Development of a model and method for the characterization, assessment and configuration of communication concepts in factories in the context of industry 4.0
Structural Engineering, Building Informatics and Construction Operation
Final Report Abstract
Die Gestaltung und Optimierung von Kommunikationsstrukturen in Fabriken ist ein zentrales Thema. Insbesondere vor dem Hintergrund des kontemporären Trends Industrie 4.0 und der Digitalisierung zahlreicher Prozesse muss eine anforderungsgerechte und entsprechend reibungslose Kommunikation gewährleitet sein. Ein koordiniertes Agieren der Akteure (Mensch oder Maschine) bestimmt dabei die zielgerichtete Leistungserstellung, die sich vorrangig in den Prozess- sowie Produktqualitäten, Koordinationskosten und Entwicklungszeiten widerspiegelt. Hierfür werden hohe Anforderungen an die Gestaltung der Kommunikation zwischen den Akteuren gestellt. Auch bei Verwendung eines geeigneten Kommunikationsmediums besteht die Möglichkeit, dass die Kommunikation durch das Auftreten von Barrieren an den Kommunikationsstellen (z.B. Nutzung unterschiedlicher Fachsprachen) erschwert wird. Um eine erfolgreiche, dynamische Kommunikation und somit eine zielgerichtete sowie störungsfreie Zusammenarbeit der Akteure zu gewähren, müssen Handlungsmaßnahmen zum Umgang mit Kommunikationsbarrieren aufgestellt werden. Das DFG-Projekt „Entwicklung eines Modells und einer Vorgehensweise zur Beschreibung, Bewertung und Gestaltung von Kommunikationskonzepten in Fabriken im Kontext von Industrie 4.0 (Komm 4.0)“ hat sich vor diesem Hintergrund das Ziel gesetzt, die durch Industrie 4.0 bedingten Veränderungsauslöser und Anforderungen identifizierbar zu machen. Darauf basierend sollte eine systematische Vorgehensweise zur Beschreibung, Bewertung und Gestaltung von Kommunikationskonzepten entwickelt werden. Somit lag der Fokus auf der anforderungsgerechten Kommunikation zwischen Systembestandteilen der Fabrik im Kontext Industrie 4.0. Zur Zielerreichung wurden sechs zentrale Forschungsfragen formuliert (vgl. Abschnitt 2.1). Zur Beantwortung dieser Fragen setzte ein Forschungsverbund von Mitarbeitern des Instituts für Fabrikanlagen und Logistik (IFA) der Gottfried Wilhelm Leibniz Universität Hannover und der WISSENSARCHITEKTUR - Laboratory of Knowledge Architecture (WA) des Instituts für Gebäudelehre der Technischen Universität Dresden fünf Arbeitspakete um. Das zentrale Ergebnis des Forschungsprojektes ist ein Konzept, welches von produzierenden Unternehmen zur Bewertung und Optimierung der Kommunikation zwischen den Systembestandteilen ihrer Fabrik mit dem Fokus auf Industrie 4.0 herangezogen werden kann. Zur Unterstützung der Anwendbarkeit des entwickelten Konzepts wurde ein softwarebasiertes Anwendungstool entwickelt. Ein wesentlicher Bestandteil des Konzepts ist dabei ein umfassender Maßnahmenkatalog, so dass Unternehmen konkrete Handlungsmaßnahmen zur Verbesserung ihres Kommunikationskonzepts unterbreitet werden können. Im Laufe des Projektes wurden dazu die Grundlagen geschaffen. Es wurde ein Beschreibungsmodell zur Darstellung der relevanten Veränderungen der Kommunikations- und Informationsprozesse zwischen den Systembestandteilen der Fabrik, welche durch Industrie 4.0 hervorgerufen werden, erstellt. Aus den identifizierten Veränderungsauslösern wurden künftige Anforderungen an die Gestaltung des Kommunikationskonzepts erschlossen und in operationalisierter Form in das Beschreibungsmodell integriert. Auf dieser Basis wurden zudem Kommunikationsbarrieren an den Schnittstellen der Systembestandteile identifiziert und mittels einer umfangreichen Literaturrecherche, Analysen industrieller Best-Practices sowie Studien über die Implementierung von Industrie 4.0 Maßnahmen zu ihrer Beseitigung entwickelt. Das entwickelte Modell, die Bestandteile des Kommunikationskonzepts sowie die Kommunikationsbarrieren und Maßnahmen zu ihrem Abbau wurden dabei stetig in Zusammenarbeit mit Industriepartnern überprüft und validiert. Die Erkenntnisse wurden nachfolgend zu einem qualitativen Wirkmodell weiterentwickelt, das die Ursache-Wirkbeziehungen zwischen den Veränderungsauslösern, den operationalisierten Elementen des Kommunikationskonzepts und den abgeleiteten Handlungsmaßnahmen abbildet. Das softwarebasierte Anwendungstool beruht auf dem Wirkmodell und bildet die zuvor konzipierte Vorgehensweise zur systematischen Erfassung, Bewertung und Gestaltung der Kommunikationskonzepte in anwendungsunterstützender Form ab. Es liefert konkrete Handlungsmaßnahmen, die auf der Analyse der erfassten Daten über den momentanen Zustand des Kommunikationskonzepts des jeweiligen Unternehmens beruhen. Das Anwendungstool wurde ebenso wie die Modelle in Zusammenarbeit mit Industriepartnern kleinschrittig in Hinblick auf Korrektheit und Anwendbarkeit validiert. Im Verlauf des gesamten Forschungsprojektes wurden die gewonnenen Erkenntnisse auf einer Konferenz sowie national und international in Fachzeitschriften publiziert. Daraus ergaben sich neue Kontakte auf internationaler Ebene in Wissenschaft und Praxis. Während des Projektes „Komm 4.0“ entstanden eine studentische Projektarbeit sowie vier Masterarbeiten. Zudem werden die erzielten Ergebnisse dieses Forschungsprojektes in die Lehre des Instituts für Fabrikanlagen und Logistik sowie der Wissensarchitektur integriert. Durch das Projekt wird die bisher bestehende Forschungslücke über eine umfassende und fundierte Beschreibung, Bewertung und die daraus resultierende anforderungsgerechte Gestaltung von Kommunikationskonzepten in Fabriken mit dem Fokus auf die durch Industrie 4.0 hervorgerufenen neuen Anforderungen an Kommunikations- und Informationsprozesse geschlossen. Die gewonnenen Erkenntnisse werden sowohl im wissenschaftlichen als auch im industriellen Kontext verbreitet und weiterentwickelt. Im Laufe des Projekts wurde das AP 4 parallel zu AP 3 in Anlehnung an das Vorgehen einer agilen Softwareentwicklung durchgeführt, anstatt es phasenweise nach Abschluss des AP 3 zu validieren. Durch die Synchronisation der konzeptionellen Erstellung des in AP 3 entwickelten Modells (Wirkmodell, Vorgehensmethode und Anwendungstool) konnten Anforderungen und Funktionalitäten schnell und verhältnismäßig aufwandsarm evaluiert und abschließend validiert werden. Somit konnten Anpassungsbedarfe dynamisch und direkt in die Ergebnisse des AP 3 einfließen. Grund für das alternative Vorgehen war die sich im März 2020 stark entwickelnde COVID-19-Pandemie und eine eingeschränkte Zugänglichkeit der Projektpartner und ihrer Unternehmen. Längere Vor-Ort-Termine für Workshops bzw. eine Validierung in der ursprünglichen Form waren zu diesem Zeitpunkt nicht möglich. Das gewählte Vorgehen erwies sich dennoch als zielführend.
Publications
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Development of a Model for describing, evaluating and designing Communication Concepts in Factories in the Context of Industry 4.0. In: Nyhuis, P.; Herberger, D.; Hübner, M. (Eds.): Proceedings of the Conference on Production Systems and Logistics : CPSL 2020. Hannover : Institutionelles Repositorium der Leibniz Universität Hannover, 2020, S. 418-425
Park, Yeong-Bae; Hingst, Lennart; Nyhuis, Peter; Kelber, Michael; Noennig & Jörg Rainer
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Operationalisation Of Communication Structure Requirements In Factories In The Context Of Industry 4.0. In: Journal of Production Systems and Logistics 1 (2021), 17
Park, Y.-B. & Nyhuis, P.
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Development Of A Software-based Tool For Factory Communication Structure Evaluation In The Context Of Industry 4.0. In: Journal of Production Systems and Logistics 2 (2022), 4
Park, Y.-B.; Papke, L. & Nyhuis, P.
