Methoden zur Kopplung von zentraler Planung und autonomer Steuerung in der Fertigung
Final Report Abstract
Die zunehmende Komplexität und Dynamik in industriellen Produktionsprozessen stellt neue Anforderungen an die Produktionsplanung und -steuerung. Einerseits gewinnt in vernetzten produktionslogistischen Prozessen in der intelligenten Fabrik die Zielgröße der Termintreue, und damit verbunden die strikte Einhaltung von Planvorgaben, zunehmend an Bedeutung. Andererseits rücken im Kontext von „Industrie 4.0“ dezentrale autonome Ansätze in den Vordergrund, welche eine verteilte Bewältigung der Dynamik ermöglichen. Zentrale Planungsverfahren und autonome Steuerungsansätze wurden in der Vergangenheit für verschiedene produktionslogistische Problemstellungen separat voneinander erarbeitet und bewertet. Ausgangspunkt für dieses Projekt waren Forschungsbedarfe hinsichtlich der Kopplung dieser Ansätze sowie bezüglich deren Auswirkungen auf die logistische Leistungsfähigkeit von Produktionssystemen. Aus Sicht der industriellen Praxis hat diese Verknüpfung eine hohe Relevanz. Gegenwärtig sind in industriellen PPS-Systemen vornehmlich zentrale Verfahren implementiert, welche eine autonome Entscheidungsfindung logistischer Objekte in der operativen Fertigung nicht berücksichtigen. Um dennoch die Vorteile autonomer Steuerungsverfahren in dynamischen Produktionssystemen nutzen zu können, ist eine Einbettung in vorhandene PPS- Systeme notwendig. Voraussetzung hierfür ist die Kenntnis über die wechselseitige Beeinflussung von zentralen und von autonomen Verfahren, worin die zentrale Motivation des Projektes lag. Zentrales Ziel des geplanten Vorhabens war die Entwicklung von Methoden für die Kopplung, Adaption und Parametrisierung von autonomen Steuerungsverfahren an zentrale Produktionsplanungsverfahren sowie die grundlegende Bewertung dieser neuen Ansätze. Damit sollte eine Stärkung der logistischen Leistungsfähigkeit und der Planerfüllung in produktionslogistischen Systemen erreicht werden. Weiterhin zielte das Projekt auf eine umfassende Evaluation gekoppelter Planungs- und autonomer Steuerungsverfahren, welche einerseits die logistische Leistung und andererseits die Planerfüllung umfasst, ab. In diesem Zusammenhang war die Analyse durch statische Leistungsindikatoren wie Durchlaufzeit, Bestand, Termintreue und Auslastung allein nicht ausreichend. Vielmehr sollte die Evaluation die Planrobustheit bzw. mögliche Abweichungen von dem Plan berücksichtigen. Um die Auswirkung autonomer Steuerungsverfahren auf die Planerfüllung bewerten zu können, sollte das beantragte Vorhaben auch die Entwicklung eines geeigneten Bewertungsverfahrens enthalten. Kernergebnis des Projekts ist ein Framework zur Auswahl geeigneter Methodenkombinationen für Unternehmen und Forscher. Insbesondere für Fertigungsleiter, Beratungen und Ingenieurbüros ist das Framework ein äußerst hilfreiches Tool. Um das Framework in die Anwendung zu bringen, müssten die bestehenden Portfolios an Methoden in eine Datenbank überführt werden und ein Softwaretool, z. B. in Java entwickelt werden, das die Berechnungen des Frameworks automatisiert durchführt. Darüber hinaus wurden auf Grundlage zahlreicher Simulationsstudien bestehende Methoden adaptiert und eine neue Methode der planorientierten Fertigungssteuerung entwickelt, um die Kopplung von zentraler Planung und autonomer Steuerung in der Fertigung mit hoher Leistung des Produktionssystems zu ermöglichen. Ein Nebenprodukt des Projekts ist ein multikriterielles Zielsystem, das neben logistischen Zielgrößen auch eine Bewertung der Planumsetzung bzw. der durch die autonome Steuerung induzierten Planabweichungen beinhaltet.
Publications
- Coupling order release methods with autonomous control methods - an assessment of potentials by literature review and discrete event simulation. In: International Journal of Production Management and Engineering, 3(2015)1, S. 43-56
Grundstein, S.; Schukraft, S.; Freitag, M.; Scholz-Reiter, B.
(See online at https://doi.org/10.4995/ijpme.2015.3199) - Evaluation approach for the identification of promising methods to couple central planning and autonomous control. In: International Journal of Computer Integrated Manufacturing, 29 (2015) 4, S. 438-461
Schukraft, S.; Grundstein, S.; Scholz-Reiter, B.; Freitag, M.
(See online at https://doi.org/10.1080/0951192X.2015.1066032) - Evaluation system for autonomous control methods in coupled planning and control systems. In: Teti, R. (Hrsg.): Procedia CIRP. Elsevier, Amsterdam, NL, 2015, S. 121-126
Grundstein, S.; Schukraft, S.; Scholz-Reiter, B.; Freitag, M.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.procir.2015.06.023) - Planorientierte autonome Fertigungssteuerung. In: wt Werkstattstechnik online, 105 (2015) 4, S. 220-224
Grundstein, S.; Schukraft, S.; Freitag, M.; Scholz-Reiter, B.
- Strategies for the Coupling of Autonomous Control and Central Planning - Evaluation of Strategies using Logistic Objectives Achievement and Planning Adherence. In: Proceedings IEEE International Conference on Systems, Man, and Cybernetics 2015. IEEE, New York, USA, 2015, S. 121-126
Schukraft, S.; Grundstein, S.; Freitag, M.; Scholz-Reiter, B.
(See online at https://doi.org/10.1109/SMC.2015.34) - Evaluation of Strategies for the Coupling of Central Planning and Autonomous Control in Dynamic Job Shop Environments. In: Applied Mechanics and Materials, 2016. (Best Paper Award für die Session "Organisation", 6. WGP-Jahreskongress)
Schukraft, S.; Grundstein, S.; Freitag, M.; Scholz-Reiter, B
(See online at https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/AMR.1140.457)
