Aspektorientierte Datenhaltung in Produktkonfiguratoren: Anforderungen, Konzepte und Realisierung

Seit Mitte des 20. Jahrhunderts äußert sich der weltweite soziokulturelle Prozess der Individualisierung auch im geänderten Konsumverhalten. Dabei sehen sich Unternehmen zunehmend mit dem Wunsch nach kundenindividuellen Produkten zum Preis eines äquivalenten Massenprodukts konfrontiert. Während durch produktionsspezifische Konzepte wie Modularisierung und Baukastenprinzip zwar eine enorme Variantenvielfalt erreicht werden kann, sind zur Beherrschung der damit verbundenen Komplexität jedoch Produktkonfiguratoren als unterstützende IT-Anwendungssysteme notwendig. Diese werden im ersten Teil der vorliegenden Arbeit eingeführt und klassifiziert. Aufgrund des meist webbasierten Einsatzes von Produktkonfiguratoren müssen sie sich auch den Anforderungen der Globalisierung stellen. Dabei wirken sich die regionalen Unterschiede bezüglich Sprache oder Preispolitik nicht nur auf die Nutzeroberfläche aus, sondern haben auch Einfluss auf die Struktur und Speicherung der Produkte. Zur Gewährleistung von Datenunabhängigkeit ist zudem eine generische und orthogonale Integration jener als funktionale Aspekte bezeichneten Dimensionen erstrebenswert. Hierfür werden im zweiten Teil das Paradigma der aspektorientierten Datenhaltung formuliert und Möglichkeiten zur Persistierung analysiert. Im dritten Teil erfolgt der Entwurf eines allgemeinen Referenzmodells für die aspektorientierte Datenhaltung auf Basis des relationalen Datenmodells aufgrund der hohen Praxisrelevanz für Datenbanksysteme. Darüber hinaus findet auch der Vergleich geeigneter Zugriffstechniken für die Auswertung jener Strukturen im Referenzmodell statt. Abschließend wird die Praxistauglichkeit des definierten Modells unter Beweis gestellt. Dazu erfolgt zunächst die Beschreibung einer prototypischen Implementierung der als Anwendungsbibliothek ausgelegten Zugriffsschicht. Deren Bewertung durch einen umfangreichen Performancetest bescheinigt letztlich ein effizientes Laufzeitverhalten

Variantenentwicklung im ZHO-Modell im Kontext der PGE - Produktgenerationsentwicklung – Methode zur Entscheidungsunterstützung bei der Konzeptentwicklung in der Angebotsphase auf Basis abgeleiteter Varianten = Variant Development using the System Triple Approach in the Context of PGE - Product Generation Engineering – Method for Decision Support during Concept Development in the Offering Phase based on Derived Variants

In dieser Arbeit wird eine Methode vorgestellt, die Konstrukteure in der Angebotsphase beim Ableiten, Bewerten und Auswählen kunden- und anbietergerechten Varianten auf Basis von Referenzprodukten eines bestehenden Baukastens unterstützt. Die Verwendung von Referenzprodukten für neue Kundenanfragen gewinnt für automobile Zulieferunternehmen zunehmend an Bedeutung, um innerhalb der geforderten Fristen Angebote erstellen zu können. Die Angebotserstellung wird ferner erschwert durch steigende Variantenvielfalt und zunehmend komplexere Produkte zur Abdeckung immer vielfältigerer Kundenanforderungen. Hinzu kommt, dass vielfach in der Angebotsphase Zielvorgaben variiert werden. Die Variantenentwicklung in der Angebotsphase ist damit ein stark unsicherheitsbehafteter Prozess der häufig hohe Konstruktionsaufwände bedingt, um fallspezifisch zielführende Varianten ableiten, bewerten und auswählen zu können. Die Problem- und Bedarfssituation resultiert aus den Erfahrungen des Autors, der seit mehr als zehn Jahren als Konstrukteur für Ventiltriebkomponenten im Entwick-lungsbereich eines Tier-1-Automobilzulieferers tätig ist. Durch eine Fragebogen-Studie in drei Konstruktionsabteilungen des fallgebenden Zulieferunternehmens sowie durch eine begleitende Konstruktionsdatenanalyse von abgeschlossenen Anfrage- und Serienprojekten wird die Problem- und Bedarfssituation bestätigt. Hieraus ergibt sich der primäre Bedarf, zu einem frühen Zeitpunkt in der Angebotsphase die Konstruktionsaktivitäten auf die zielführenden Varianten fokussieren zu können. Hiermit sollen die nicht zielführenden Aktivitäten minimiert werden, um die Zeitvorgaben des Kunden einhalten und Entwicklungskosten reduzieren zu können. Die Methode wird praxisnah anhand einer detaillierten Produktanalyse zu gebauten Nockenwellensystemen entwickelt und wissenschaftlich auf Grundlage des erweiterten ZHO-Modells beschrieben. Mit den Analyseergebnissen wird die wissenschaftliche Methode verifiziert und im Rahmen eines Softwareprototyps operationalisiert. Mit Hilfe dieses Prototyps wird das Methodenpotential in einer Interview-Studie mit Konstrukteuren evaluiert. Der hieraus resultierende, zentrale Bedarf, die Firmenexpertise bei der Variantenbewertung zu berücksichtigen, wird durch die Einbeziehung der Variationsanteile der PGE - Produktgenerationsentwicklung für die Entscheidungsunterstützung abgedeckt und durch retrospektive Methodenanwendung auf historische Projektdaten zweier angeschlossener Industrieprojekte evaluiert. Die Methode leistet durch die Berücksichtigung der Firmenexpertise einen zentralen Beitrag zur systematischen Variantenbeurteilung. Mit der Methode kann variantenspezifisch Risiko, Aufwand und Potential ermittelt werden. Darüber hinaus lässt sich mit der Entscheidungsunterstützung erkennen, ob die Firmenexpertise für konkret angefragte Produkte ausreicht oder der aktuelle Baukasten erweitert werden muss

Beitrag zur Planung und Optimierung von Fließmontagesystemen unter Berücksichtigung sich ändernder Anforderungen, insbesondere an Prozesszuverlässigkeit, Produktqualität und Flexibilität

In the Mixed-Model-Production different variants can be manufactured on the same flow system in random order and with insignificant setup times (batch size of one). The differentiation of products can be delayed until their assembling and then be executed by starting from a basic model. However, as an interface between costumers and the manufacturing, flow assembly systems should compensate internal (processing time fluctuations, machine breakdowns) and external factors (order fluctuations, changes in sales). Alongside economic effectiveness characteristics such as adherence to delivery dates, flexibility and quality are to be observed. Therefore aspects like redundancy, buffering and the integration of quality stations gain importance for the planning phase of such systems. A literature survey shows that there are mainly deficits of the configuration methods of rework-loops and of planning methods in order to cope with over- and under-capacities.Therefore, a new method for the configuration of rework-loops is developed, in which the cycle time is not calculated based on the annual volume, but on the cycle time of the flow lines associated with them. This method can also be used in the planning of converging and diverging structures.To increase the flexibility, the parallel structure is thoroughly investigated by considering external and internal factors. Subsequently, a review of key criteria is carried out to be used to compare the parallel structure with a serial structure.Due to the resulting improvements in the parallel elastic structure, further development of this structure is achieved. As a result, it is proposed to connect the parallel stations through common buffers. By means of the new method, the buffers are better utilized. Consequently, the overall utilization degree and throughput increase, while the buffer sizes reduce significantly.To develop the solution statements and to carry out the investigations in this work, both the analytical approach and simulation are used.In der Variantenfließfertigung können unterschiedliche Produktvarianten in einem Fließsystem in beliebiger Reihenfolge und mit unerheblichen Umrüstzeiten (Losgröße eins) hergestellt werden. Die Differenzierung von Produkten lässt sich bis zur Montage hinauszögern und dort ausgehend von einem Basiserzeugnis realisieren. Als Schnittstelle zwischen Endkunden und Fertigung sollten die Fließmontagesysteme jedoch interne (Bearbeitungszeitschwankungen, Störungen) und externe Einflussgrößen (Auftragsschwankungen, Absatzveränderungen) kompensieren. Neben der Wirtschaftlichkeit müssen Kenngrößen wie z.B. Termintreue, Flexibilität und Qualität beachtet werden. So gewinnen bei der Planung solcher Systeme Gesichtspunkte wie z.B. Redundanz, Pufferung und die Integration von Qualitätsstationen an Bedeutung. Eine Literaturrecherche verdeutlicht, dass es vor allem Defizite bei der Konfiguration von Nachbearbeitungsschleifen und in Planungsmaßnahmen zur Bewältigung von Über- und Unterkapazitäten gibt.Entwickelt wird daher eine neue Methode zur Konfiguration von Nachbearbeitungsschleifen, mittels welcher die Taktzeit nicht basierend auf der Jahresstückzahl berechnet wird, sondern anhand der Taktzeit der mit ihnen verbundenen Fließlinien. Diese Methode lässt sich auch bei der Planung konvergierender und divergierender Strukturen verwenden.Zur Erhöhung der Flexibilität wird unter Betrachtung der externen und internen Einflussgrößen die parallele Struktur untersucht. Anschließend wird eine Bewertung von wesentlichen Kriterien für den Vergleich von parallelen mit seriellen Strukturen durchgeführt.Aufgrund der sich ergebenden Verbesserungen der parallelen elastischen Struktur, wird eine weitere Entwicklung dieser Struktur erzielt. Im Ergebnis wird vorgeschlagen, die parallelen Stationen durch gemeinsame Puffer zu verbinden. Mithilfe dieser neuen Methode werden die Puffer besser ausgenutzt. Demzufolge erhöht sich der Gesamtnutzungsgrad bzw. Durchsatz und zugleich reduzieren sich die Puffergrößen erheblich.Zur Entwicklung der Lösungsansätze und zur Durchführung der Untersuchungen werden in dieser Arbeit sowohl analytischer Ansatz als auch Simulation benutzt

Änderungsflexibilität in der kundenindividuellen Fertigung

Die Anforderungen des Marktes in Bezug auf Flexibilität und Geschwindigkeit, welchen sich Produktionsunternehmen stellen müssen, nehmen immer weiter zu. Die Kunden wollen in jeder Hinsicht individuell bedient werden. Sie wollen das Produkt nach ihren Vorstellungen konfigurieren können, es in kurzer Zeit zur Verfügung gestellt bekommen und trotzdem bei Bedarf individuelle Änderungen integrieren können. Aus diesem Grund muss ein Produktionsunternehmen sowohl in der Planungs- als auch in der Ausführungsphase flexibel auf Änderungen, die vom Kunden ausgelöst werden oder durch interne Ereignisse erforderlich sind, reagieren können. Studien unter produzierenden Unternehmen haben gezeigt, dass im Fall der Notwendigkeit nachträglicher Änderungen das Produktionsplanungs- und steuerungssystem oft nicht miteinbezogen wird, insbesondere dann, wenn die Änderungen sehr prozessnah stattfinden. Da Änderungen jedoch heutzutage keine Seltenheit mehr sind, führt dies dazu, dass die im System gehaltenen Daten häufig von dem tatsächlichen Produkti-onsablauf abweichen. Eine im Rahmen der Arbeit durchgeführte Analyse führender ERP-Systeme und MES hat gezeigt, dass dieses Problem auf Systemunzulänglichkeiten zurückzuführen ist. Auf Basis der Systemuntersuchung schlägt die Arbeit deshalb ein Konzept für ein flexibles Produktionspla-nungs- und -steuerungssystem vor: das PPS II-System. Dieses System soll gewährleisten, dass nachträgliche Änderungen, die durch interne oder externe Ereignisse ausgelöst werden, in die Produktionsplanung integriert werden können. Die Architektur des PPS II-Systems basiert auf der Idee, die starre Trennung zwischen den Planungs- und Steuerungssystemen der Fertigung aufzulösen. Um dies zu gewährleisten, besteht das PPS II-System aus lose gekoppelten Services, deren Zusammenwirken das Verhalten des Systems beschreibt. Die Funktionalität des PPS II-Systems orientiert sich am Konzept der prozessnahen Gestaltungsentscheidung, welches die Ausführungszeit, die zu verwendenden Materialien und die einzusetzenden Ressourcen auf Basis verschiedener Abstraktionen erst unmittelbar vor Produktionsbeginn bestimmt. Eine umfangreiche theoretische und praktische Evaluierung bestätigt, dass das PPS II-System auf diese Weise sehr flexibel auf Änderungen reagieren kann.Today, production companies face big challenges, in particular with regards to flexibility and speed. Their customers want to be served individually in every respect. They want to configure the product individually and receive it as fast as possible. However, they also want to be able to integrate late changes. For this reason, a production company must be able to react to changes in the planning phase as well as in the production phase in a very flexible way. Such changes might be initiated by the customers or they might be necessary due to internal events. Surveys, which analyzed the processes of production companies, have revealed that their production planning and control systems are often not involved if late changes are necessary. This is particularly true, if the changes occur shortly before the production starts. Therefore, system data deviate from the real production procedure often already in the planning phase. An analysis of leading ERP systems and MES carried out in this thesis has shown that the reason for the problems is the limited flexibility of these systems. On the basis of the analysis, this thesis proposes a new concept for a flexible production and control system: the PPC II system. This system should ensure that late changes triggered by internal or external events can be integrated in the production schedule. The architecture of the PPC II system is based on the idea to eliminate the separation between the planning system and the control system. To reach this goal, the system consists of loosely coupled services that are flexibly orches-trated to control production processes. The PPC II system realizes the concept of late order freeze. Process-relevant decisions for the execution time, the used materials, and the resources are made shortly before production starts. A comprehensive theoretical and practical evaluation verifies that the PPC II system is able to react flexible to changes

Planung und Optimierung von Fließmontagesystemen: ein Beitrag unter Berücksichtigung sich ändernder Anforderungen an Prozesszuverlässigkeit, Produktqualität und Flexibilität

Ursprünglich zielte die Gestaltung von Montagesystemen in Form von Fließsystemen auf eine gleichmäßig hohe Stückzahl eines einzelnen Produkts bei hohem Automatisierungsgrad ab. Aus Gründen wie z.B. ständig zunehmende Anforderungen durch Kundenwünsche oder Absatzveränderungen sind Montageprozesse fortwährend an die veränderten Rahmenbedingungen anzupassen. Derartige Anforderungen haben Auswirkungen auf Struktur und Gestaltung von Fließmontagesystemen. So gewinnen bei der Planung solcher Systeme Gesichtspunkte wie z.B. Redundanz, Pufferung und die Integration von Qualitätsstationen an Bedeutung. Entwickelt werden daher neue Methoden zur Verbesserung der Konfiguration bzw. des Betriebs von Nachbearbeitungsschleifen, der konvergierenden bzw. divergierenden und parallelen Strukturen. Die entwickelten Strukturen weisen mehr Vorteile bezüglich Flexibilität, Redundanz, Verfügbarkeit, Nutzungsgrad und Pufferkapazitäten im Vergleich zu konventionellen Strukturen auf.Dieser Publikation liegt die Arbeit mit dem Titel „Beitrag zur Planung und Optimierung von Fließmontagesystemen unter Berücksichtigung sich ändernder Anforderungen, insbesondere an Prozesszuverlässigkeit, Produktqualität und Flexibilität“ [urn:nbn:de:gbv:ilm1-2014000104] zu Grunde, die der Fakultät für Maschinenbau der Technischen Universität Ilmenau als Dissertation vorgelegen hat.Auch im Buchhandel erhältlich: Planung und Optimierung von Fließmontagesystemen - Ein Beitrag unter Berücksichtigung sich ändernder Anforderungen an Prozesszuverlässigkeit, Produktqualität und Flexibilität / Ayman Al Khateeb Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2014. - XXIV, 187 S. ISBN 978-3-86360-101-0 Preis (Druckausgabe): 17,80

Organisation der kundenindividuellen Massenproduktion

Die Arbeit beantwortet die Frage, wie aus Sicht der Produktionsorganisation unterschiedlichen Anforderungsprofilen der kundenindividuellen Massenproduktion mit differenzierten Fähigkeitsprofilen organisatorischer Lösungen begegnet werden kann. Es sind Fertigungshauptprozesse und fertigungsnahe industrielle Dienstleistungen zu analysieren und zu integrierten Produktionssystemen mit spezifischen Fähigkeitsprofilen zu kombinieren. Die wirtschaftlich sinnvolle Auswahl von Organisationsformen für die kundenindividuelle Massenproduktion basiert auf Vergleichen von Anforderungs‐ und Fähigkeitsprofilen

Management von Prozessvarianten

Die fachliche Modellierung von Geschäftsprozessen und deren Ausführung mittels Workflow-Management-Systemen bilden zentrale Aufgaben bei der Realisierung prozessorientierter Informationssysteme. In der Praxis hat sich gezeigt, dass ein Prozess oftmals in zahlreichen Varianten auftritt, die Anpassungen an bestimmte Rahmenbedingungen (z.B. Domäne, landesspezifische Gesetze) darstellen. Die adäquate Modellierung und Ausführung solcher Prozessvarianten stellt eine große Herausforderung dar, der heutige Geschäftsprozessmodellierungswerkzeuge und Workflow-Management-Systeme nicht gerecht werden. Existierende Werkzeuge ermöglichen lediglich das Ausmodellieren aller Prozessvarianten in separaten Prozessmodellen, was in einem hohen Anpassungs- und Wartungsaufwand resultiert: Werden Prozessanpassungen erforderlich, sind meist mehrere Varianten betroen und deshalb mehrere Prozessmodelle zu adaptieren. Dies wiederum führt schnell zu Inkonsistenzen und mit der Zeit zu degenerierten Prozessmodellen. Um dies zu vermeiden, existiert in der Praxis ein zweiter verbreiteter Ansatz für das Management von Prozessvarianten: Alle Varianten werden in einem „großen“ Prozessmodell abgebildet. Sie sind somit innerhalb der Prozesslogik versteckt. Dieser Ansatz führt zwar zu weniger Redundanz, allerdings entstehen dadurch sehr komplexe und unübersichtliche Modelle, so dass bei großer Zahl von Varianten eine effektive Handhabbarkeit nicht mehr möglich ist. Typischerweise ist eine bestimmte Prozessvariante nur für gewisse Rahmenbedingungen relevant, d.h. sie genügt einem spezifischen Anwendungsfall. Die Informationen über den spezifischen Anwendungskontext einer Variante können bislang nicht in die entsprechenden Prozessmodelle integriert werden. Darüber hinaus ist eine Auswertung dieser Informationen, z.B. zur automatischen Konfiguration von Prozessvarianten, nicht möglich, geschweige denn eine dynamische Reaktion auf Änderungen des Anwendungskontextes zur Laufzeit einer Prozessvariante. Die vorliegende Arbeit stellt mit Provop (Prozessvarianten mittels Optionen) einen Lösungsansatz zur Handhabung von Prozessvarianten dar, der es erlaubt, ausgehend von einem sog. Basisprozessmodell, alle Varianten eines Prozesstyps abzuleiten. Dazu transformieren verschieden Änderungsoperationen das Basisprozessmodell sukzessiv zu einem Variantenmodell. Dabei berücksichtigt Provop den spezifischen Anwendungskontext einer Prozessvariante, um zu bestimmen, welche der modellierten Änderungsoperationen auf das Basisprozessmodell anzuwenden sind. Mit Hilfe von Auswahlbeschränkungen kann gewährleistet werden, dass nur solche Änderungsoperationen gemeinsam angewendet werden, die auch strukturell und semantisch kompatibel sind. Dem Problem nicht-kommutativer Änderungsoperationen bei der Konfiguration einer Prozessvariante begegnet Provop durch die Vorgabe einer eindeutigen Anwendungsreihenfolge. Dazu werden die Modellierungsreihenfolge sowie explizite Reihenfolgebeziehungen zwischen den Änderungsoperationen betrachtet. Darüber hinaus wird gewährleistet, dass die Menge aller konfigurierbaren Prozessvarianten den Korrektheitskriterien des zugrundeliegenden Prozess-Metamodells genügt. Für eine flexible Ausführung von Prozessinstanzen ermöglicht es Provop, zur Laufzeit auf Änderungen des Anwendungskontextes zu reagieren. Dabei stellen wir sicher, dass nur solche Variantenmodelle zur Ausführung kommen bzw. nur dann dynamische Wechsel zwischen Variantenmodellen zur Laufzeit zulässig sind, wenn dadurch die korrekte und stabile Ausführbarkeit der jeweiligen Prozessinstanz nicht beeinträchtigt wird. Das heißt, es können zur Laufzeit keine Ausführungsfehler aufgrund inkorrekter Prozessmodelle auftreten. Provop unterstützt das Refactoring von Basisprozessmodell und Änderungsoperationen, ohne die Ausführungssemantik der Prozessvarianten zu beeinflussen. Dabei werden sowohl der spezifische Anwendungskontext als auch definierte Auswahlbeschränkungen zwischen Änderungsoperationen berücksichtigt. Mit Hilfe eines Refactorings können Pflege- und Wartungsaufwände für das Management von Prozessvarianten reduziert werden. Die Ansätze von Provop werden in einem Prototypen realisiert und anhand mehrerer Fallstudien praktisch validiert

Expertensystem zur Bereitstellung von Produktionssytem-Wissen für den Werkzeug- und Formenbau

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Stuttgarter Symposium für Produktentwicklung SSP 2017 : Stuttgart, 29. Juni 2017, Wissenschaftliche Konferenz

Veränderte Anforderungen in internationalen Märkten erfordern hohe Anstrengungen, um Prozesse in Innovation und Produktentwicklung zu optimieren. Das Stuttgarter Symposium für Produktentwicklung (SSP) ermöglicht die Diskussion der an Produktgestaltung und -entwicklung beteiligten Disziplinen aus Industrie und Wissenschaft. Das SSP zeigt, wie erfolgreiche Produkte effizient gestaltet und entwickelt werden. Neueste Forschungsergebnisse zu Methoden, Strategien und Werkzeugen werden vorgestellt, um Prozesse zu verbessern und die Digitalisierung zu unterstützen. Mit dem Ziel, nationale und internationale Fachleute unterschiedlicher Disziplinen der Produktentwicklung aus Industrie und Wissenschaft in den Dialog zu bringen, veranstaltet das Fraunhofer IAO gemeinsam mit dem Institut für Konstruktionstechnik und Technisches Design IKTD, dem Institut für Maschinenelemente IMA und dem Institut für Arbeitswissenschaft und Technologiemanagement IAT der Universität Stuttgart das Stuttgarter Symposium für Produktentwicklung SSP. Am 28. und 29. Juni 2017 fand das SSP bereits zum vierten Mal im Zentrum für Virtuelles Engineering des Fraunhofer IAO statt, nachdem die Symposien 2011, 2013 und 2015 mit jeweils über 200 Besuchern aus Wissenschaft und Wirtschaft großen Zuspruch gefunden hatten. Am Forumstag stand wie immer die Industrie im Fokus, am zweiten Tag die wissenschaftliche Konferenz. Die Konferenz bietet Wissenschaftlern eine Plattform zur Präsentation und Diskussion ihrer neuesten Forschungsergebnisse im Bereich der Produktentwicklung und fördert so den interdisziplinären Wissenstransfer. Aufgerufen waren in der SSP 2017 Beiträge aus folgenden Kategorien: • Wissensmanagement in der Produktentwicklung • Nachhaltige Produktentwicklung • Altersgerechte Produktentwicklung • Zuverlässige Produktentwicklung • Industrie 4.0/Cyber-Physical Products • Konstruktionsmethodiken • Leichtbau in der Produktentwicklung • Nutzerzentriertes Design • Innovations- und Technologiemanagement • Digital Engineering • Lean Development. Eingereicht wurden Beiträge zu Methoden, Strategien und Verfahren, die es ermöglichen, Produktentwicklungsprozesse zu vernetzen, digitale Werkzeuge zu integrieren und die Potenziale neuer Technologien und Werkstoffe optimal auszuschöpfen