Modell zur datenbankgestützten Planung automatisierter Montageanlagen

Die Entwicklung rechnergestützter Planungswerkzeuge für die Montage ist für die gegenwärtigen Automatisierungsbestrebungen in der Montage von grundlegender Bedeutung. Die vorliegende Arbeit verfolgte eine dreifache Zielsetzung. Eine systemtechnische Betrachtung der Montage sollte dazu dienen, das Wissen über an der Montage beteiligte Komponenten zu systematisieren und zu klassifizieren. Es sollte zusätzlich ein Beitrag geleistet werden, bestehende Lücken in der Planungssystematik für die Montage zu schließen. Ein besonderes Anliegen war es, zu zeigen, wie Datenbanken entworfen werden können, mit denen einzelne Planungswerkzeuge zu einem Gesamtsystem integriert und damit effektiver genutzt werden können. Zunächst wurden die entsprechenden Aufgabenstellungen in Kapitel 2 kurz vorgestellt und gezeigt, daß dem Einsatz von Datenbanken in einer Verfahrenskette zur Montageplanung eine zentrale Bedeutung zukommt. Bisher wurden Datenbanken im Bereich der Montageplanung jedoch kaum genutzt. Dies wird hauptsächlich darauf zurückgeführt, daß die vorwiegend für kommerzielle Anwendungen entwickelten Datenbankmanagementsysteme für technische Anwendungen nur unzureichend geeignet sind und der Datenbankentwurf sich als eine sehr komplexe Aufgabenstellung darstellt. Kapitel 3 enthält eine Einführung in die Begriffswelt der Datenbanktechnologie. Besonderer Wert wurde auf die Darstellung der Methoden zum Datenbankentwurf gelegt. Es wurde der Weg von der Bedarfsanalyse bis zum implementierfähigen konzeptionellen Schema aufgezeigt. Eine systemtechnische Betrachtung der Montage wurde in Kapitel 4 durchgeführt. Die Montage wurde dazu auf ein soziotechnologisches Modell abgebildet, welches eine klare Abgrenzung der einzelnen an der Montage beteiligten Komponenten ermöglicht. Die Ergebnisse dieser Systemanalyse dokumentieren, daß die Systemtechnik ein unerläßliches Hilfsmittel darstellt, um zu einer strukturierten Beschreibung eines so komplexen Problemkreises, wie ihn die Montage darstellt, zu gelangen. In Kapitel 5 wurde der Ablauf der systematischen Montageanlagenplanung analysiert. Um die Lücke in der systematischen Montageplanung zwischen der Beschreibung der Montageaufgabe und der Erstellung des Montagelayouts zu schließen, wurde ein neues Verfahren zur Montageablaufbeschreibung entwickelt. Dieses Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß anhand einer operationalen Beschreibung des Montageablaufs direkt, geeignete Wirkorgane und Geräte zur Durchführung der Montage, aus einer Datenbasis ausgewählt werden können. Diese beiden Kapitel bildeten die Grundlage für die Entwicklung eines konzeptionellen Schemas, mit dem der gesamte Ablauf der Montageplanung, wie er in Kapitel 5 dargestellt wurde, unterstützt werden kann. Es wurden zunächst semantische Schemata für die einzelnen Planungsschritte entworfen und diese dann zu einem gemeinsamen konzeptionellen Schema integriert. Zum Abschluß der Arbeit wurden die Implementierung einer Datenbank nach diesem konzeptionellen Schema und exemplarische Realisierungen von Anwenderprogrammen, die mit dieser Datenbank arbeiten, vorgestellt. Die Arbeit hat gezeigt, daß schon durch die für die Vorbereitung eines Datenbankeinsatzes erforderliche systematische Betrachtung der Montage wesentliche Erkenntnisse zur Montageplanung gewonnen werden können. Zudem kann auch mit derzeit verfügbaren Datenbankmanagementsystemen, trotz der in Kapitel 3 angesprochenen Unzulänglichkeiten, eine wirkungsvolle Unterstützung der rechnergestützten Montageplanung erreicht werden, indem der Eingabeaufwand für einzelne Anwendungsprogramme erheblich reduziert und Fehler durch redundante Datenspeicherung weitgehend vermieden werden.The development of computer-aided planning tools for assembly is of fundamental importance for the current automation efforts in assembly. The present work pursued a threefold objective. A systematic view of the assembly should serve to systematize and classify the knowledge about components involved in the assembly. An additional contribution should be made to close existing gaps in the planning system for assembly. A particular concern was to show how databases can be designed, with which individual planning tools can be integrated into an overall system and thus used more effectively. First, the corresponding tasks were briefly presented in Chapter 2 and it was shown that the use of databases in a process chain for assembly planning is of central importance. So far, databases in the area of assembly planning have hardly been used. This is mainly attributed to the fact that the database management systems, which were developed primarily for commercial applications, are insufficiently suitable for technical applications and the database design presents itself as a very complex task. Chapter 3 introduces the conceptual world of database technology. Particular emphasis was placed on the presentation of the methods for database design. The path from the needs analysis to the implementable conceptual scheme was shown. A system-technical examination of the assembly was carried out in chapter 4. For this purpose, the assembly was mapped onto a socio-technological model, which enables a clear demarcation of the individual components involved in the assembly. The results of this system analysis document that the system technology is an indispensable aid in order to arrive at a structured description of such a complex problem as the assembly represents. In Chapter 5, the process of systematic assembly system planning was analyzed. In order to close the gap in the systematic assembly planning between the description of the assembly task and the creation of the assembly layout, a new procedure for the assembly process description was developed. This method is characterized in that, based on an operational description of the assembly process, suitable active elements and devices for carrying out the assembly can be selected directly from a database. These two chapters formed the basis for the development of a conceptual scheme that can be used to support the entire assembly planning process, as described in Chapter 5. First, semantic schemes for the individual planning steps were designed and then integrated into a common conceptual scheme. At the end of the work, the implementation of a database according to this conceptual scheme and exemplary implementations of user programs that work with this database were presented. The work has shown that the systematic consideration of assembly required for the preparation of a database deployment can provide essential insights into assembly planning. In addition, with the currently available database management systems, despite the shortcomings mentioned in Chapter 3, effective support for computer-aided assembly planning can be achieved by considerably reducing the input effort for individual application programs and largely avoiding errors due to redundant data storage

Design for Logistics :ein Beispiel für die logistikgerechte Gestaltung des Computer Integrated Manufacturing

Einer rasch ansteigende Anzahl an Beiträgen widmet sich der zwischen Logistik und CIM bestehenden Beziehung. Zumeist besteht das Ergebnis dabei in der Identifikation einer Schnittmenge, in der sich beide Integrationsansätze treffen. Eine solche Schnittmengendefinition ist aber ohne unmittelbaren Nutzen. Dieser Arbeitsbericht zeigt an einem Beispiel auf, daß die Interdependenz zwischen beiden Konzepten - der Verbundenheit von Material- und Informationsflüssen entsprechend vielschichtiger ist, als die bisher ermittelten Berührungspunkte von Logistik und CIM vermuten lassen. Exemplarisch für den Blickwinkel CIM aus Sicht der Logistik wird die logistikgerechte Gestaltung der Konstruktion ausgeführt. Damit wird innerhalb des Produktentstehungsprozesses die Phase mit maximaler Gestaltungswirkung auf die Logistik untersucht. Im folgenden wird einerseits dargestellt, wie die Konstruktion Einfluß auf logistische Prozesse nehmen kann. Andererseits wird aufgezeigt,wodurch die Freiheitsgrade einer logistikgerechten Konstruktion abgesteckt werden. Anhand einer Beschreibung der Möglichkeiten der informatorischen Unterstützung des Konstrukteurs werden die datentechnischen Konsequenzen einer höheren Logistikorientierung im Konstruktionsprozeß deutlich. Der Arbeitsbericht endet mit einer Skizzierung der Schwierigkeiten bei der praktischen Umsetzung der aufgestellten Forderungen.<br

Wirtschaftliche Generierung von Belieferungssimulationen unter Verwendung rechnerunterstützter Plausibilisierungsmethoden für die Bewertung der Eingangsdaten

The concept of the Digital-Factory provides a “single source of truth” Planning-System. This establishes a possibility to generate intra-logistic-simulations with validated input data through a standardized method. Therefore we have to take a closer look on input-data and its quality in order to understand its way back through all the IT-systems to the point of birth. This dissertation provides an approach how to validate this input-data with different, independent methods, not only double-checking whether the information is complete but also giving an answer to the question: is this data correct? Those methods will be combined in a quality module in the Digital-Factory-Planning-System, showing inconsistencies which should be inspected. The objective is collecting all necessary input-data in the required quality in order to semi-automatic-generate a reliable simulation model in intra-logistics, avoiding costly iterations or even wrong conclusions.Das Konzept der Digitalen Fabrik bietet die Möglichkeit, ein Planungssystem mit einer einheitlichen Datengrundlage aufzubauen. Dies schafft die Voraussetzungen, um Belieferungssimulationen mit plausibilisierten Eingangsdaten weitestgehend automatisiert generieren zu können. Die Eingangsdaten sind der Schlüssel zum Erfolg. Nur wer in gewachsenen IT-Landschaften mit unzähligen Schnittstellen Transparenz schaffen kann, weiß, woher welche Daten kommen und wie diese erhoben werden, kann damit auch die Qualität der Eingangsdaten – und dadurch auch die Qualität der Simulationsergebnisse beurteilen. Diese Dissertation möchte einen Beitrag leisten, wie diese Eingangsdaten mit unterschiedlichen, unabhängigen Methoden untersucht werden können. Es sollen nicht nur Fragen zur Vollständigkeit der Eingangsdaten beantwortet werden, sondern vielmehr Antworten gegeben werden, ob die Eingangsdaten korrekt sind. Es wird aufgezeigt, wie diese Methoden im Umfeld der Digitalen Fabrik zentral in einem Simulationsgerüst gebündelt werden können, um eine einheitliche Plattform zur Plausibilisierung zu schaffen. Darauf aufbauend können diese plausibilisierten Daten verwendet werden, um eine Belieferungssimulation aufzubauen. Dies spart nicht nur Zeit, sondern kann auch falsche Schlussfolgerungen auf Basis fehlerhafter Eingangsdaten verhindern

Entwicklung einer wissensbasierten Methodik zur Prozessplanung der Vormontage von Flugzeugkabinenmodulen

Es werden moderne Methoden für die Produktionsplanung von Flugzeugen benötigt. Erst dadurch können Flugzeugmodelle nach Belieben des Kunden effektiv individualisiert und im Zuge der Nachhaltigkeit neue Flugzeugmodelle in die Produktion integriert werden. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) forscht an Methoden, um dies zu erreichen. Dabei wird an dem digitalen Faden geforscht, der die unterschiedlichen zur Produktion benötigten Schritte miteinander Ende-zu-Ende verbindet. Wissensbasiertes Engineering (KBE) und das semantische Web als Teil von KBE benutzen methodisch wissensbasierte Daten, um ein Verständnis über die Produktionsschritte aufzubauen und diese miteinander zu verbinden. Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Forschungsfrage, inwiefern Ontologien und wissensbasierte Methoden aus dem KBE in der Luftfahrt genutzt werden können, um Montageprozesse generieren zu können. Eine Ontologie ist eine Spezifikation einer Konzeptualisierung. Dazu wurde eine Methodik zur Wissenssammlung und -Organisation mittels einer Ontologie aufgestellt. Diese Ontologie wurde auf Basis anderer Ontologien aus der Literatur erstellt, da für diesen Anwendungsbereich benötigte Kriterien in den anderen Ontologien nicht ausreichend vertreten sind. Zwei Anwendungsfälle wurden daraufhin erzeugt, die die verschiedenen Kriterien nachweisen und die Fähigkeiten der aufgestellten Methodik zeigen. Anhand dieser Anwendungsfälle lässt sich dann zeigen, dass Montageprozesse aus der aufgestellten Ontologie mittels Inferenz generiert werden und dass das Expertenwissen genutzt werden kann, um Varianten zu finden und redundante Prozesse auszuschließen. Diese Methodik zeigt das Potenzial, mit anderen Teilen des digitalen Fadens verbunden zu werden

Modell zur Integrationsplanung variantenreicher Baukastenprodukte in einem Montagesystemverbund

Produzierende Unternehmen befinden sich in einem herausfordernden Umfeld. Um die Ansprüche der Kunden bestmöglich zu erfüllen, werden zahlreiche Produktvarian-ten entwickelt. Diese stellen für die Montageplanung eine Herausforderung dar. Durch den Einsatz von Baukästen können die Auswirkungen von Variantensteigerun-gen teilweise reduziert werden, jedoch bringt die dadurch entstehende starke Vernet-zung der Produkte eine Komplexitätssteigerung mit sich. Weiter erhöht wird die Kom-plexität, wenn ein Produktionsnetzwerk mit mehreren Montagesystemen geplant wer-den soll. Es gibt Softwaresysteme und wissenschaftliche Ansätze, die diese Komplexität in Mo-dellen abzubilden. Jedoch waren diese nicht in der Lage die gesamte Vernetzung von Produkt, Prozess und Ressource modellieren und deren Verknüpfungen effizient zu erfassen. Daher wurde in dieser Arbeit ein Modell entwickelt, welches alle relevanten Zusam-menhänge zwischen Produkt, Prozess und Ressource abbildet. Regelbasierte Ver-knüpfungen wurden verwendet, um den manuellen Pflegeaufwand zu minimieren. Weiterhin wurde eine Methodik entwickelt, die die Montageplanung unter Zuhilfen-ahme des Modells deutlich vereinfacht. Die Funktionsfähigkeit des Modells konnte mithilfe eines vereinfachten, theoretischen Anwendungsfalls nachgewiesen werden. Abschließend wurde das Modell anhand ei-nes praktischen Anwendungsfalls getestet und validiert.Producing companies are facing a challenging environment. To satisfy the demands of their customers they develop many product variants. Those are a challenge for the assembly planning departments. The usage of modular products partly reduces the effects of this variant increase, but the interdependence that is created with this leads to an increased complexity. The complexity is risen further if the assembly planning is to be done for a network of as-sembly systems. There are software systems and scientific approaches do implement a model for this complexity. However none of those were able to fully and efficiently include all the dependencies of product, process and resource. In this thesis a model was developed, that included all interrelations between product, process and resource. Rule-based links were used to keep manual maintenance effort to a minimum. Furthermore a method was developed, which simplifies assembly plan-ning by using the developed model. The functionality of the model was shown in a simplified, theoretical use-case. Subse-quent the model was tested and validated in a practical, real-life use case

Integration elektromechanischer CA-Anwendungssysteme über einem STEP-Produktmodell

Ein Problem der Spezialisierung industriealisierter Wirtschaftsstrukturen in einzelne Leistungserbringer ist die Kommunikation zwischen Anbietern und Nachfragern von Gütern und Dienstleistungen. Dies gilt sowohl zwischen kooperierenden Unternehmen als auch innerhalb eines Unternehmens zwischen unterschiedlichen Abteilungen. Durch die Nutzung rechnergestützter Hilfsmittel wird diese Kommunikationsproblematik nicht gelöst, sondern auf eine neue Stufe gehoben. Während die rechnergestützte Bearbeitung administrativer Unternehmensvorgänge oftmals zentralistisch organisiert und über Datenbanklösungen integriert wurde um Kommunikationsvorgänge zu minimieren, ließen sich technische EDV-Systeme bisher weder effizient koppeln noch zentral oder verteilt integrieren. Grund hierfür sind hochspezialisierte interne Datenstrukturen technischer Anwendungssysteme die allgemeingültigen Modellen wenig zugänglich waren. Mit der unter der ISO definierten Norm ISO-10303 (STER Standard for the Exchange of Product Model Data) wird ein einheitliches Modell für produktbeschreibende Informationen geschaffen. Über die Modellbildung hinaus wird jedoch sogar eine Referenzarchitektur für die Entwicklung von Anwendungs- und Implementierungsmodellen bereitgestellt. Dabei stellt die Modellierungssprache EXPRESS fundamentalen Kern der Architektur von STEP dar. Die Entwicklung von Werkzeugen zur Unterstützung der Implementierung der einzelnen Teile der Norm ISO-10303 stellt ein Ergebnis der geleisteten Arbeit dar. Insbesondere die Verarbeitung der Modellierungssprache EXPRESS, in der sowohl Anwendermodelle, Referenzmodelle sowie Metamodelle der Implementierungsprinzipien beschrieben werden, wurde effizient unterstützt. In der Arbeit wird auf ein flexibles Implementierungswerkzeug für jegliche in EXPRESS definierte Modelle gesetzt. Die Nutzung beliebiger EXPRESS-Modelle als Basis von Implementierungen wird dadurch möglich. Die vier in der Norm ISO-10303 diskutierten und teilweise genormten Implementierungsmethoden Austauschdatei, Datenbasis mit Zugriffsschnittstelle SDAI (Standard Data Access Interface), Hauptspeicherstruktur und Wissensbasis wurden prototypisch in der Arbeit realisiert. In die noch laufenden Normierungstätigkeiten konnten dadurch wertvolle Spezifikationshinweise eingebracht werden. Während zu Beginn der Entwicklung von STEP primär die Definition von Datenmodelle und daraus abgeleitet, Dateiformate zum Austausch von Produktinformationen im Vordergrund stand, stellt im weiteren Verlauf der STEP-Entwicklung die koordinierte Verwaltung von Produktinformationen einen Schwerpunkt dar. Die in Datenbanksystemen vorhandenen Fähigkeiten zur Datenverwaltung stellen einen Ansatz zur Realisierung von Produktdatenbanken dar. Die in STEP definierten Produktmodelle können dabei als Datenbankschemata benutzt werden. Die heute in industriellen Umgebungen eingesetzten Datenbankprinzipien der relationalen und objektorientierten Datenbanksysteme werden hinsichtlich ihrer Einsetzbarkeit als Basissysteme für STEP-Produktdatenbanken untersucht und für ein Datenbanksystem, das eine spezielle Erweiterung des relationalen Modells darstellt, eine Implementierung einer STEP-Datenbank vorgenommen. Die primären Anwendungsprobleme, für die mit Hilfe von STEP Austauschszenarien bewältigt werden können, sind im Bereich des Datenaustausches zwischen CAD/CAE- Systemen zu finden. Besonders CAD-Systeme, die die Repräsentation dreidimensionaler technischer Objekte ermöglichen, profitieren von der ausdrucksstarken Modellbildung der STEP Geometrie-Partialmodelle. Für leistungsfähige geometrische Modellierwerkzeuge wurde ein Datenaustauschszenario skizziert und mit Hilfe von realisierten STEP-Pre- und Postprozessoren unterstützt. Der Integrationsaspekt von zukünftigen, unternehmensweiten CAD/CAE-Anwendungssystemen wird durch die Fähigkeit dieser Anwendungen bestimmt, STEP-konforme Daten aus Datenbasen zu entnehmen und für diese bereitzustellen. Während neu zu realisierende Anwendungssysteme zur Verwaltung von Produktdaten eine SDAI-Schnittstelle als integralen Bestandteil realisieren können, sind vorhandene Systeme mit Schnittstellen zu einem SDAI auszurüsten. Der geometrische Modellierer Acis wurde mit einem derartigen Interface versehen, um eine Integration von CAD-Anwendungssystemen die auf diesem Modellierer beruhen, auf STEP/SDAI-basierten Datenbasen zu ermöglichen. Die Probleme der langer Transaktionen stellen in diesem Zusammenhang neue Anforderungen Datenbankmanagementsysteme. Die Bearbeitung von STEP-basierten Problemlösungen kann aus einer anwendungsfreien und einer anwendungsorientierten Sicht vorgenommen werden. Während Werkzeuge, die zur Unterstützung der Implementierung von Anwendungssystemen aus EXPRESS-Modellen heraus dienen, zunächst anwendungsfrei gehalten werden können, muß ein STEP-basiertes Anwendungssystem die Anforderungen, die aus dem Anwendungsreferenzmodell eines STEP-Anwendungsprotokolls stammen, inhaltlich berücksichtigen. Die aus der Entwicklungsmethodik für STEP-Anwendungsprotokolle abgeleitete problematische Beziehung zwischen Anwendungsmodell und Referenzmodell wurde kritisch hinterfragt und neue Lösungsansätze vorgestellt. Spritzgegossene dreidimensionale Schaltungsträger stellen ein Beispiel eines mechatronischen Produktes in einer neuen Produkt- und Produktionstechnologie dar. Das Defizit von Entwicklungswerkzeugen für die Produkt- und Produktionsgestaltung dieser Produkttechnologie ist vor allem durch fehlende und in den existierenden CAD/CAE-Systemen nur ineffizient realisierbare Modellbildung für derartige Produkte begründet. Das STEP-Anwendungsprotokoll 210 stellt einen akzeptablen Ansatz für eine integrierte elektromechanische Modellbildung bereit. Die in elektronisch oder mechanisch orientierten Systemen fehlenden Entwurfsfunktionen 3D-Layout und 3D-Entflechtung wurden auf einem geometrischen Modellierer realisiert. Der Prototyp wurde als integraler Bestandteil eines STEP-Anwendungssystems konzipiert und realisiert. Mit einem Anwendungsbeispiel konnte die prinzipielle Tragfähigkeit des integrierten Ansatzes nachgewiesen werden.One problem with the specialization of industrialized economic structures in individual service providers is the communication between suppliers and consumers of goods and services. This applies both between cooperating companies and within a company between different departments. By using computer-assisted aids, this communication problem is not solved, but raised to a new level. While the computer-assisted processing of administrative company processes was often organized centrally and integrated via database solutions to minimize communication processes, technical EDP systems have so far been neither efficiently coupled nor integrated centrally or distributed. The reason for this is highly specialized internal data structures of technical application systems that were generally inaccessible to models. The ISO-10303 (STER Standard for the Exchange of Product Model Data), defined under the ISO, creates a uniform model for product descriptive information. In addition to modeling, however, a reference architecture for the development of application and implementation models is also provided. The modeling language EXPRESS represents the fundamental core of the architecture of STEP. The development of tools to support the implementation of the individual parts of the ISO-10303 standard is a result of the work done. In particular, the processing of the modeling language EXPRESS, in which both user models, reference models and metamodels of the implementation principles are described, was efficiently supported. The work is based on a flexible implementation tool for any models defined in EXPRESS. This makes it possible to use any EXPRESS models as the basis of implementations. The four implementation methods exchange file, database with SDAI (Standard Data Access Interface), main memory structure and knowledge base, discussed and partially standardized in the ISO-10303 standard, were implemented prototypically in the work. As a result, valuable specification notes could be included in the ongoing standardization activities. At the beginning of the development of STEP, the primary focus was on the definition of data models and, derived from them, file formats for the exchange of product information. In the further course of STEP development, the coordinated administration of product information will be a focal point is an approach to the realization of product databases. The product models defined in STEP can be used as database schemes. The database principles of relational and object-oriented database systems used today in industrial environments are examined with regard to their usability as basic systems for STEP product databases and an implementation of a STEP database is carried out for a database system that represents a special extension of the relational model. The primary application problems for which STEP exchange scenarios can be dealt with can be found in the area of data exchange between CAD / CAE systems. CAD systems in particular, which enable the representation of three-dimensional technical objects, benefit from the expressive modeling of the STEP geometry partial models. A data exchange scenario was outlined for high-performance geometric modeling tools and supported with the help of implemented STEP pre- and postprocessors. The integration aspect of future, company-wide CAD / CAE application systems is determined by the ability of these applications to extract STEP-compliant data from databases and make them available for them. While newly implemented application systems for managing product data can implement an SDAI interface as an integral part, existing systems must be equipped with interfaces to an SDAI. The geometric modeler Acis was provided with such an interface to enable the integration of CAD application systems based on this modeler on STEP / SDAI-based databases. The problems of long transactions place new demands on database management systems in this context. STEP-based problem solutions can be processed from an application-free and an application-oriented perspective. While tools used to support the implementation of application systems from EXPRESS models can initially be kept application-free, a STEP-based application system must take into account the content of the requirements that come from the application reference model of a STEP application protocol. The problematic relationship between the application model and the reference model derived from the development methodology for STEP application protocols was critically examined and new solutions were presented. Injection molded three-dimensional circuit carriers represent an example of a mechatronic product in a new product and production technology. The deficit of development tools for the product and production design of this product technology is mainly inefficient due to the lack of and in the existing CAD / CAE systems feasible model formation for such products justified. The STEP application protocol 210 provides an acceptable approach for integrated electromechanical modeling. The design functions 3D layout and 3D unbundling, which are missing in electronically or mechanically oriented systems, were realized on a geometric modeler. The prototype was designed and implemented as an integral part of a STEP application system. An application example was used to demonstrate the basic sustainability of the integrated approach

Modulares Informationsmanagement in der integrierten Produkt- und Prozeßplanung

Die Gewährleistung größtmöglicher Flexibilität in allen Stadien der Entwicklung und Produktion gewinnt angesichts schwieriger Marktbedingungen und sich immer schneller ändernder Kundenbedürfnisse immer mehr an Bedeutung. In der vorliegenden Arbeit wird ein Modellkonzept erstellt, das auf abstrakter Ebene Informationen, Abläufe und funktionale Komponenten innerhalb der Produkt- und Prozeßplanung abbildet. Dieses Modell dient als Grundlage für den Aufbau rechnergestützter Werkzeuge und kann integrativ bis in die Produktion eingesetzt werden. Die im Kapitel 2 aufgezeigten Defizite bestehender Rechnerlösungen zeigen vor allem die Problematik sowohl der Heterogenität als auch der stark unterschiedlichen Sichtweisen der an der Planung beteiligten Personen auf. Eine frühzeitige Berücksichtigung von Realisierungs- und Implementierungsdetails in der Entwicklung dieser Werkzeuge verstärkt die Diversifikation in den Zielsystemen noch mehr. Eine umfassende Betrachtung und Überprüfung der korrekten Abbildung des realen Ausschnittes ist damit nicht mehr möglich. In den letzten Jahren nahm der Einsatz objektorientierter Methoden gerade im Bereich der Programmentwicklung zu. Die Elemente bei der Modellierung von Realitätsabschnitten entsprechen mehr der menschlichen Vorgehensweise im Vergleich zu den rein prozeduralen Sprachen herkömmlicher Softwaresysteme. Gleichzeitig ermöglichen sie die Abbildung komplexer Elemente, die mit Hilfe der modellinhärenten Abstraktion transparent bleiben. Die in Kapitel 3 aufgezeigten Elemente der Planung werden mittels der erwähnten objektorientierten Konstrukte abgebildet und für den Bereich der Produkt- und Prozeßplanung strukturiert. Es wird darauf Wert gelegt, daß eine Entkopplung zwischen Produkt- und Ressourceninformationen stattfindet. Diese informatorische Lücke wird durch ein Modul geschlossen, das in der Lage ist, nach beiden Seiten die jeweiligen Benutzersichten mit den entsprechenden Informationen zur Verfügung zu stellen. Die Beschreibung des Produktes innerhalb des Modells wird in Kapitel 4 aufgezeigt. Durch die Abbildung der Informationen als Objekte, die bei Instanziierung den Planungsfortgang steuern, kann der Produktplaner auf beliebigen Detaillierungsebenen und entsprechend seinem Informationsstand eine neutrale Beschreibung in Form von Produktzustandsübergängen definieren. Die neutrale Abbildung beinhaltet die Aufgaben, die durch die Prozesse innerhalb der Produktion erfüllt werden sollen. Im Gegensatz zu einer statischen Betrachtung, wird in Kapitel 5 zur Anbindung der Ressourcen eine Abbildung der funktionalen Eigenschaften in den Vordergrund gestellt. Ressourcenoperationen können damit als Bestandteil der Zielfunktion der Prozeßplanung direkt ermittelt und überprüft werden. Durch einen flexiblen hierarchischen Aufbau ist darüberhinaus eine beliebige Strukturierung nach verschiedenen technologischen Gesichtspunkten möglich. Die Verknüpfung der beiden beschreibenden Module durch eine neutrale Komponente, die Informationen aus fertigungs- und montagetechnologischen Anforderungen mit funktional operationsorientierten Komponenten verbindet, erfolgt in Kapitel 6. Der Vorteil des Moduls PROZESS ist einerseits die Darstellung der Menge an Technologiemöglichkeiten als Informationsbasis, die dem Produktplaner entsprechend seiner Benutzersicht prozeßorientiertes Wissen zur Verfügung stellt. Andererseits erfolgt durch die Abbildung der Technologien auf ressourcenneutrale Operationen eine Entkopplung von ressourcenbezogenen Randbedingungen, gleichzeitig aber auch die definierte Ausrichtung der Technologielösungen nach unternehmerischen Kriterien (Kosten, Standards usw.) Auf diese Weise verfügt der Prozeßplaner über ein Netzwerk an Lösungen, das ihm auf jeder Detaillierungsstufe die möglichen Alternativen aufzeigt und die gewählte Lösung wiederum in das System integriert. Die in den Kapiteln dargestellten Ausführungen für den Bereich des automatisierten Klebstoffauftrages werden in Kapitel 7 anhand einer beispielhaften Realisierung des Moduls PROZESS präzisiert. Die Ankopplung dieses Moduls an eine reale Montagezelle zeigt den über die Planung hinausgehenden Nutzen des Konzeptes für den Betrieb exemplarisch auf. Das in dieser Arbeit gezeigte Modellkonzept berücksichtigt in umfassender Weise die unterschiedlichen Strukturen und Sichtweisen im Planungsablauf. Bei der Entwicklung rechnergestützter Werkzeuge wird deshalb auf ein übergeordnetes Konzept gesetzt, das die Integration von Daten, Abläufen und Funktionen gewährleistet. Daraus leitet sich ein erhöhter Anspruch an Softwarelösungen ab, die künftig nicht mehr nur konkreten, isoliert betrachteten und spezialisierten Aufgaben genügen dürfen, sondern sich grundsätzlich auf übergeordneter Ebene in ein Gesamtkonzept mit einer dedizierten Funktion einordnen müssen. Die Nutzung eines objektorientierten Ansatzes ermöglicht die Detaillierung in jeder Phase der Entwicklung von Lösungen und stellt gleichzeitig ein besseres Äquivalent für die Abbildung menschlichen Planungsvorgehens dar. "Human Resources” können deshalb in das Modell problemlos eingegliedert werden. Ein Vorteil, der in Zukunft zunehmend an Bedeutung gewinnen wird, um die menschliche Kreativität als Rationalisierungspotential verstärkt nutzen zu können, was bei vorgegebenen, starren Strukturen in weitaus geringerem Maße möglich ist. Die Entwicklungen im Bereich des "Rapid Prototyping” haben in den letzten Jahren bereits zu erheblichen Einsparungen in der Produktentwicklung geführt. Für einen bestimmten Fertigungsprozeß werden rechnergestützte Werkzeuge miteinander gekoppelt und die Prozeßkette wird für einen dedizierten Bereich optimiert. Das Ergebnis der Planung ist ein physisches Modell, das allerdings immer wieder neu erstellt werden muß, sobald eine Änderung am Produkt erfolgt. Gefordert wird heute ein System, das in jedem Stadium der Produktentwicklung Änderungen an Design, Funktionalität, Gestalt, Material usw. erlaubt, ohne daß aufwendige Neuplanungen notwendig sind. Gleichzeitig sollen Wechselwirkungen mit anderen Bereichen in kürzester Zeit dargestelit werden können. Beim "Virtual Prototyping” wird ein Ansatz verfolgt, bei dem vollständig auf physische Modelle in der Planung verzichtet wird und verschiedene rechnergestützte Werkzeuge mit Hilfe eines rechnerinternen Modells verknüpft werden sollen. Das Rationalisierungspotential, das diese Entwicklungsmethodik bietet, läßt sich weiter deutlich erhöhen, wenn sich einzelne Komponenten beliebig austauschen lassen und alle Planungsinstanzen umfassend abgebildet sind. Dabei gilt es, eine Betrachtung weitaus umfassender Strukturen als bisher durchzuführen, diese zu beherrschen und zu koordinieren. Aufgrund der damit verbundenen Integration vielschichtiger, verteilter und heterogener Informationsobjekte (Text, Bild, Ton, Video, Netzwerke usw.) kann die Analyse und Entwicklung solcher Systeme nicht mehr ausschließlich auf datentechnischer Ebene erfolgen, sondern muß künftig auf einem Abstraktionsniveau durchgeführt werden, das dem Anwender alle Informationen in seiner Sichtweise und unabhängig von ihrem Ursprung zur Verfügung stellt. Systeme, die die geforderte Flexibilität bei gleichzeitiger Kontrolle der modularen Strukturen gewährleisten, stützen sich auf ein Informationsmanagement, das auf dem in dieser Arbeit entwickelten Modellkonzept aufbaut. Künftige Lösungen, sei es auf übergreifender Ebene oder nur für Teilbereiche, werden sich deshalb beim Aufbau von rechnergestützten Werkzeugen für die Produkt- und Prozeßplanung an dem hier beschriebenen Ansatz orientieren.Ensuring the greatest possible flexibility in all stages of development and production is becoming increasingly important in view of difficult market conditions and ever faster changing customer needs. In the present work, a model concept is created that depicts information, processes and functional components within the product and process planning on an abstract level. This model serves as the basis for the construction of computer-aided tools and can be used integratively into production. The deficits of existing computer solutions shown in Chapter 2 above all show the problems of both heterogeneity and the very different perspectives of the people involved in the planning. An early consideration of implementation and implementation details in the development of these tools increases the diversification in the target systems even more. A comprehensive consideration and verification of the correct representation of the real section is no longer possible. In recent years, the use of object-oriented methods has increased, particularly in the area of program development. The elements in the modeling of reality sections correspond more closely to the human approach compared to the purely procedural languages of conventional software systems. At the same time, they enable the mapping of complex elements that remain transparent with the help of the inherent abstraction. The planning elements shown in Chapter 3 are mapped using the object-oriented constructs mentioned and structured for the area of product and process planning. It is important that there is a decoupling between product and resource information. This information gap is closed by a module that is able to provide the respective user views with the corresponding information on both sides. The description of the product within the model is shown in Chapter 4. By displaying the information as objects that control the planning process when instantiated, the product planner can define a neutral description in the form of product status transitions at any level of detail and according to his level of information. The neutral figure contains the tasks that should be carried out by the processes within the production. In contrast to a static view, chapter 5 on the connection of resources focuses on the depiction of the functional properties. Resource operations can thus be directly identified and checked as part of the objective function of process planning. Thanks to a flexible hierarchical structure, it is also possible to structure it according to various technological aspects. The combination of the two descriptive modules by means of a neutral component, which combines information from production and assembly technology requirements with functional, operation-oriented components, takes place in Chapter 6. The advantage of the PROCESS module is, on the one hand, the presentation of the amount of technology options as an information base that corresponds to the product planner provides process-oriented knowledge to its user perspective. On the other hand, by mapping the technologies to resource-neutral operations, a decoupling of resource-related boundary conditions takes place, but at the same time the defined orientation of the technology solutions according to entrepreneurial criteria (costs, standards, etc.) In this way, the process planner has a network of solutions that shows the possible alternatives at every level of detail and in turn integrates the selected solution into the system. The explanations given in the chapters for the area of automated adhesive application are specified in Chapter 7 using an exemplary implementation of the PROCESS module. The coupling of this module to a real assembly cell shows the benefits of the concept for operation that go beyond the planning. The model concept shown in this work comprehensively takes into account the different structures and perspectives in the planning process. When developing computer-aided tools, a higher-level concept is therefore used that guarantees the integration of data, processes and functions. This leads to an increased demand for software solutions, which in future will no longer only be able to meet specific, isolated and specialized tasks, but will have to be integrated into an overall concept with a dedicated function at a higher level. The use of an object-oriented approach enables detailing in every phase of the development of solutions and at the same time represents a better equivalent for the mapping of human planning procedures. "Human resources" can therefore be integrated into the model without any problems. An advantage that will become increasingly important in the future will gain in order to be able to use human creativity as a potential for rationalization, which is possible to a much lesser extent with given, rigid structures. The developments in the field of "rapid prototyping" have already led to considerable savings in product development in recent years. Computer-aided tools are coupled with one another for a specific manufacturing process and the process chain is optimized for a dedicated area. The result of the planning is a physical model which, however, has to be created again and again as soon as a change is made to the product. Today, a system is required that allows changes in design, functionality, design, material, etc. at any stage of product development without the need for time-consuming re-planning Interactions with other areas should be shown in a very short time. "Virtual prototyping" follows an approach in which physical models are completely omitted in the planning and various computer-aided tools are linked using an internal computer model should be. The rationalization potential that this development methodology offers can be further increased significantly if individual components can be exchanged as desired and all planning instances are comprehensively mapped. It is important to consider far more extensive structures than before, to master and coordinate them. Due to the associated integration of multi-layered, distributed and heterogeneous information objects (text, image, sound, video, networks, etc.), the analysis and development of such systems can no longer be carried out exclusively at the data technology level, but must in future be carried out at an abstraction level which Provides users with all information in their perspective and regardless of their origin. Systems that guarantee the required flexibility while simultaneously checking the modular structures are based on information management that is based on the model concept developed in this work. Future solutions, whether at a comprehensive level or only for sub-areas, will therefore be based on the approach described here when building computer-aided tools for product and process planning