Approaches of production planning and control under Industry 4.0: A literature review

Purpose: Industry 4.0 technologies significantly impact how production is planned, scheduled, and controlled. Literature provides different classifications of the tasks and functions of production planning and control (PPC) like the German Aachen PPC model. This research aims to identify and classify current Industry 4.0 approaches for planning and controlling production processes and to reveal researched and unexplored areas of the model. It extends a reduced version that has been published previously in Procedia Computer Science (Herrmann, Tackenberg, Padoano & Gamber, 2021) by presenting and discussing its results in more detail. Design/methodology/approach: In an exploratory literature review, we review and classify 48 publications on a full-text basis with the Aachen PPC model’s tasks and functions. Two cluster analyses reveal researched and unexplored tasks and functions of the Aachen PPC model. Findings: We propose a cyber-physical PPC architecture, which incorporates current Industry 4.0 technologies, current optimization methods, optimization objectives, and disturbances relevant for realizing a PPC system in a smart factory. Current approaches mainly focus on production control using real-time information from the shop floor, part of in-house PPC. We discuss the different layers of the cyber-physical PPC architecture and propose future research directions for the unexplored tasks and functions of the Aachen PPC model. Research limitations/implications: Limitations are the strong dependence of results on search terms used and the subjective eligibility assessment and assignment of publications to the Aachen PPC model. The selection of search terms and the texts’ interpretation is based on an individual’s assessment. The revelation of unexplored tasks and functions of the Aachen PPC model might have a different outcome if the search term combination is parameterized differently. Originality/value: Using the Aachen PPC model, which holistically models PPC, the findings give comprehensive insights into the current advances of tools, methods, and challenges relevant to planning and controlling production processes under Industry 4.0Peer Reviewe

Use-Case Studie eines auf der Nutzung von Handlungsfehlern basierenden AR-Lernsystems zur kritischen Reflexion der technischen Umsetzbarkeit

Empirische Untersuchungen haben gezeigt, dass das Verursachen von Fehlern und das Erleben von Fehlerkonsequenzen eine effektive Lerngelegenheit darstellen (Harteis, Bauer & Gruber, 2008, Kapur, 2015). Daher wird ein Lernsystem für die gewerblichtechnische Berufsbildung entwickelt, welches auf der Simulation von bestehenden Arbeitsprozessen basiert und die Repräsentation von aus menschlichen Handlungen resultierenden Fehlerkonsequenzen ermöglicht. Während der Nutzung des Systems arbeiten Lernende an einem realen Arbeitsplatz und können schwerwiegende, negative Handlungsfolgen statt in der Realität in AR erfahren. Die Fehlerkonsequenzen werden Lernenden durch die Integration einer Augmented-Reality-Anwendung (AR) visualisiert. Dieser Beitrag behandelt die technische Umsetzbarkeit eines solchen ARLernsystems. Hierzu wird ein eigens entwickelter Use-Case herangezogen, welcher eine realitätsnahe Arbeitsaufgabe abbildet

Systemkonzept und Modellierung beruflicher Handlungen im FeDiNAR-AR-Lernsystem

Bei Betrachtung des gegenwärtigen Stands der Ausbildung in gewerblich-technischen Berufen zeigt sich, dass es viele gute Ansätze zur Integration moderner Technologien gibt, um den Lernprozess zu unterstützen oder zu vereinfachen (z. B. Fehling, 2017; Bundesministerium für Bildung und Forschung, 2019). Die meisten technischen Ansätze eint, dass sie die Darstellung von Funktions- und Wirkzusammenhängen von technischen Systemen in Ausbildungs- und Lernsituationen unterstützen. Es reicht für die zukünftige Beruflichkeit vor dem Hintergrund verschiedener Szenarien (vgl. Frenz, Heinen & Schlick, 2015) jedoch nicht aus, lediglich Technologien abzubilden. Stattdessen müssen Fachkräfte bei der Problemlösung im realen Arbeitsprozess gefördert werden (vgl. z. B. Abele, 2014; Rauner, 2017). Im Gegensatz zu reinen Funktions- und Wirkzusammenhängen liegen hier multiple technische Systemzustände vor. Das FeDiNAR-Verbundprojekt möchte hierfür ein AR-gestütztes Lehr-Lernkonzept entwickeln, das sich auf die Ausführung von beruflichen Tätigkeiten bezieht und lernortübergreifend genutzt werden kann.[... aus der Einleitung

Entwicklung eines Verfahrens zur agentenbasierten Einsatzzeitgestaltung

Es wird ein agentenbasiertes Planungsverfahren vorgestellt, das die Vereinbarkeit von Berufs- und Privatleben des Personals besser als bisher gewährleisten soll. Dabei wird durch eine Verbesserung der Einsatzzeitplanung sowohl den individuellen Präferenzen des Personals als auch einer fairen Berücksichtigung der Arbeitszeitwünsche Rechnung getragen. Hinsichtlich der betrieblichen Anforderungen und deren Erfüllung durch die geplanten Einsatzzeiten des Personals erfolgt eine dynamische Bewertung der Arbeitsabläufe mit Hilfe der personalorientierten Simulation. Dissertation am Institut für Arbeitswissenschaft und Betriebsorganisation (Karlsruhe): Forschungsberichte aus dem Institut für Arbeitswissenschaft und Betriebsorganisation der Universität Karlsruhe ; Bd. 4

Compatibility of Work and Private Life through Socially Acceptable Working Time Configuration

Hospitals have to ensure continuous medical monitoring and care. Therefore, they have to be staffed 7 days a week for 24 hours. However, this may lead to conflicts between work and private lives of the employees. To reduce these conflicts, this research deals with the organization of socially acceptable working times. In order to improve an existing working time configuration, an agent-based approach has been developed. Within this approach, several optimization strategies have been implemented. To prove the efficiency of the developed approach, new key figures (e.g. rate of satisfaction) have been developed. In addition, a personnel-oriented simulation procedure is used which allows for a realistic modelling of hospital departments and for a comprehensive evaluation of solutions with approved key figures in a multi-criteria way. The inter-linkage between optimization approach and simulation tool will be demonstrated. Furthermore, the functionality and the experimental setup of the approach will be presented

Compatibility of Work and Private Life through Socially Acceptable Working Time Configuration

Hospitals have to ensure continuous medical monitoring and care. Therefore, they have to be staffed 7 days a week for 24 hours. However, this may lead to conflicts between work and private lives of the employees. To reduce these conflicts, this research deals with the organization of socially acceptable working times. In order to improve an existing working time configuration, an agent-based approach has been developed. Within this approach, several optimization strategies have been implemented. To prove the efficiency of the developed approach, new key figures (e.g. rate of satisfaction) have been developed. In addition, a personnel-oriented simulation procedure is used which allows for a realistic modelling of hospital departments and for a comprehensive evaluation of solutions with approved key figures in a multi-criteria way. The inter-linkage between optimization approach and simulation tool will be demonstrated. Furthermore, the functionality and the experimental setup of the approach will be presented

The Staff Assignment Graph – Planning, Evaluating and Improving Personnel Deployment in Assembly Systems

Part 1: Production ProcessInternational audienceWith regards to methods of assembly systems planning we are familiar with the depiction of the technical structure using capacity fields and graphs in addition to the modelling of assembly activities as a precedence diagram. However, no form of presentation has yet been defined that describes the assignment of staff within an assembly system. This paper discusses the concept of the staff assignment graph used to balance a hybrid assembly system, and in doing so marks a first attempt to close this gap and develop a more comprehensive planning method. The paper also explains how to evaluate staff assignment graphs and presents an algorithm for automatically generating them based on existing capacity graphs and taking a multi-criteria goal function into account

Darstellung von Zielkosten für Montagesysteme . Abbildung von Kostenverläufen zum Aufzeigen von Verbesserungsbedarfen

Die Herstellkosten eines Produktes werden durch Materialkosten und Fertigungskosten bestimmt, Fertigungskosten insbesondere durch Betriebsmittelkosten (Abschreibungen) und Personalkosten (Fertigungslöhne). Der Fachbeitrag beschreibt eine Vorgehensweise zur Darstellung von Montagekosten zum Vergleich von unterschiedlichen Montagesystemen an weltweiten Standorten. Diese Darstellung hat sich in der betrieblichen Praxis als hilfreich erwiesen, um Verbesserungsnotwendigkeiten aufzuzeigen