Ein Beitrag zum Produkt-Produktions-CoDesign durch eine Methode zur Modellierung der Abhängigkeiten und Ableitung von Entwicklungsrisiken und -potentialen = A contribution to product-production co-design through a method for modeling dependencies and deriving development risks and potentials

Durch die Mechatronisierung und Digitalisierung von Produkten, einem hohen Kundenbedarf an individuellen Produkten auf der einen Seite und die hierfür notwendigen flexiblen Produktionssysteme unter dem Einsatz von Industrie 4.0 Technologien auf der anderen Seite, steigt die Komplexität in der Entwicklung von Produkten und den zugehörigen Produktionssystemen. Für einen effizienten Produktentstehungsprozess müssen diese beiden Domänen integriert betrachtet werden und Methoden für das Produkt-Produktions-CoDesign entwickelt werden, die die Entwickler hierbei unterstützen. Eine große Herausforderung hierbei ist es, die Abhängigkeiten zwischen Produkt und Produktionssystem frühzeitig identifizieren zu können, um späte Änderungen im Produktentstehungsprozess zu vermeiden und damit die Entwicklungskosten zu reduzieren. In dieser Arbeit wird ein Vorgehensmodell samt Teilmethoden entwickelt, in dem auf Basis der Referenzsystemelemente aus dem Modell der PGE – Produktgenerationsentwicklung die Abhängigkeiten zwischen Produkt und Produktionssystem modelliert werden und die Ausbreitung von Änderungen in der in Entwicklung befindlichen Produktgeneration innerhalb und zwischen der Domänen Produkt und Produktionssystem untersucht werden. Hierzu werden einerseits Vorlagen für die Erfassung von Informationen aus den Ebenen Produktfunktion, Produktgestalt und Produktionsprozesse erstellt und andererseits eine Abhängigkeitsmatrix entwickelt, in der die komplexen Wechselwirkungen zwischen diesen Ebenen dargestellt werden. Daraus wird unter Einbeziehung des Neuentwicklungsanteils das technische Entwicklungsrisiko alternativer Lösungen im Produkt-Produktions-CoDesign ermittelt, welches den Entwicklern in der Entscheidungsfindung unterstützt. Des Weiteren wird eine Teilmethode entwickelt, mit der Entwicklungspotentiale durch Nutzung von Industrie 4.0 Technologien an Produkt und Produktionssystem in den jeweiligen Produktentstehungsaktivitäten identifiziert werden können und den damit verbundenen Aufwänden in Bezug auf notwendige Menge und Detailgrad der Daten aus dem Produktionsprozess gegenübergestellt werden. Die Anwendung der entwickelten Teilmethoden in Forschungsprojekten und Anwendungsfällen der industriellen Praxis zeigt deren Anwendbarkeit und deren prinzipiellen Nutzen. Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl Entwicklungspotentiale als auch -risiken identifiziert werden können und den Produkt- und Produktionssystementwicklern somit eine Unterstützung im Produkt-Produktions-CoDesign geboten wird

Impact and risk analysis in the integrated development of product and production system

The assessment of risks and influences of engineering changes of a product or production system on affected technical (sub-) systems of the same or a different domain are of great importance in order to evaluate possible alternatives and to select solutions. The increasing complexity of mechatronic products and production systems with Industry 4.0 technology reinforces the demand for a method that supports engineers in decision making in both technical and strategic issues. By using the method presented in this contribution, interdependencies between product functions, product features and the corresponding production processes and machines can be modelled and used to estimate the impact and risks of changes in one of those domains. Using the method, the change propagation of variations in and between the domains can be evaluated. The objective of the method is to support decision making in different use-cases like integrated product- and production system development, product variations while carrying over most of the production system or varying production processes while carrying over the product to improve production key performance indicators (KPI). Based on the model of PGE – Product Generation Engineering, the information of the reference system is used to identify the interdependencies. The inclusion of strategic factors like know-how and costs is implemented in the model, as well as the quantity and type of variations. The method consists of a representative model for a quick, holistic overview about the interdependencies and of a tool based model by using Model-Based Systems Engineering (MBSE) for an automatic connection and evaluation of the data. The contribution is part of the project I4TP - Sino German Industry 4.0 Factory Automation Platform (i4tp.org), in which a platform is developed to automatically configure a turnkey production system for a product in development

Procedure for Defining the System of Objectives in the Initial Phase of an Industry 4.0 Project Focusing on Intelligent Quality Control Systems

AbstractIndustry 4.0 describes the fourth industrial revolution, which leads to an intelligent, connected and decentralized production. A core aspect is a continuous communication between humans, machines and products during the production process enabled by cyber physical production systems (CPPS). The overall aim is to increase cost- and time-efficiency, and improve product quality, which requires a broad understanding of the enabling technologies as well as methods and tools. Within this paper, one production process (spring coiling) with three different involved value adding companies is analyzed to identify quality related production issues that shall be addressed with an intelligent condition monitoring based quality control system. The research addresses both machine related and organizational process analysis. Therefore, a comprehensive descriptive model has been developed to represent the relevant systems, their interfaces, interdependencies and influence parameters. This paper presents the procedure to develop the descriptive model, including other generated documents to define the system of objectives incorporating the technical and the value adding partners’ requirements

Development of a Wear Model of a Manufacturing System Based on External Smart Production Data on the Example of a Spring Coiling Machine

Industry 4.0 is mostly used to reduce production waste, lead times and costs and to increase flexibility. In this paper, the authors present an approach how to use Industry 4.0 data to support the development of a new generation of a manufacturing system based on production and sensor data acquired at an external, producing company. A wear model of forming tools is developed to support finding profiles for the next machine generation. In particular the production system developer can identify the customers load cases for the dimensioning of their next generation tools. Furthermore, predictive maintenance is supported by the acquired data