Systems. Journal of Manufacturing Systems 37 (2015) 1, S. 104–112 DOI: 10.1016/j.jmsy.2015.09.00210.1016/j.jmsy.2015.09.002Search in Google Scholar
12 Greschke, P.: Matrix-Produktion: Konzept einer taktunabhängigen Fließfertigung. Dissertation, TU Braunschweig, 2016Search in Google Scholar
13 Gutenschwager, K.; Rabe, M.; Spieckermann, S.; Wenzel, S.: Simulation in Produktion und Logistik: Grundlagen und Anwendungen. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg 2017, S. 141–218 DOI: 10.1007/978-3-662-55745-7_510.1007/978-3-662-55745-7_5Search in Google Scholar
14 Grieves, M.: Digital Twin: Manufacturing Excellence through Virtual Factory Replication (Whitepaper). Florida 2015, S. 1–7Search in Google Scholar
15 Cimino, C.; Negri, E.; Fumagalli, L.: Review of Digital Twin Applications in Manufacturing. Computers in Industry 113 (2019), 103130 DOI: 10.1016/j.compind.2019.10313010.1016/j.compind.2019.103130Search in Google Scholar
16 Büth, L.; Broderius, N.; Herrmann, C.; Thiede, S.: Introducing Agent-based Simulation of Manufacturing Systems to Industrial Discrete-event Simulation Tools. In: Proceedings of the IEEE 15th International Conference on Industrial Informatics (INDIN). Emden 2017, S. 141–1146 DOI: 10.1109/INDIN.2017.810493410.1109/INDIN.2017.8104934Search in Google Scholar
17 Bochmann, L. S.: Entwicklung und Bewertung eines flexiblen und dezentral gesteuerten Fertigungssystems für variantenreiche Produkte. Dissertation, ETH Zürich, 2018, S. 92–159Search in Google Scholar
18 Verein Deutscher Ingenieure e. V. (Hrsg.): VDI-Richtlinie: VDI 5200 – Fabrikplanung; Planungsvorgehen (Blatt 1). Beuth Verlag, Berlin 2011Search in Google Scholar
19 Overbeck, L.; Le Louarn, A.; Brützel, O.; Stricker, N.; Lanza, G.: Continuous Validation and Updating for High Accuracy of Digital Twins of Production Systems. Simulation in Produktion und Logistik (2021), S. 609–617Search in Google Scholar
20 Selmaier, A.; Donhauser, T.; Lechler, T.; Zeitler, J.; Franke, J.: Simulationsgestützte Produktionsplanung flexibler Fertigungssysteme: Konzeptionierung einer Materialflusssimulation mittels Echtzeitdaten für die flexible Serienfertigung. wt Werkstatttechnik online 109 (2019) 4, S. 240–247 DOI: 10.37544/1436-4980-2019-04-4010.37544/1436-4980-2019-04-40Search in Google Scholar
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