Übersicht abgeschlossener Forschungsprojekte

Die Ziele des Forschungsvorhabens sind die Optimierung des Durchsatzes und der Energieeffizienz durch den Einsatz situationsabhängiger Lagerstrategien sowie ein Modell für Anwender zur Planungsunterstützung oder Bestimmung der optimalen Lagerstrategie eines bereits bestehenden Shuttle-Systems. Diese Systeme können dann sehr genau geplant und eingesetzt werden, da genaue Ergebnisse zu Durchsatz und Energieeffizienz durch das Modell ermittelbar sind. Durch den geringeren Energiebededarf und den daraus folgenden geringeren Betriebskosten können Shuttle-Systeme einfacher für KMU zugänglich gemacht werden. Bei bestehenden Shuttle-Systemen ist keine zusätzliche Hardware zur Steigerung des Durchsatzes erforderlich. Dadurch erfolgt eine wirtschaftlichere Nutzung der vorhandenen Hardware. Bestehende Shuttle-Systeme bei KMU können durch Anwendung der situationsabhängigen Lagerstrategien optimiert werden. Anbieter von Shuttle-Systemen und Lagerverwaltungssystemen können die Lagerstrategien für ihre Software verwenden und ihren Kunden verbesserte Systeme anbieten. Durch die Online-Schnittstelle ist das Modell frei verfügbar und jederzeit einsetzbar, um Ergebnisse bzgl. des Einsatzes situationsabhängiger Lagerstrategien und der Optimierung von Durchsatz und Energieeffizienz zu ermitteln. Im Rahmen von Publikationen in praxisnahen und wissenschaftlichen Zeitschriften, durch die Teilnahme an Kongressen sowie die Einbringung in Gremien und Arbeitskreisen sollen die Ergebnisse einer breiten Zielgruppe zugänglich gemacht werden.

Da auch KMU zunehmend in komplexen, globalen Wertschöpfungsnetzwerken agieren, stehen sie vermehrt vor der Herausforderung, trotz langen Wertschöpfungsketten mit vielen involvierten Partnern und divergierenden Standortfaktoren (bspw. Qualifikationsniveau, Prozesstechnologie, Liefergüte) die geforderte Qualität des Endprodukts unter minimalen kumulierten Fehlerverhütungs- und Prüfkosten sowie Lieferzeiten zu gewährleisten. Ziel des vorliegenden Antrags ist daher die Entwicklung einer Methodik, die die Ermittlung der optimalen unternehmensspezifischen Qualitätssicherungsstrategie bestehend aus einer standortübergreifenden Prüfstrategie (bspw. Prüfmerkmal, -mittel, -ort) und einer Kombination von Qualitätsmaßnahmen (bspw. Poka-Yoke Maßnahme, Prozessverbesserung, Lieferantenqualifizierung) unter Berücksichtigung verschiedener Standortrollen (bspw. Leitwerk, Low-Cost Produktion) im Wertschöpfungsnetzwerk ermöglicht. Zur Modellierung der Qualitätssicherungsstrategie werden zunächst mit Hilfe des weiter zu entwickelnden Instruments der Qualitäts-Wertstromanalyse die relevanten Prozesse aufgenommen und in eine Ablaufsimulation überführt. Die verschiedenen Standortrollen werden durch ein Multi-Agenten-System abgebildet, welches mit der Ablaufsimulation verknüpft wird. Auf Basis der Netzwerksimulation können Prüfstrategien und Qualitätsmaßnahmen für ein spezifisches Wertschöpfungsnetzwerk multikriteriell bewertet werden. Dieser Ansatz bietet produzierenden Unternehmen quantitativ abgesicherte Empfehlungen zur Gestaltung der standortübergreifenden Qualitätssicherungsstrategie. So kann eine direkte Steigerung der Prozessqualität an allen Standorten und eine gleichzeitige Verringerung der Fehlerverkettung erreicht werden, da jeder Standort gemäß seiner Rolle optimal in die Qualitätssicherungsstrategie eingebunden wird. Kostenverursachende Qualitätsmängel im Prozess werden reduziert und gleichzeitig die Aufwände zur Qualitätssicherung effizienter und zielgerichteter eingesetzt.

Schlussbericht:

Sachbericht_PlanQ_19421.pdf

Das beantragte Projekt beabsichtigt die Optimierung von Lernprozessen in der Intralogistik anhand des Beispiels der manuellen Person-zur-Ware-Kommissionierung. Im Projekt werden Lernprozesse in der Kommissionierung auf kognitiver Ebene untersucht und mit den Ergebnissen der quantitativen Analyse von Lernkurven zusammengeführt, um Erkenntnisse über die wesentlichen Stellschrauben zur Optimierung der Lernprozesse zu gewinnen. Diese Erkenntnisse werden anschließend zur Bildung von in der Praxis anwendbaren Methoden-Bündeln in Form von Lern-Paketen herangezogen. Das Projekt wird über 24 Monate im Rahmen von sieben Arbeitspaketen von zwei Forschungsstellen (FS) bearbeitet. Das Institut für Fördertechnik und Logistik (IFT/FS1) der Universität Stuttgart untersucht experimentell mittels Probandenversuchen in einem Modelllager den Lernprozess im frühen Stadium der Einarbeitung in der Kommissionierung. Das Institut für Angewandte Forschung (IAF/FS2) der Hochschule Pforzheim mit Beteiligung des Instituts für Personalforschung (IfP) evaluiert die Praxiserfahrungen der beteiligten industriellen Anwender hinsichtlich Qualifizierung und Kompetenzentwicklung und analysiert empirisch deren Kommissionierdaten. Es untersucht dabei auch die qualitativen Dimensionen der Lernprozesse, deren Wirkung im fortgeschritteneren Stadium des Lernens noch zu erkennen sind. Durch die Nutzung der im Projekt erarbeiteten Empfehlungen zur Optimierung von Lernprozessen sollen dem Anwender Kostenersparnisse und Flexibilitätssteigerungen ermöglicht werden. Diese Vorteile ergeben sich u. a. aus der Optimierung und Standardisierung von Anlernprozessen bzw. aus dem effizienten Einsatz von Zeitarbeit, Job-Rotation und Springern in intralogistischen Prozessen. Ausgehend vom geringer Automatisierungsgrad sowie von den knappen Personal- und IT-Ressourcen bei KMU wird prognostiziert, dass insbesondere der Mittelstand von den Projektergebnissen profitiert.

Schlussbericht:

Sachbericht_LernLager_final.pdf

Die termingerechte Fertigstellung, Lieferung und Inbetriebnahme einer Anlage ist ein entscheidender Wettbewerbsfaktor für den kundenindividuellen Anlagenbau der Unikat- und Kleinserienfertigung. Bei der Planung neuer Projekte kann das erworbene Wissen des Managements und der Fachplaner allerdings nicht 1:1 übertragen werden, da die Parameter und insbesondere die Dauer der logistischen Prozesse von dem jeweils zu betrachtenden Bauteil abhängig sind. Aus diesem Grund schätzt man heute nur grob diese Prozessdauern ab und plant kostspielige Zeitpuffer ein. Den meisten KMU dieser Branche fehlt es an einer praktikablen Methodik, um exakte Terminplanungen für die Prozesse vorzunehmen und eine hohe Planungsqualität zu erreichen. Hier setzt dieses Vorhaben an. Die Methodik soll basierend auf historischen Projektdaten mittels Datenanalysen und Expertenwissen Prognosemodelle schaffen, um eine abgesicherte Schätzung der Dauer logistischer Prozesse durchführen zu können. Eine derartige Methode, die deutlich zur Risikominimierung bei der Projektplanung beiträgt, existiert heute nicht. Zur Konzeption der Methodik werden die in der Unikat- und Kleinserienfertigung vorhandenen Logistikprozesse klassifiziert und allgemeingültig über ihre Parameter beschrieben, die wiederum in quantifizierbare Wirkzusammenhänge zur Prozessdauer gestellt werden. Ein Methodenbaukasten stellt um Expertenwissen ergänzte Datenanalysemethoden zur Verfügung, die zur Prognose der Prozessdauern basierend auf historischen Daten genutzt werden und die Güte der Prognose zu einem gegebenen Signifikanzniveau ermitteln. Diese Prognosen bilden die Grundlage für eine anschließende simulationsgestützte Absicherung des Gesamtprojektplans. Eine formalisierte Vorgehensmethodik erlaubt die unternehmensspezifische Adaption des Methodenbaukastens. Der wissenschaftliche Anspruch liegt in der Konzeption der Methodik zur korrekten Ableitung des Expertenwissens und der validen Quantifizierung der Prozessparameterwerte.

Valide Planung der Dauer logistischer Prozesse in der Unikat- und Kleinserienfertigung

SimCast_BVL_Webseite_final3.pdf

Schlussbericht_SimCast_19371_korrigiert.pdf

Ziel ist die Erarbeitung eines Vorgehens mit dem KMU zum einen echtzeitdatenbasierte Kennzahlen (KeZa) auswählen und ihren Nutzen, insbesondere den Zeitvorteil bei Verwendung echtzeitdatenbasierter KeZa, bewerten können und zum anderen die Integration in Form eines mobile Shopfloor-Reporting vornehmen können.
Ausgehend von der Identifikation echtzeitdatenbasierter KeZa auf dem Shopfloor in AP1 wird ihr Einsatz in AP 2 bewertet. Im Fokus von AP 3 steht die Entwicklung von Möglichkeiten zur Integration in das bestehende Reporting. Nach der Erarbeitung von Möglichkeiten für das echtzeitdatenbasierte mobile Shopfloor-Reporting, erfolgt in AP 4 die Validierung des Vorgehens in einer Modellfabrik, bevor anschließend in AP 5 mit Hilfe der validierten Ergebnisse ein softwarebasierter Reporting-Werkzeugkasten für die KMU entwickelt wird. Die Forschungsergebnisse werden im Rahmen von AP 6 dokumentiert.
Zentrales Projektergebnis ist der softwarebasierte Reporting-Werkzeugkasten. Mit diesem wird es KMU möglich:
1) Die Eignung von echtzeitdatenbasierten KeZa auf dem Shopfloor zu beurteilen und Möglichkeiten für deren Einsatz in Echtzeit auf dem Shopfloor zu entwickeln
2) Den Nutzen echtzeitdatenbasierter Kennzahlen zu bewerten
3) Ein echtzeitdatenbasiertes mobile Shopfloor-Reporting umzusetzen.
Der Nutzen für KMU besteht darin, dass sie aufgrund der Ergebnisse wissen, wie sie die zur Verfügung stehenden echtzeitdatenbasierten KeZa gezielt zur Ausschöpfung von Produktivitätspotenzialen und damit zu Verbesserung der Gesamtanlageneffektivität (Overall Equipment Efficiency, OEE) nutzen können. Denn es können Probleme und Störfälle auf dem Shopfloor schneller erkannt werden. Dadurch kann schneller auf die Probleme und Stör-fälle reagiert werden, was Ausschuss, Nacharbeit oder Störzeiten reduziert. Es führt demnach zu Produktivitäts- und Umsatzsteigerungen sowie Kostensenkungen.

Schlussbericht:

Abschlussbericht_ShopfloorPulse_19372_N.pdf

Im Maschinen- und Anlagenbau hat die Erfüllung kundenindividueller Produktwünsche in den letzten Jahren eine wettbewerbsbestimmende Bedeutung erreicht. Besonders bei hochpreisigen und hochkomplexen Investitionsgütern spielen an den Kundenprozess angepasste Sonderlösungen und die zugehörigen Serviceleistungen eine kaufentscheidende Rolle. Dieser Individualisierungstrend hat tiefgreifende Auswirkungen auf die Produktionslogistik. Durch die nach hinten verlagerten Design- und Technologieentscheidungen stehen zur Produktionsplanung benötigte Konstruktionsdaten nicht früh genug zur Verfügung. Arbeitspläne sind in der betrieblichen Praxis somit oftmals lückenhaft bzw. beinhalten nur grobe Schätzwerte, wodurch von einem Daten-Gap gesprochen werden kann. Die sinkenden Produktionszahlen für eine Variante führen zu höheren Planungskosten je Stück bei gleichzeitig abnehmendem Erfahrungsschatz. Für kleine und mittlere Unternehmen (kmU) in hochspezialisierten Industriezweigen führen diese Umstände zunehmend zu einem ungünstigen Planungskosten-Nutzen-Verhältnis. Die Produktionsplanung kann hierdurch erschwert werden oder ganz unterbleiben. Die zur Herstellung schließlich erforderliche Produktionssteuerung kann dann nur auf spärliche oder gar keine Planungsdaten zurückgreifen. Die Steuerung der Produktion geschieht infolge der lückenhaften und unsicheren Datengrundlage dann intuitiv-operativ zusammen mit den hieraus in aller Regel resultierenden Lieferverzögerungen, Mehrkosten oder Qualitätsproblemen. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer Planungsmethodik zur Kompensierung von Daten-Gaps auf Basis von Topologie-Bausteinen und einer darauf aufbauenden operativen Steuerungssystematik für kmU mit hoher Produktvariabilität und -komplexität bei gleichzeitig kleinsten Stückzahlen. Diese soll es kmU ermöglichen, eine der angestrebten Produktqualität entsprechenden logistischen Zielerfüllung zu erreichen, insbesondere der einer hohen Termintreue.

Kombinierter Straßen-/Schienengüterverkehr (KV) kann für KMU-Speditionen ein Ansatz zur erfolgreicheren Positionierung in einem durch geringe Margen und hohen Wettbewerbsdruck geprägten Transportmarkt sein. Die Vielzahl der Schnittstellen beim Umschlag zwischen den Verkehrsträgern und die damit verbundene erhöhte Komplexität der Transportorganisation stellen jedoch im Vergleich zum unimodalen Straßengüterverkehr (SV) wesentliche Eintrittsbarrieren für KMU-Speditionen dar. Zudem treten im Vergleich zum SV aufgrund der Mehrgliedrigkeit der Transportkette zusätzliche Unsicherheiten an Knoten (z.B. Umschlagterminals) und Kanten (z.B. Vor-, Haupt- und Nachlauf) bei der Durchführung der Transportdienstleistung auf. Während KMU-Speditionen beim SV die Transportkosten mit vergleichsweise einfach handhabbaren Fahrzeugkostenrechnungen sowie Transportdauern und -pünktlichkeit mit kommerzieller Routenplanungssoftware bestimmen können, stellt die Abschätzung dieser Größen beim KV KMU-Speditionen vor große Herausforderungen. Zielsetzung des Projekts ist es daher, eine Vergleichsmöglichkeit der Kosten- und Qualitätskriterien (Transportdauer, -pünktlichkeit und Umweltverträglichkeit) relationsbezogen für den KV und SV unter Berücksichtigung verschiedener Unsicherheitseinflüsse umzusetzen, um die Evaluation des KVs als systematische Erweiterung des Dienstleistungsangebots bei KMU-Speditionen zu ermöglichen. Im Ergebnis erhalten KMU-Speditionen eine Auswertung ihrer individuellen Relationen, die eine hohe KV-Affinität aufweisen. Hierdurch soll die strategische Entscheidung zur Nutzung des alternativen Verkehrsmittels KV im Rahmen der Verkehrsmittelwahl unterstützt werden. Das angestrebte Ergebnis ist eine über eine Internetplattform zugängliche Simulationsanwendung, welche die KV-Machbarkeit von Relationen mit Quelle oder Ziel in Deutschland (insbesondere unter Berücksichtigung der TEN-T Korridore) aus der individuellen Unternehmensperspektive simulationsbasiert bewertbar macht.

Immer kürzer werdende Produktlebenszyklen, kürzere Wartezeiten und eine größer werdende Vielzahl an individualisierten Produkten stellen Unternehmen vor neue Herausforderungen. Diesem Wandel müssen sich heutige Materialflusssysteme anpassen. Wandlungsfähige Systeme, die schnell auf sich ändernde Bedingungen reagieren, sind zum Teil schon auf dem Markt erhältlich. Es ist jedoch eine weitere, deutliche Steigerung denkbar, die mit dem vorliegenden Antrag unterstützt werden soll. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines hochflexiblen und einfach in bestehende Systeme zu integrierenden Lokalisierungs- und Navigationssystems, das Blackboard-System. Ein wichtiger Aspekt bei der Funktionsweise fahrerloser Transportfahrzeuge (FTF) ist das Wissen um deren Position. Beim Blackboard-System wird die Position über eine externe, an der Hallendecke installierte Tiefenbildkamera ermittelt und über ein virtuelles „schwarzes Brett“ (Blackboard) an alle FTF weitergeleitet. Zusätzlich zu den FTF werden auch andere Verkehrsteilnehmer und Hindernisse erkannt und deren Position auf dem „Schwarzen Brett“ veröffentlicht. Mit Hilfe der bereitgestellten Informationen hat jedes Fahrzeug einen detaillierten Überblick über seine Umgebung, sodass es flexibel auf Änderungen reagieren und seine Route individuell anpassen kann. Dabei kann das System sowohl alleine stehen, als auch in bestehende Infrastrukturen eingebunden werden. Zur Erprobung der einfachen Integration in bestehende Systeme, ist in einem ersten Schritt geplant, das Blackboard-System in ein spurgeführtes System zu integrieren. Vorausgehend wird untersucht, in welchen Situationen ein hohes Maß an Flexibilität notwendig ist. Damit eine fundierte Aussage über die Qualität des Lokalisierungssystems getroffen werden kann, werden eine Kreuzungssituation und ein Kommissionierbereich unter realitätsnahen Bedingungen nachgebaut und getestet. Projektbegleitend erfolgt eine kontinuierliche Veröffentlichung der Ergebnisse.

Schlussbericht:

1_Schlussbericht.pdf