Planung von Fertigungskapazitäten mittels Integrativen Roadmapping innerhalb der Windenergieanlagenbranche (Wind-Power-Roadmapping)
Final Report Abstract
Innerhalb stark wachsender Märkte besteht die Herausforderung, entsprechend der Anforderungen des Marktes, zeitnah wirtschaftliche Fertigungskapazitäten zu realisieren. Hierdurch wird die Wettbewerbsfähigkeit von produzierenden Unternehmen innerhalb wachsender Märkte sichergestellt. Im Bereich der Windenergieanlagen ist in den letzten Jahren ein überdurchschnittliches Wachstum festzustellen. Unternehmen dieser Branche sind daher gezwungen Fertigungskapazitäten zeitnah zu planen und umzusetzen. Dies erfordert Methoden, welche die Planung von Produkten, Technologien und Fabriken unterstützen und nachhaltig wirtschaftliche Planungsergebnisse generieren. Eine am Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen (IFW) der Leibniz Universität Hannover entwickelte Methode ermöglicht es, die Synchronisation von Produkt-, Technologie- und Fabrikplanung unter Berücksichtigung von Wechselwirkungen vorzunehmen. Ziel dieses Projektes mit Verwertungspotential war die synchronisierte Planung von Fertigungskapazitäten zur Produktion von Bauteilen für Windenergieanlagen am Beispiel eines Rotorblatts unter Verwendung und praxisgerechten Weiterentwicklung dieser Methode. Die verfolgte Synchronisation der Produkt-, Technologie- und Fabrikplanung sollte auf der Berücksichtigung sämtlicher kausaler Wechselbeziehungen basieren. Hierfür waren ein ereignisorientiertes Prozesskettensimulationsmodell der Referenzprozesskette sowie ein Planungstool zur Anwendung der Methode im industriellen Umfeld zu entwickeln. Im Rahmen des Forschungsprojektes ließen sich folgende zentrale Ergebnisse erzielen: Die Portfolio-Analyse zur Markt- und Produktbewertung erlaubt die Gegenüberstellung von unternehmensexternen und -internen Einflussfaktoren, sodass sowohl die Marktattraktivität als auch die Wettbewerbsstärke von Windenergieanlagen bestimmt werden kann. Die vordefinierten Kriterien und Kategorien in Form von Kriterienkatalogen sowie die manuelle Erweiterbarkeit um branchenspezifische Kriterien erleichtern die Bewertung in der Produktplanung. Die Anforderungen an größere Rotorblätter bzw. Erschließung von neuen Märkten (z. B. Nordeuropa) resultieren in der Verwendung anderer Materialien (CFK statt GFK) sowie in der Entwicklung weiterer Produktvarianten (z. B. Enteisungssystem). Zur Bewertung und Vergleichbarkeit der Bewertungsergebnisse von Technologien wurde die Methode der Total Costs and Benefits of Ownership (TCBO) um den Ansatz des Net Present Value (NPV), einer Barwertmethode aus der Investitionsrechnung, erweitert. Diese ermöglicht die Verwendung eines unternehmensindividuellen Zinssatzes und die Vergleichbarkeit von Investitionen mit unterschiedlichen Lebenszyklen. Neben Fertigungstechnologien wurden die Anzahl der Produktionsmitarbeiter und deren Einsatzbereiche als wesentliche Fertigungsressource identifiziert, da diese aufgrund des hohen manuellen Arbeitsanteils einen starken Einfluss auf die Produktivität ausüben. Über eine Schnittstelle (Data Dynamics Exchange DDE) des Simulationsmodells mit einer MS Excel-Datei lassen sich die zu variierenden und bewertenden Planungselemente in der Technologie- und Fabrikplanung aufwandsarm in das Simulationsmodell einlesen. Mithilfe einer weiteren Schnittstelle zwischen Simulationsmodell und Planungstool lassen sich die Ergebnisse in die integrierte Planungsmethodik einbeziehen. Die strukturierte Vorgehensweise, Flexibilität und Erweiterbarkeit der Methoden sowie die Entwicklung des Planungstools in einer Standard-Software stellen eine Anwendung im industriellen Umfeld und Übertragbarkeit in weitere Anwendungsfelder und Branchen sicher. Die Anwendung im industriellen Umfeld bei Nordex hat gezeigt, dass neben dem Aufwand für die Datenbeschaffung und deren Qualität die Flexibilität und Erweiterbarkeit über das Potenzial der integrierten Planungsmethodik entscheiden. Zur Steigerung der Flexibilität wurde die Methodik um eine Auswahlmöglichkeit der zu betrachtenden Planungsfelder innerhalb des Planungstools erweitert. Neben der in diesem Projekt entwickelten Validierungsumgebung in Form eines Simulationsmodells können verschiedene Werkzeuge zur Datengewinnung genutzt werden, sodass die Methode auch ohne vorhandenes Simulationsmodell angewendet werden kann. Hierzu zählen Maschinen- und Betriebsdatenerfassungssysteme (MDE/BDE). Bei stark verketteten Produktionssystemen, einer Vielzahl zu variierender und sich bedingender Planungselemente innerhalb der integrativen Roadmap lassen sich die Wechselwirkungen jedoch nicht mit analytischen Methoden lösen, sodass auf Simulationen zurückgegriffen werden muss.
Publications
- Roadmapping zur Planung der Rotorblattproduktion - Synchronisation der Produkt-, Technologie- und Fabrikplanung, ZWF - Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb, 108 (2013) 9, S. 613-617
Denkena, B., Winter, F.
- Competence-based personnel deployment planning - Research results and transfer into practice, Fauser Partnermeeting 2014, 24.-25. September 2014, München, 24 Seiten
Winter, F.
- Simulation-based planning of production capacity through integrative roadmapping in the wind turbine industry, 9th CIRP Conference on Intelligent Computation in Manufacturing Engineering, July 23-25 (2014), Capri, 6 Seiten
Denkena, B., Winter, F.
