Dissertationen

Meta-Lernen für die Instandhaltung

Die vorausschauende Instandhaltung überwacht den Zustand technischer Systeme zur frühzeitigen Prognose von Verschleiß und Störungen. Ihre Umsetzung scheitert in der Praxis jedoch oft an der Auswahl geeigneter Prognosemodelle, die Expertenwissen, Rechenzeit und annotierte Daten voraussetzt. Die Dissertation stellt daher ein dynamisches Meta-Lernverfahren vor, das Algorithmen für die multivariate Anomaliedetektion automatisch auswählt. Das Meta-Modell lernt aus vergangenen Aufgaben und nutzt produktionslogistische Kennzahlen als Rückkopplung, sodass es ohne konventionelle Label auskommt. Die Ergebnisse belegen eine zuverlässige Auswahl bei deutlich reduziertem Rechenaufwand. Damit leistet die Arbeit einen Beitrag zur breiteren Anwendbarkeit der vorausschauenden Instandhaltung.

Die Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) wird eingesetzt, um den Anforderungen an Flexibilität und Effizienz in der Kleinserien- und individualisierten Fertigung gerecht zu werden. Allerdings stehen bestehende MRK-Systeme vor Herausforderungen Sicherheit und Effizienz, da Aufgabenmodelle sowie robotische Verhaltensmodelle nicht integriert sind. Vor diesem Hintergrund entwickelt diese Dissertation ein strukturiertes hierarchisches MRK-Modell, das Aufgabenüberwachung, menschliches Verhaltensverständnis und Roboterverhaltenssteuerung umfasst. Anhand eines Montagefalls werden Verbesserungen in Sicherheit und Effizienz nachgewiesen. Die Arbeit steht im Einklang mit den Zielen von Industrie 5.0 durch Förderung menschenzentrierter Produktionssysteme.

Kognitive Mensch-Technik-Interaktion

In seiner Dissertation erforscht Jasper, wie Mensch und Roboter in modernen Produktionsumgebungen effektiver zusammenarbeiten können, um Montage- und Handhabungsprozesse flexibler, effizienter und menschorientierter zu gestalten. Er entwickelte eine Methode zur dynamischen Aufgabenverteilung zwischen Mensch und Maschine, eingebettet in eine Digital-Twin-basierte Steuerungsarchitektur. Der Digitale Zwilling fungiert als aktiver Vermittler, der Zusammenarbeit und gegenseitige Unterstützung ermöglicht und den Menschen als Problemlöser in den Fokus rückt. Die Ergebnisse zeigen, dass diese adaptive und kognitive Mensch-Technik-Interaktion die Effizienz und Anpassungsfähigkeit steigert und die Rolle des Menschen in der Produktion der Zukunft stärkt.

Auf dem Weg zu einer widerstandsfähigen Lieferkette für Mineralien

Mineralien wie Kupfer, Lithium, Kobalt und Elemente der Seltenen Erden sind für das Erreichen der globalen Netto-Null-Emissionen bis 2050 unverzichtbar. Um diese Zukunft zu sichern, muss die Mineralienversorgungskette zuverlässig und widerstandsfähig sein. Die Dissertation schlägt einen standardisierten Rahmen zur Modellierung der Resilienz im vorgelagerten Segment der Mineralienversorgungskette (MiSC) vor. Er integriert bergbauspezifische Resilienzkonzepte in ein standardisiertes Geschäftsprozessmodell und ermöglicht so eine konsistente End-to-End-Analyse sowie eine bessere Integration mit den nachfolgenden Stufen der Lieferkette. Zudem verbessert er die Entscheidungsunterstützung für das Risiko- und Störungsmanagement. Der Rahmen bietet Praktikern und Forschern einen Ausgangspunkt für die Gestaltung transparenterer, nachhaltigerer und widerstandsfähigerer Mineralienversorgungsketten.

Planungs- und Steuerungssystem für Automobilterminals

In der Arbeit wurde ein neues Planungs- und Steuerungssystem entwickelt, das die Prozesse des Fahrzeughandlings auf Automobilterminals effizienter und flexibler gestaltet. Ein besonderes Augenmerk lag auf der Berücksichtigung von Human Factors sowie dem automatisierten Handling von außerplanmäßigen Ereignissen. Das System wurde als ereignisdiskretes Simulationsmodell prototypisch umgesetzt und die Ergebnisse zeigen deutliche Produktivitätsgewinne gegenüber bisherigen Ansätzen. Das System kommt bereits heute in der Praxis zum Einsatz und die Umsetzung auf weiteren Terminals ist in Arbeit. Damit leistet die Dissertation einen praxistauglichen Beitrag zur Effizienzsteigerung des Fahrzeughandlings auf Automobilterminals.

Machine Learning in der energieeffizienten Produktion

Obwohl maschinelles Lernen die Energieeffizienz in der Fertigung verbessern kann, bleibt die Frage nach dem richtigen Zeitpunkt und der passenden Methode eine Hürde. Diese Dissertation untersucht, in welchen spezifischen Szenarien welche ML echte Vorteile gegenüber einander sowie traditionellen Verfahren bietet. Durch die Analyse von Praxis-Datensätzen deckt die Forschung die Abwägungen zwischen Modellleistung, Komplexität und Datenanforderungen auf. Der Kernbeitrag ist eine neuartige Methodik, umgesetzt in einer zugänglichen Low-Code-Plattform. Sie ermöglicht Experten wie Laien, die effektivsten Modelle für ihre Ziele auszuwählen und bietet Herstellern einen klaren Fahrplan für fundierte Entscheidungen zur Steigerung der Nachhaltigkeit ihrer Prozesse.

Offshore-Windparks spielen eine zentrale Rolle für die Energiewende. Ihre Errichtung ist jedoch stark wetterabhängig und mit hohen logistischen Kosten verbunden. Die Dissertation stellt eine neue Methode zum Online-Scheduling vor, die Unsicherheiten von Wetterprognosen systematisch berücksichtigt und mithilfe eines modellprädiktiven Steuerungsschemas und einer Mixed-Integer-Optimierung reaktive und zuverlässige Einsatzpläne für Installationsschiffe erzeugt. Die Methode ermöglicht nicht nur signifikante Kosteneinsparungen auf operativer Ebene, sondern liefert auch belastbare Grundlagen für strategische und taktische Planungen. Damit leistet die Arbeit einen wichtigen Beitrag zur Effizienzsteigerung bei der Realisierung nachhaltiger Offshore-Energieprojekte.

Effiziente Mensch-Roboter-Zusammenarbeit

Steigende Flexibilitätsanforderungen und der Kostendruck in der industriellen Montage stellen Unternehmen vor Herausforderungen. Für kleine bis mittlere Stückzahlen ist eine vollständige Automatisierung oft nicht wirtschaftlich, sodass die direkte Zusammenarbeit von Menschen und Robotern an gemeinsamen Arbeitsplätzen einen vielversprechenden technologischen Ansatz darstellt. Bislang stehen einer effektiven Einführung der Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) in die industrielle Montagepraxis allerdings noch verschiedene technische Herausforderungen gegenüber. Die Dissertation behandelt dabei den Forschungsgegenstand und die praktische Herausforderung einer effizienten Verteilung von Montageaufgaben zwischen Mensch und Roboter. Nach einer systematischen Literaturanalyse wird eine Klassifizierung bestehender Ansätze entwickelt und ein Referenzmodell für die MRK-Aufgabenverteilung konzipiert. Darauf aufbauend werden mehrere Methoden zur statischen und dynamischen Aufgabenverteilung entwickelt. Im Kern steht dabei die Entwicklung einer Methode zur dynamischen Ad-hoc Verteilung von Montageaufgaben sowie deren Gestaltung und Umsetzung als prototypisches Softwaresystem. Mit diesem wird einerseits die dynamische Ablaufsteuerung von MRK-Montageprozessen und andererseits eine intuitive Erstellung entsprechender Montageprozesse ermöglicht. Die entwickelten Methoden werden in mehreren Anwendungsszenarien erprobt und umfangreich evaluiert.

Ökologische Bewertung von Flugzeugkabinen

Verkehrsflugzeuge werden auch für die Mobilität der Zukunft eine wichtige Rolle spielen und zur globalen Vernetzung beitragen. Im Hinblick auf die gesteckten Ziele im Bereich der ökologischen Nachhaltigkeit steht die gesamte Luftfahrtindustrie jedoch vor enormen Herausforderungen. Daher werden von den Flugzeugherstellern und deren Zulieferern zum einen völlig neuartige, langfristig orientierte Flugzeugkonzepte entwickelt. Zum anderen wird nach kurzfristigen Möglichkeiten zur Erreichung der ökologischen Ziele gesucht. Entsprechend werden bestehende Flugzeugtypen kontinuierlich inkrementell weiterentwickelt. Darüber hinaus besteht für Fluggesellschaften die Möglichkeit zur kundenindividuellen Konfiguration der Flugzeugtypen, welche Auswirkungen auf die ökologische Nachhaltigkeit hat. Dies trifft insbesondere für die Flugzeugkabine zu und ist daher von hoher Relevanz für die Fluggesellschaften. Aus dieser Motivation heraus schlägt diese Arbeit eine Systematik für die ökologische Bewertung von Flugzeugkabinen zur Integration in diesen Prozess vor.

Selbststeuerung für Automobilterminals

Als zentrale Knotenpunkte der internationalen Fahrzeuglogistik müssen Automobilterminals auf dynamische Bedingungen flexibel reagieren. Herkömmliche Planungsprozesse bieten oft nicht die notwendige Anpassungsfähigkeit, um Effizienzpotenziale voll auszuschöpfen. Diese Dissertation entwickelt eine neue, auf selbststeuernden logistischen Prozessen basierende Planungsmethodik: Die pheromonbasierten Selbststeuerungsmethoden wurden durch Simulationsstudien validiert. Die Ergebnisse zeigen, dass der neue Ansatz die Leistung von Terminals verbessern kann und eine praxisnahe Umsetzung mit geringem Aufwand möglich ist. Diese Arbeit bietet einen Ausgangspunkt für weiterführende Forschung zur Optimierung und Entwicklung neuer Terminalplanungsansätze.

Neue Medien in der Produktentwicklung

Mitarbeitenden in der Produktentwicklung steht heute eine Vielzahl an Medien mit produktbezogenen Informationen wie zum Beispiel zu Produktverhalten und Nutzungsumgebung zur Verfügung. Diese Informationen sind nur dann hilfreich, wenn sie eine für den jeweiligen Anwendungsfall angemessene Qualität haben. Daher müssen Unternehmen Prozesse, die die Informationsqualität beeinflussen, verwalten. In dieser Dissertation wurde eine Methode zur Bedarfsanalyse für Nutzungsinformationen auf Basis einer Fallstudien- und Literaturanalyse entwickelt. Ursache-Wirkungs-Diagramme bilden den Kern der Methode. Die Methode wird durch eine eigens entwickelte webbasierte Anwendung unterstützt. Zwei Anwendungsfälle mit Unternehmen demonstrieren und evaluieren die Ergebnisse.

Kollaborative Fehlersuche

Die Entwicklung komplexer mechatronischer Systeme wie beispielsweise denen in Flugzeugen erfolgt in Supply Chains. Das Testen ist Teil der Entwicklung und dient der Überprüfung der Systemfunktion. Dabei können Funktionstests für die Integration von Komponenten, Modulen und Systemen zum Gesamtsystem fehlschlagen. Die Ursache für einen fehlgeschlagenen Funktionstest muss für eine erfolgreiche Integration behoben werden. Hierzu wird eine Fehlersuche benötigt, die im Rahmen der Dissertation entwickelt wurde. Das Ziel der Fehlersuche ist die Ermittlung von Indikatoren für die Ursache des fehlgeschlagenen Funktionstests. Die entwickelte Methode ermöglicht die Interoperabilität von Funktionstests und bietet darauf aufbauend Fehlersuchmethoden an.

Die Planung und Steuerung von Produktionsprozessen wird zunehmend zentralisiert und erfordert eine frühzeitige Terminplanung. Änderungen wie z.B. Eilaufträge führen oft zu kostspieligen Umplanungen. Autonome Produktionssysteme bieten die Möglichkeit, die logistischen Objekte zu befähigen, unabhängige Entscheidungen auf der Grundlage der aktuellen Bedingungen zu treffen. In dieser Arbeit wird die Rolle der Clustertopologie bei der Verbesserung der autonomen Steuerung untersucht. Die Simulationen der dezentralen Auftragsreihenfolge in den Clustern zeigen, dass die Berücksichtigung der Clustertopologie die logistischen Ergebnisse verbessert. Darüber hinaus erweisen sich Größe und Anzahl der Cluster als wichtige Parameter für die weitere Erforschung von autonomen Produktionssystemen.

Nutzungsdaten in der Produktentwicklung

Obwohl die zunehmende Menge an Produktnutzungsinformationen (PUI), wie z.B. Kundenrezensionen und Wartungsdaten, für die Entwicklung neuer Produktgenerationen immer wertvoller werden, gibt es bisher nur wenige Ansätze, diese systematisch für die Entscheidungsfindung in der Produktentwicklung zu nutzen. Das Ziel dieser Dissertation ist die Entwicklung eines umfassenden Ansatzes, um Produktentwicklern die für ihre aktuellen Aufgaben relevanten PUI zur Verfügung zu stellen. Der Ansatz besteht aus einer Methodik und einem Metamodell. Kern des Ansatzes ist die systematische Berücksichtigung des Kontextes der zu bearbeitenden Aufgabenstellung in der Produktentwicklung. Durch die Berücksichtigung des Kontextes werden dem Produktentwickler geeignete PUI zur Verfügung gestellt.

Automation of inflight services

Die Dissertation untersucht die Automatisierung der Bordverpflegung in der Luftfahrtindustrie. Die komplexe Natur dieses Bereichs erfordert die Verbesserung von Systemen sowohl innerhalb als auch außerhalb des Flugzeugs. In enger Zusammenarbeit mit der Industrie wurden Erfahrungen und Anforderungen gesammelt, und eine Passagierbefragung mit 1000 Teilnehmern wurde durchgeführt, um Bedürfnisse zu spezifizieren. Der Trend zur Individualisierung diente als Beispiel für den Wandel, der neue Entwicklungen erforderlich macht. Die entwickelte Methode ermöglicht die konsistente Entwicklung und Bewertung von Automatisierungskonzepten für die Bordverpflegung. Die Arbeit beleuchtet nicht nur ein wenig erforschtes Gebiet, sondern präsentiert auch einen neuen Ansatz, der Produktdesign, Prozessanalyse und Entscheidungsfindung integriert und somit neue Möglichkeiten für die frühzeitige Entwicklung von Automatisierungskonzepten eröffnet.

Angewandte Szenario-Simulation

Räumliche Konzentrationen von miteinander vernetzten Unternehmen und Institutionen entlang einer Wertschöpfungskette stellen für Unternehmen und Regionen einen erheblichen Wettbewerbsvorteil dar und werden Industrial Cluster genannt. Bestimmten Netzwerken in solchen Clustern, insbesondere der Clusterinitiative, obliegt die Aufgabe der strategischen Planung für das Cluster. Insbesondere die Familie der Szenario-Techniken bietet hier sehr gute Ansätze für die Strategiesuche und -entwicklung. In der vorliegenden Arbeit wurde eine erweiterte und als Softwaresystem vom Autor implementierte Variante der dynamisch-kausalen Cross-Impact Analyse zur simulativen Generierung und Strukturierung von Szenarien im Rahmen einer Fallstudie in einem Luftfahrtcluster angewandt.

Prognoseverfahren automatisch selektieren

Nachfrageprognosen auf Basis von Zeitreihen historischer Kundenbestellungen bilden die Grundlage der Produktionsplanung produzierender Unternehmen. Es existieren die Ansätze der Selektion eines Prognosemodells pro Zeitreihe und der Kombination der Prognosen mehrerer Verfahren. Zur Nutzung der Vorteile beider Ansätze wurde in dieser Arbeit ein hybrides Verfahren entwickelt, das für jede Zeitreihe datengetrieben entweder selektiert oder kombiniert. Das sogenannte Selbinationsverfahren wurde in einer empirischen Studie anhand industrieller Realdaten evaluiert und erzielte im Durchschnitt signifikant bessere Prognosen sowie ein besseres Verhältnis aus erreichtem Servicegrad und benötigtem Sicherheitsbestand als gängige Verfahren aus dem Stand der Forschung.

Trainingssimulatoren für die Fertigung

Trainingssimulatoren sind in Medizin, Luftfahrt, Militär und anderen Bereichen ein fester Bestandteil der Ausbildung. In der Fertigung werden sie aber nur vereinzelt eingesetzt. Bestehende Vorgehensmodelle zur Gestaltung von Trainingssimulatoren stammen aus Bereichen mit langer Historie simulationsbasierten Trainings und hinterfragen nicht dessen Anwendbarkeit. In der Dissertation wurde daher eine Analysemethode entwickelt, um den Mehrwert einer Trainingssimulation für konkrete Fertigungsaufgaben zu bestimmen. Die Evaluation in den Anwendungsfällen Schweißen, Fräsen, Kleben und additive Fertigung hat gezeigt, dass sich die Methode auch eignet, um Herausforderungen gegenüber Technologien der Mensch-Maschine Schnittstelle (HMI) zu identifizieren.

Lasten bei Offshore-Windkraftanlagen

Windkraftanlagen werden in der Regel für eine Lebensdauer von 20 bis 25 Jahren ausgelegt und müssen daher allen Umweltbedingungen standhalten, die in dieser Zeit vernünftigerweise erwartet werden können. Diese Arbeit konzentriert sich auf den Entwurfsprozess von Offshore-Strukturen und betrachtet drei Schritte, bei denen die derzeitigen Methoden zur Beschreibung der Umwelt und zur Berechnung der strukturellen Lasten zu Problemen führen können: (1) Modellierung der Wahrscheinlichkeitsverteilung der signifikanten Wellenhöhe, (2) Modellierung der gemeinsamen Verteilung von Windgeschwindigkeit und Wellenhöhe, (3) Bestimmung der gemeinsamen 50-jährigen Umweltextreme. Es werden neue Methoden zur Bewältigung dieser Schritte vorgeschlagen und bewertet.

Der intelligente Container

Cyber-physische Systeme können einen Beitrag zur Verbesserung der logistischen Qualität sowie zur Optimierung logistischer Prozesse leisten. Handelt es sich bei der Planung oder Optimierung logistischer Prozesse bereits um eine interdisziplinäre Aufgabe, wird diese durch den Einsatz von cyber-physischen Systemen um weitere Disziplinen erweitert. Vorhandene Modellierungskonzepte berücksichtigen dabei die bekannten Disziplinen, die „neuen“ Disziplinen Systems Engineering oder Elektrotechnik finden wenig bis keine Berücksichtigung. Durch das Zusammenwirken dieser Vielzahl an Disziplinen können Ineffizienzen bei der Konzipierung und Entwicklung von cyber-physischen Logistiksystemen entstehen. Aus diesem Grund wird in dieser Arbeit ein Modellierungskonzept entwickelt, das die Kommunikation der beteiligten Disziplinen verbessert und somit zu effizienteren Prozessen bei der Konzipierung und Entwicklung führt.

Optimale Lieferantenentwicklung für Originalhersteller

Die Kosten für die Beschaffung von Rohstoffen und Bauteilen machen mehr als die Hälfte des Gesamtgewinns der Originalhersteller (OEM) aus. Daher sind OEMs von ihren Zulieferern abhängig, und die Leistung der Zulieferer hat einen spürbaren Einfluss auf viele Produktaspekte wie Kosten, Qualität und Liefertreue. Folglich konzentrieren sich die OEMs zunehmend auf eine effizientere Lieferkette, indem sie die Entwicklung der Zulieferer nutzen. Wie bei anderen Investitionen besteht auch bei Investitionen in die Lieferantenentwicklung das Risiko, dass sich die geplanten Einnahmen nicht auszahlen. Daher müssen sich OEMs im Voraus über die Rentabilität ihrer Investitionen in die Lieferantenentwicklung im Klaren sein. Zu diesem Thema haben viele Forscher quantitative und qualitative Studien zur Lieferantenentwicklung durchgeführt. Sie haben versucht, verschiedene Aspekte dieses Konzepts zu untersuchen, wie z. B. die Ergebnisse der Lieferantenentwicklung, ihre Anwendungen oder ihre Bedeutung. Sie lieferten vertiefte Erkenntnisse über Investitionen in die Lieferantenentwicklung in Theorie und Praxis. In den vorgestellten Studien wurde die Lieferantenentwicklung in einer statischen Marktsituation betrachtet. Darüber hinaus boten sie keine Vorschläge zur Rentabilität der zur Rentabilität der Lieferantenentwicklung im Hinblick auf den Investitionszeitraum in einem dynamischen Markt.

Effiziente Regelung verteilter Systeme

Verteilte Systeme sind heutzutage in allen Bereichen präsent, z.B. in Form von Maschinen in Produktionsanlagen, kollaborativen Robotern oder autonom fahrenden vernetzten Fahrzeugen. Die Entitäten in solchen verteilten Systeme benötigen eine effiziente Koordination als auch Kommunikationsaustausch, um mit möglichst wenig Ressourcen der drahtlosen Technologien auszukommen. In der Arbeit wurde eine Quantisierung der Kommunikation zwischen den Systemen mit der Reduzierung des Kommunikationsaufwands entwickelt und darüber hinaus Nachweise zur Konvergenz und der Zulässigkeit von Lösungen erbracht. Darüber hinaus wurden auch dynamische Prioritätsregeln betrachtet und verschiedene Kriterien zur Beschleunigung der Konvergenz des Gesamtsystems untersucht.

Social Media zur Entscheidungsunterstützung

Wertschöpfungsketten in der Bekleidungsindus-trie sind sehr komplex und dynamisch. Bedarfs-vorhersagen sind schwierig, und Mode ist ein wichtiges Thema in sozialen Medien. Hier setzt die Dissertation an und stellt eine Methodik zur Verwertbarkeit von Daten aus sozialen Medien bereit. Der Forschungsansatz folgte strikt der Methode des Design Science Research. Als Arte-fakt wurde ein Prozessmodell entwickelt, das Text-Mining zur Informationsgewinnung aus Mode-Blogs nutzt. Die Realisierung des Prozess-modells erfolgt in der Modellierungssprache BPMN 2.0. Durch Experimente wurde der Zeit-versatz zwischen Blog- und realen Verkaufsda-ten über verschiedene Lieferkettenstufen hin-weg in einem realen Szenario nachgewiesen.

Design der Supply-Chain-Robustheit

Supply Chains agieren in einem unsicheren Kontext, in dem die zukünftige Entwicklung der Kundennachfrage und der verfügbaren Produktionskapazität von den Erfahrungen der Vergangenheit abweichen kann und gegebenenfalls die Erfüllung der Kundennachfrage verhindert. Die Arbeit adressiert diese Unsicherheit mit der Entwicklung einer Methodik zur Entscheidungsunterstützung für das Design robuster Supply Chains mittels der strategischen Allokation von Produktionskapazitäten. Im Gegensatz zu etablierten Planungstechniken unterteilt sie dabei die unendliche Anzahl an möglichen künftigen Entwicklungen unsicherer Parameter in lediglich zwei Gruppen. Im Mittelpunkt dabei: das Design der Gruppe, für die die Befriedigung der künftigen Kundennachfrage garantiert werden kann.

Zulässige Beanspruchung von Preforms

Bei der Produktion von Rotorblättern für Wind-energieanlagen werden textile Halbzeuge durch zahlreiche Handhabungsprozesse beansprucht. Dabei stellt sich die Frage, wie stark die Halbzeu-ge im Produktionsprozess belastet werden dür-fen, ohne dass Schäden im späteren Faserkunst-stoffverbund hervorgerufen werden. In dieser Dissertation wurde die Prozesskette zur Herstel-lung von Preforms unter dem Gesichtspunkt von Handhabungseffekten analysiert. Durch die ex-perimentelle Untersuchung von künstlich be-schädigten Textilproben konnte der Einfluss von Handhabungsbelastungen auf die Qualität von Preforms sichtbar gemacht werden.

Methode zur Prognose der Lieferzeit

Besonders in mehrgliedrigen Transportketten wird eine geeignete Vorhersagemethode benö-tigt, welche eine zuverlässige Prognose der Lie-ferzeit ohne Nutzung von Plandaten ermittelt. Der Literatur nach können allein Algorithmen des maschinellen Lernens adäquat mit dem komplexen und dynamischen Verhalten wäh-rend eines Transportes umgehen. In dieser Ar-beit wird mittels maschinellem Lernen eine sol-che Vorhersagemethode entwickelt und anhand von Daten einer realen Transportkette von Deutschland in die USA evaluiert. Bei einer durchschnittlichen Transportzeit zwischen 22 und 31 Tagen wurde, bezogen auf die tatsächli-che Lieferzeit, ein durchschnittlicher Fehler von 15 Stunden beziehungsweise 5 Prozent erreicht.

Human Factors in Produktionssystemen

Aufgrund der Integration cyber-physischer Sys-teme in die Produktion findet eine Veränderung der menschlichen Arbeit hin zu überwiegend kognitiven Aufgaben statt. Um diese sich verän-dernde Arbeit menschenorientiert zu gestalten, sind adäquate Schnittstellen zwischen Mensch und Maschine erforderlich. Diese können an-hand einer in dieser Doktorarbeit entwickelten Methode gestaltet werden. Diese Methode wur-de in umfangreichen Human Factors-Studien mittels einer Experimentalplattform validiert und konnte so potenzielle Gestaltungsgrund-sätze hervorbringen. Insgesamt können die Er-gebnisse zu einem besseren Verständnis der Me-chanismen zwischen den Human Factors und der menschlichen Arbeit beitragen.

Ziel: Zustandsorientierte Instandhaltung

Im Rahmen der Dissertation wurde ein Zustandsüberwachungssystem (Condition Monitoring System, CMS) entwickelt, das mithilfe des Komplexe-Ereignisverarbeitung-Ansatzes (Complex Event Processing, CEP) die Echtzeit-Überwachung eines Systemzustands erreicht, Störungsursachen identifiziert und den Zustand technischer Komponenten bewertet. Das erfordert neue, auf ereignisgesteuerten Architekturen basierende Informationslandschaften. Die Arbeit untersucht einerseits per Referenzmodell, wie die CMS-Struktur für den erfolgreichen Einsatz des CEP-Ansatzes entworfen werden muss, und andererseits die Methodik zur Konfiguration des CMS, damit Sensordaten verschiedener Komponenten in Echtzeit zur richtigen Einschätzung globaler Bedingungen zueinander in Beziehung gesetzt werden können.

Bewertung von flurfreien Containertransporttechnologien

Die Dissertation beschreibt eine Systematik zur szenariospezifischen Bewertung flurfreier Containertransporttechnologien. Trends des globalen Seeverkehrs wie die Zunahme der Anzahl internationaler Containerverkehre, die Vergrößerung der Containerschiffe und die Konsolidierung der Häfen führen zum Bedarf von Transporttechnologien, die eine andere als die konventionell genutzte Infrastrukturebene nutzen (flurfreier Containertransport). Die Arbeit beschreibt Technologien (u. a. Containerseilbahnen), die für einen flurfreien Containertransport eingesetzt werden können, und entwickelt eine Systematik für ihre szenariospezifische Bewertung. Diese wird in ein datenbasiertes Analysetool integriert und anhand einer exemplarischen Umsetzung für jeden verschiedenen Anwendungsfall.

Effizient vom Automobilwerk zum Händler

Der schnelle und kostengünstige Transport neuer Fahrzeuge vom Werk zum Händler, die sogenannte Fahrzeugdistribution, ist für Automobilhersteller ein wichtiger Wettbewerbsfaktor. Innerhalb der Dissertation wird untersucht, welchen Beitrag die automatische Identifikation von Fahrzeugen mit RFID-Technik hierzu leisten kann. Darauf aufbauend wird der Frage nachgegangen, ob der XML-basierte EPCIS-Standard geeignet ist, die so erzeugten Daten effizient den beteiligten Unternehmen zur Verfügung zu stellen. Die Ergebnisse der Arbeit weisen darauf hin, dass durch den Einsatz der beiden genannten Technologien die Transparenz in Distributionsprozessen gesteigert und somit deren Wirtschaftlichkeit verbessert werden kann.

Robustheit und Lösungsgüte verbessern

Der Faktor Unsicherheit unterscheidet heutige Entscheidungsprobleme von traditionellen mathematischen Optimierungsproblemen. Robuste Lösungen haben oft eine Verschlechterung der Lösungsgüte zur Folge, z.B. bei der Tourenplanung. Experimente im Rahmen der Dissertation zeigten erhebliche Verbesserungen gegenüber einem deterministischen Ansatz durch die Verfeinerung zum Static and Stochastic Capacitated Vehicle Routing Problem with Stochastic Demands. Das neue entwickelte mathematische Entscheidungsmodell basiert auf einer Mean Absolute Deviation-Zielfunktion (MAD). Sie kombiniert die Minimierung der erwarteten geplanten Transportkosten (Optimalität) und der mittleren absoluten Abweichung der Transportkosten der zweiten Stufe (Robustheit).

Nichtlineare modellprädiktive Regelung für industrielle Fertigungsprozesse mit rekonfigurierbaren Werkzeugmaschinen

Trotz der Risiken, die mit einem hohen Bestand an unfertigen Erzeugnissen (WIP), langen Vorlaufzeiten und einer geringen Liefertreue verbunden sind – insbesondere angesichts unvorhersehbarer Ereignisse –, spielt eine hochflexible Auftragsfertigung in heutigen Fertigungssystemen weiterhin eine wichtige Rolle. Anpassungen werden in der Regel durch arbeitsorientierte Ansätze erreicht. In seiner Dissertation befasst sich Qiang mit der maschinenbasierten Kapazitätsanpassung mittels rekonfigurierbarer Werkzeugmaschinen (RMTs) und schlägt vor, den WIP-Bestand direkt zu steuern. Um RMTs auf der operativen und taktischen Ebene effektiv einzubinden, schlägt er einen ergänzenden Rückkopplungsansatz unter Verwendung einer nichtlinearen modellprädiktiven Regelung (NMPC) vor. Anhand numerischer Simulationen zeigt er, dass der WIP-Bestand durch den Einsatz von RMTs so weit wie möglich asymptotisch stabilisiert werden kann.

Maschinenorientierte Kapazitätssteuerung

Heutzutage sehen sich Hersteller mit verschiedenen Herausforderungen konfrontiert, die sich aus den Kundenanforderungen hinsichtlich unterschiedlicher Produkttypen, Mengen und Liefertermine ergeben. Rekonfigurierbare Werkzeugmaschinen und die bedienerbasierte robuste Faktorisierung in teilerfremde Faktoren (RRCF) bieten die Möglichkeit, eine neue Strategie zur Kapazitätssteuerung zu etablieren. Das Hauptziel der Dissertation bestand darin, eine maschinenorientierte Regelungsstrategie zu entwickeln und diese mit der klassischen Proportional-Integral-Differential-Regelung (PID) zu vergleichen. Es wurde eine dezentrale Regelungsstruktur gewählt, und die Simulationsergebnisse zeigen, dass die RRCF-Regelungsmethode in der Lage ist, Eilaufträge und Verzögerungen innerhalb einer kürzeren Einschwingzeit zu bewältigen und weniger Überschwinger aufweist als die PID-Regelung.

Ad-hoc-Netzwerke in Fahrzeugen

Die Arbeit befasst sich mit den Herausforderungen an Vehicular Ad hoc Networks (VANET), die sich aus der hohen Mobilität der Fahrzeuge, ihrer kurzen Kontaktdauer und der Verkehrsüberlastung auf Straßen ergeben. Das vorgeschlagene MAC-basierte adaptive Link-Layer-Routing-Protokoll kombiniert die Funktionalität der Topologie mit positionsbasiertem Routing. Die Neuausrichtung des Routings auf der Datenverbindungsschicht (Link Layer) wird berücksichtigt. Neben der theoretischen Analyse von Anwendungen für den Einsatz in Fahrzeugen und der Darstellung von Flooding- und Routing-Verfahren zur Verbreitung von Warnungen in einem Netzwerk beschäftigt sich die Arbeit auch mit Experimenten zur Validierung der Nutzung von VANETs mit neuesten Technologien.

E-Mobilität in der Stadtlogistik

Der Einsatz elektrischer Nutzfahrzeuge (ECVs) kann die Verwirklichung eines nachhaltigen städtischen Güterverkehrs (UFT) unterstützen. Allerdings ist deren kommerzielle Nutzung bisher relativ gering geblieben. Die Eigenschaften von ECVs und die Präferenzen des UFT zu kombinieren und quantitativ zu bewerten, könnte die Marktdurchdringung erhöhen. Daher wurde in der Dissertation das Sustainable ECV-UFT Matching Concept entwickelt und mittels einer Simulationsplattform implementiert. Die Bewertungsmethodik markiert die Vielzahl der möglichen ECV-UFT-Kombinationen quantitativ bezüglich wirtschaftlicher, sozialer und ökologischer Gesichtspunkte. Die Bestimmungsmethodik dient Entscheidern anschließend zur Auswahl passgenauer Kombinationen.

Flexibles Netzwerkdesign-Modell

Heutzutage muss die Gestaltung eines Lieferkettennetzwerks den Betrieb zu möglichst geringen Kosten ermöglichen und gleichzeitig den bestmöglichen Kundenservice bieten sowie Umweltschutzstandards einhalten. Angesichts des Drucks auf Industrieunternehmen, gebrauchte Produkte zurückzunehmen, versucht die Dissertation, diesen Rückfluss durch die integrierte Gestaltung eines flexiblen Vorwärts-/Rückwärts-Lieferkettennetzwerks einzubeziehen. Ein zyklisches, siebenstufiges Logistiknetzwerkproblem wurde als NP-schweres gemischt-ganzzahliges lineares Programmierungsmodell formuliert. Dieses integrierte, mehrstufige Modell wird durch die Verwendung eines vollständigen Liefergraphen im Vorwärtsfluss ergänzt. Um eine nahezu optimale Lösung zu finden, wurde ein memetischer Algorithmus mit einem Nachbarschaftssuchmechanismus und einer neuartigen Chromosomendarstellung angewendet.

Datenanalyse im Produktlebenszyklusmanagement

Die Verbesserung des Managements des Produktlebenszyklus gewinnt heutzutage zunehmend an Bedeutung. Das Konzept des Closed-Loop-Produktlebenszyklusmanagements (CL-PLM) wurde entwickelt, um Organisationen in der Wertschöpfungskette dabei zu unterstützen, ein umfassendes Management der Informationen und Aktivitäten rund um den Produktlebenszyklus zu fördern. CL-PLM zielt darauf ab, alle produktbezogenen Prozesse zu verwalten, vom Produktdesign bis zum Ende der Produktlebensdauer. Die Entwicklung dieses Konzepts ist jedoch noch nicht abgeschlossen. Es besteht weiterer Forschungsbedarf, um die Daten- und Informationsflüsse zu steuern und jedem Unternehmen in der Wertschöpfungskette die richtigen Daten aus der Mitte des Produktlebenszyklus (Middle of Life, MOL) zur Verfügung zu stellen. In dieser Arbeit wird ein neuer Ansatz vorgestellt, der das Konzept des CL-PLM hinsichtlich der Informationsanforderungen der Produktnutzer in der Mitte des Produktlebenszyklus vervollständigt.

Windenergie: Kooperation & Kollaboration

In der Arbeit wird das Thema der Planung und Steuerung im Netzwerk der Errichtungsphase der Offshore-Windenergie betrachtet. Die Veränderungs- und Optimierungsbedarfe der Branche motivieren einen wissenschaftlichen Diskurs, der über die bestehenden Grenzen hinausgeht. Das Ergebnis dieser Arbeit umfasst den Nachweis von Effizienzsteigerungspotenzialen sowie Ansätze zur Umsetzung von Ressourcen- und Information-Sharing in der Errichtungsphase der Offshore-Windenergie. Hierzu wurden Ansätze der kooperativen Logistik und eine Verbindung von lieferkettenweiten und projektübergreifenden kollaborativer Logistikgestaltung entwickelt sowie die nötigen Erfolgsfaktoren für die Implementierung erarbeitet.

Vertrauen in der gemeinsamen Nutzung von Logistikressourcen

Effiziente Ressourcennutzung in der Logistik erfordert Vertrauen, um Partner bei der Zusammenarbeit zu unterstützen. Vertrauensunsicherheiten aufgrund von Partnerverhalten und kollaborativen Prozessen behindern jedoch die erfolgreiche gemeinsame Nutzung. Solche Unsicherheiten erschweren die Bemühungen zur Reduzierung von Logistikkosten, Unterauslastung von Sachwerten und schaden der Umwelt. In dieser Dissertation wurde daher ein Trust-Mechanism-Konzept (TrustMech) entwickelt, um Partner bei der Vorhersage der Vertrauenswürdigkeit potenzieller Netzwerke zur gemeinsamen Nutzung von Ressourcen zu helfen. Der TrustMech enthüllt, wie das Partnerverhalten unter dem Einfluss von kollaborativen Logistikprozessen zu vertrauensvollen Ergebnissen führt. Der TrustMech steht auf einem konzeptionellen Paradigma der sozialen Wahrnehmung und seine Validierung und Anwendung basiert auf Experimenten in Multi-Agenten-Systemen.

Produktion und Transport optimal aufeinander abstimmen

In der industriellen Praxis werden Produktions- und Transportplanung bisher im Allgemeinen separat voneinander vorgenommen, während die physischen Prozesse innerhalb eines Produktionsnetzwerks jedoch in wechselseitiger Abhängigkeit stehen. Dies lässt vermuten, dass die bisher genutzten Planungsansätze keine optimalen Lösungen erzeugen. Dieser Vermutung geht die Arbeit auf den Grund, indem zum einen die Unterschiede zwischen separater und integrierter Produktions- und Transportplanung untersucht werden und zum anderen ein neues Lösungsverfahren zur Berechnung integrierter Pläne entwickelt und anhand von Beispielszenarien evaluiert wird.

Cyberphysische Fertigung integriert steuern

Einhergehend mit der Entwicklung im Rahmen der „Industrie 4.0“ in Richtung Cyber-Physischer Produktionssysteme verschiebt sich das Aufgabengefüge von Produktionsplanung und Fertigungssteuerung zugunsten letzterer, so dass neben Auftragsfreigabe und -überwachung auch die Arbeitsverteilung, Reihenfolgebildung und Kapazitätssteuerung zu den Aufgaben der Fertigungssteuerung zählen. In dieser Arbeit wurde eine Methode der Fertigungssteuerung entwickelt, welche die veränderte Rolle und das verbreiterte Aufgabenspektrum der Fertigungssteuerung in einem Cyber-Physischen Produktionssystem berücksichtigt und an Anwendungsfällen der flexiblen Fließfertigung und der Werkstattfertigung im Vergleich mit konventionellen Verfahren der Fertigungssteuerung evaluiert wurde.

Werkzeug für Grüne Logistik

Konsumprodukte werden heute vorrangig in Losen produziert und transportiert. Bedingt durch die Bedürfnisse der anwachsenden Weltbevölkerung nimmt die Menge der transportierten Konsumgüter deutlich zu. Im Rahmen dieser Arbeit wird daher ein Framework zur Umsetzung von Green Logistics-Konzepten in der Losfertigung entwickelt. Es bietet integrierte taktische und operative Planungsebenen, um Produktions- und Distributionsentscheidungen zu optimieren. Die Ergebnisse der Fallstudien zeigen, dass Einsparungen in Höhe von zirka 43 Prozent der ökonomischen und ökologischen Kosten erreichbar sind. Mit dem Aufbau eines solchen Frameworks wurde ein praxistaugliches Werkzeug geschaffen, das gleichzeitigen ökonomischen und ökologischen Erfolg ermöglicht.

Integration von Produktion und Transport

Das in dieser Arbeit vorgestellte Lösungsverfahren für die integrierte Produktions- und Transportplanung basiert auf einem Framework, das durch eine mehrstufige Dekomposition und Integration der Teilprobleme gekennzeichnet ist. Es beruht auf einer neuen Strukturierung des gesamten Planungsprozesses und greift dennoch zur Lösung der Teilprobleme auf bekannte Methoden zurück. Die Ergebnisse dieser Evaluation zeigen, dass die Gesamtkosten der durch die Vergleichsverfahren ermittelten Gesamtplanungsergebnisse um bis zu 26% über denen des hier entwickelten Lösungsverfahrens liegen. Darüber hinaus konnte in einer Sensitivitätsanalyse nachgewiesen werden, das der Einsatz dieses Lösungsverfahren in einem breiten Kostenspektrum vorteilhaft ist.

Standardlösungen durch modulare Roboter

Die Dissertation beschreibt ein Konzept für ein übergreifendes Modul- und Konfigurationsmanagement industrieller Robotiksysteme in Logistikprozessen. Diese Prozesse sind aufgrund ihrer Dynamik technisch schwer beherrschbar, sodass vielzählige technische Komponenten eingesetzt werden. Das führt zu kostenintensiven Insellösungen statt zu ökonomisch vorteilhaften Standardprodukten. Basierend auf den Grundsatzideen des Mass Customization wird eine Systematik zur prozessindivididuellen Modularisierung und Konfiguration von Robotersystemen entwickelt. Ontologien dienen stellen den zentralen Ansatz hierfür dar. Das übergreifende Konzept ermöglicht eine integrative und übergreifende Modulbildung und –verwendung, sodass Insellösungen reduziert werden.

Selbststeuernde Disposition

Global ausgerichtete Märkte für kundenindividuelle Produkte konfrontieren Unternehmen mit zunehmend komplexen und dynamischen Logistik- und Produktionskreisläufen. Die Handhabung von Prozessen in solchen Netzwerken ist unternehmensintern und in Unternehmenskooperationen eine enorme Herausforderung. Innovative Steuerungsmethoden bieten hier Lösungen. Diese Arbeit betrachtet die Anwendung des Paradigmas der Selbststeuerung auf das Umlaufmanagement von Verleihartikeln am Beispiel der Veranstaltungsbranche. Hierzu werden Methoden zur selbststeuernden Routenplanung und Auftragsdisposition technisch und methodisch dem Anwendungsszenario entsprechend adaptiert und zu einem selbststeuernden Dispositionssystem zusammengeführt.

Deep Learning in der optischen Inspektion

Der Fokus der Arbeit liegt auf der Analyse von Bilddaten und einer zuverlässigen Detektion funktionsrelevanter Bauteildefekte. Dabei werden zwei unterschiedliche Strategien untersucht. Bei der ersten Strategie werden bestehende Verfahren aufgegriffen und auf die gegebene Problemstellung adaptiert. Konkret werden Verfahren der Multiskalenanalyse mit statistischen Merkmalsrepräsentationen kombiniert. In der zweiten Strategie wird ein neues Paradigma des maschinellen Lernens aufgegriffen. Deep Learning generiert hierarchische und nicht-lineare Merkmalsrepräsentationen, die automatisch aus reinen Sensordaten gelernt werden. Untersuchungsgegenstand sind dabei vor allem die unterschiedlichen Designauslegungen von Netzwerkarchitekturen.

Moderne Instandhaltungssysteme im Fokus

Die Instandhaltung komplexer technischer Systeme ist aus betrieblicher Sicht eine große Herausforderung. Hier verspricht die zustandsorientierte Instandhaltung eine verbesserte Planung und Steuerung der Instandhaltungstätigkeiten, wobei vor allem der Einsatz von technischen Hilfsmitteln zur Zustandserfassung vermehrt an Bedeutung gewinnt. Diese Arbeit untersucht dazu die Fragestellung, inwieweit die Entwicklung eines Integrationsmodells zur Zustandserfassung und Optimierung der Instandhaltung komplexer technischer Systeme erforderlich ist. Im Ergebnis wird ein umfassendes Vorgehen zur erfolgreichen Integration zustandsorientierter Instandhaltungsmethoden im komplexen betrieblichen Umfeld entwickelt und in einer Fallstudie am Beispiel von Hafenumschlaggeräten erprobt.

Vorgehensmodell zur Planspielentwicklung

Das Gelingen einer Unternehmenskooperation wird im KMU durch die Kooperationskompetenzen seiner Mitarbeiter bestimmt. Mitarbeiter, die bisher keinen direkten Bezug zu den Kooperationsabläufen hatten, sehen sich vor neue Aufgaben gestellt, die sie nicht immer bewältigen können. Für die Vermittlung dafür notwendiger Kompetenzen haben sich Planspiele als anerkannte Methode bewährt. Die Dissertation entwickelt dazu ein Vorgehensmodell, das aus der Analyse der betrieblichen Ist-Situation wesentliche Gestaltungselemente für einen unternehmensindividuellen Planspielentwurf herausarbeitet. Mit dem daraus entwickelten Planspiel können Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter anhand authentischer Kooperationsszenarien ihre Fertigkeiten trainieren.

Transparenz in der Transportlogistik

Der Bedarf nach sogenannten intelligenten, innovativen und effizienten Transportsystemen nimmt in der Logistik immer mehr zu. Um diesen Bedarf decken zu können, sind Konzepte gefragt, die nachhaltig zu einer Güterverkehrsvermeidung führen können. Diese Arbeit konzipiert und entwickelt ein System, das die Planung und Steuerung von Ladungsträgern in der Logistik unterstützt, um diesen Bedarf decken zu können. Dazu werden die Grundlagen aller für das Thema relevanten Bereiche ausführlich erläutert. Die exemplarische Integration und Umsetzung ermöglicht die Überprüfung der definierten Ziele im Hinblick auf ihre Erfüllung, was die Überprüfung der Wirksamkeit des Systems gewährleistet. Eine abschließende Diskussion zeigt weiteren Forschungsbedarf auf diesem Feld auf.

Kurze Durchlaufzeiten bei großen Losen

Das Dilemma der Ablaufplanung ist eine wohlbekannte Planungsherausforderung der Fertigungsindustrie und beschreibt den Zielkonflikt minimaler Durchlaufzeiten und maximaler Kapazitätsauslastungen. Dass die wechselseitige Einflussnahme keinesfalls geradlinig ist, verdeutlicht diese Forschungsarbeit. Sie entwickelt Planungs- und Steuerungsmethoden für mehrstufige simultane Losfertigungen mit stufenspezifischen Auftragsfamilien. Ihre Adaption auf ein Anwendungsszenario der Automobilindustrie erzielt drastische Durchlaufzeitreduktionen bei gleichzeitig wirtschaftlichen Losgrößen. Dieses Ergebnis demonstriert, dass konkurrierende Ziele keiner generellen Trade-Off-Funktion folgen und spezifische Planungsansätze beidseitig sinnhafte Lösungen erzeugen können.

Job Shop-Produktionsfeinplanung

Produktionsfeinplanung spielt eine wesentliche Rolle für die intelligente Produktion bei der Industrie 4.0. Zudem fordert der Wettbewerb die Hersteller bei Kundenaufträgen zu höherer Termintreue. Die Dissertation erweitert das Shifting-Bottleneck (SB)-Verfahren mit der Variablen Nachbarschaftssuche (VNS), um das weitgehend für die Modellierung von Make-to-Order-Fertigungsprozessen verwendete Job Shop-Feinplanungsproblem zu lösen, und sie erstellt Richtlinien für die Konfiguration des Verfahrens. Durch rechnerische Experimente an Benchmark-Instanzen mit bis zu 150 Aufträgen und 20 Maschinen sowie durch den Vergleich mit den State-of-the-Art-Ansätzen zeigen die Ergebnisse, dass das entwickelte SB-Verfahrene derzeit der vielversprechendste Ansatz für die Praxis ist.

Höhere Flexibilität in der Produktion

Die Kapazitätssteuerung hat in der Fertigung die Aufgabe, eine hohe logistische Zielerreichung zu realisieren. Dies erfordert eine gewisse Kapazitätsflexibilität, die üblicherweise über den flexiblen Einsatz der vorhandenen Mitarbeiter sowie über Angleichungen der Arbeitszeit erschlossen wird. Darüber hinaus kann künftig die Verfügbarkeit rekonfigurierbarer Werkzeugmaschinen die Kapazitätsflexibilität erhöhen. Vor diesem Hintergrund diskutiert diese Arbeit die Potenziale und die Grenzen solcher Maschinen für die Kapazitätssteuerung in der Werkstattfertigung. Dabei kann der positive Einfluss rekonfigurierbarer Werkzeugmaschinen auf wirtschaftlich relevante Zielgrößen wie Bestand, Durchlaufzeit, Termintreue und Auslastung gezeigt werden.

Intelligente und robuste Objekterkennung

Die rasanten Fortschritte im Bereich der 3D-Sensorik und der künstlichen Intelligenz ermöglichen die Entwicklung kognitiver und flexibler Robotersysteme, die keine im Vorfeld festgelegten und konstanten Umgebungsbedingungen erfordern und auch auf unvorhergesehene Ereignisse reagieren können. Die Entwicklung eines flexiblen Entladeroboters für unterschiedliche Stückgüter aus Containern erfordert eine Objekterkennungsmethode, die in der Lage sein muss, einzelne Stückgüter aus mehreren Formklassen und mit unbekannten Ausmaßen korrekt erkennen und lokalisieren zu können. Im Rahmen der Dissertation wurde eine entsprechende Methode entwickelt und anhand realistischer Testszenarien und mithilfe simulierter Sensordaten in einem Demonstrator evaluiert.

Technologie für Container-Sicherheit

Ziel von Elektronischen Siegeln (E-Seals) ist die Sicherung und Sicherheit von Containern während der Transportprozesse. Die Vorteile dieser Technologie sowie deren systematischer Einfluss auf die Dynamik der Containertransporte wurden untersucht und systematisch analysiert. Mehrere theoretische Modelle wurden dazu entwickelt. Das Ergebnis wurde in Kosten-Nutzen-Analysen für acht verschiedene Business Cases simuliert, daraus wurde die Verwendung von verschiedenen E-Seals-Typen in Container-Systemen empfohlen. Ebenso wurden die realisierbaren Vorteile der E-Seals und die Rahmenbedingungen für deren Anwendung aufgezeigt.

Leichtbauprinzipien aus der Natur

In den Ingenieurswissenschaften ist leichtbaugerechtes Konstruieren als ein etablierter Prozess bekannt. Der darin enthaltene Arbeitsschritt der Konzeptfindung ist jedoch kritisch, weil er in der Regel ausschließlich durch Erfahrung und mit Hilfe bestehender Konstruktionen bewältigt wird. Die Natur hat durch die Evolution eine Vielzahl ausgereifter Leichtbauprinzipien hervorgebracht, die als Vorbilder für innovative Konzepte technischer Konstruktionen dienen können. Eine entsprechende Erweiterung des in den Ingenieurwissenschaften etablierten Vorgehens um die Leichtbauprinzipien der Natur führt zu einer Vielzahl an innovativen Leichtbaukonzepten und erweitert damit das Potenzial für hoch effektive Konstruktionen.

Modelle für Prozesse in der Bergbauindustrie

Anders als für die Prozesse der produzierenden Industrie gibt es für die in der Bergbauindustrie nur wenige Anwendungen von standardisierten Modellierungswerkzeugen für Lieferketten (Supply Chains). Diese Arbeit beschäftigt sich mit den Herausforderungen in der Bergbauindustrie im Vergleich zur Fertigungsindustrie, führt detaillierte Analysen zu den Prozessen durch und entwickelt Modelle. Dabei konzentriert sie sich auf die Beschaffung, also die Erkundungs-, Gestaltungs-, Konstruktions- und Gewinnungsprozesse. Die Entwicklung der Modellierung dieser Prozesse erfolgte mithilfe integrierter DCOR- und SCOR-Modelle. Diese wurden auf die jeweiligen Prozesse angepasst und, um die Implementierung zu unterstützen, auch an die branchentypische Sprache.

Modell für Integrierte Supply Chain

Die Produktion in den Industrie- und den Entwicklungsländern verändert sich rasant, und es heißt, dass nicht die Unternehmen, sondern die Supply Chains (SC) miteinander konkurrieren. Von den einzelnen Unternehmen wird erwartet, dass sie zur Verbesserung der gesamten SC beitragen. Dafür bedarf es eines geeigneten prozessorientierten Beschreibungsmodells. Vielversprechend ist das Supply-Chain-Operations-Reference-Modell. Es fokussiert jedoch den Bedarf in den Industrieländern, wo sich besonders die am Anfang gelagerten Prozesse dieses Modells von denen in den Entwicklungsländern unterscheiden. Das wurde bisher nicht berücksichtigt. Mit dem Blick auf die Geschäftsprozesse untersucht diese Arbeit die Eigenschaften von SC, die eine Anpassung des Modells ermöglichen.

Zwei Planungshilfsmittel gegen Fehler

Nacharbeit kostet Geld, und je später ein Fehler nachgearbeitet werden muss, desto teurer wird es. Die Fehlerfortpflanzung bedeutet eine Potenzierung der Fehlleistungsaufwendungen. Eine vorausschauende Planung kann also viel Geld sparen. Das Ziel dieser Arbeit war es, die Arbeitsplanung und hier im Speziellen die Arbeitsplanerstellung so zu unterstützen, dass der innere Werkstückzustand in der Planung von hochfesten Stahlbauteilen der Antriebstechnik hinsichtlich des Verzugs beschrieben werden kann. Dadurch sollen ungewollte Maß- und Formänderungen schon in der Planung antizipiert und berücksichtigt werden können. Als Lösung sind während der Forschungen zwei Planungshilfsmittel (Handlungsempfehlungen und Prozesskettenvergleich) erstellt worden.

Harmonisierte Produktionsdurchlaufzeiten

Die präzise Planung der voraussichtlichen Durchlaufzeit einzelner Aufträge ist elementar wichtig für produzierende Unternehmen, um darauf aufbauend den frühestmöglichen Liefertermin exakt abschätzen zu können. Kürzere Lieferzeiten stellen hierbei einen bedeutenden Wettbewerbsvorteil gegenüber anderen Unternehmen dar. Aufgrund komplexer Materialflussstrukturen führen externe Nachfrageschwankungen insbesondere in Werkstattfertigungen jedoch zu stark streuenden Durchlaufzeiten und einem großen Anteil an Liegezeiten. Hier setzt das Konzept der durchlaufzeitharmonisierenden Kapazitätssteuerung an, mit dem eine verbesserte Planbarkeit der Durchlaufzeit durch Berücksichtigung der Potenziale rekonfigurierbarer Werkzeugmaschinen erzielt werden kann.

Standards für mehr Transparenz

Nur wenige Strategien aus Produktion, Transport und Installation von Onshore- sind auf Offshore-Windenergieanlagen übertragbar, denn dort herrschen härtere Bedingungen (Wetter, Schiffstransporte etc.). Die je nach Projekt unterschiedlichen Produktions- und Logistiknetzwerke müssen großen logistischen Herausforderungen und einer hohen Dynamik gerecht werden. Gängige IT-Systeme decken die Anforderungen an Planung, Steuerung, Ereignissimulation und Zustände nur ungenügend ab. Als Grundlage für ein IT-System entwickelt diese Arbeit ein Informationsfluss-Konzept zur Transparenzsteigerung für Logistiknetzwerke der Offshore-Windenergie, leitet Installations- und Logistikkonzepte dafür ab, setzt sie prototypisch um und überführt sie in Standardprozesse.

Ermittlung von Einflussfaktoren für den Produkt- und Prozesszustand in Fertigungssystemen

Dieser Ansatz ist in der Lage, komplexe, vielfältige und hochdimensionale Datensätze, wie sie häufig in Fertigungsanwendungen vorkommen, zu nutzen und die wichtigen inner- und zwischenprozessbezogenen Zusammenhänge zu integrieren. Der Ansatz wurde anhand von drei Szenarien aus verschiedenen Fertigungsbereichen (Luftfahrt, Chemie und Halbleiterindustrie) evaluiert. Die Ergebnisse, die in diesem Buch ausführlich beschrieben werden, bestätigten, dass es möglich ist, implizite inner- und zwischenprozessbezogene Zusammenhänge sowohl auf Prozess- als auch auf Programmebene durch die Anwendung eines SVM-basierten Merkmalsrankings zu berücksichtigen. In der Praxis kann diese Methode dazu verwendet werden, die wichtigsten Prozessparameter und Zustandsmerkmale – die sogenannten Zustandstreiber – eines Fertigungssystems zu identifizieren. Angesichts der zunehmenden Verfügbarkeit von Daten und Informationen kann diese Auswahlunterstützung direkt genutzt werden, beispielsweise bei der Qualitätsüberwachung und der fortgeschrittenen Prozesssteuerung. Wichtig ist, dass die Methode weder auf bestimmte Produkte, Fertigungsprozesse oder Systeme noch auf bestimmte Qualitätskonzepte beschränkt ist.

Auch technische Gestaltungsempfehlungen

Die Dissertation behandelt die Konzeption einer Gestaltungsmethode für die Modellierung mobiler Interaktionsgeräte mit besonderem Fokus auf intelligente Produktionsumgebungen. Kernergebnis der Arbeit ist eine Methode, die die modellierungsbezogenen Aufgaben zur Gestaltung mobiler Interaktionsgerate (mobile Eingabe-, Ausgabe- und Kommunikationsgeräte) identifiziert und beschreibt. Wesentlicher Bestandteil der Methode ist ein Modellierungswerkzeug auf Basis eines Kontextmodells zur Konfiguration von Arbeitssituationen in intelligenten Produktionsumgebungen. Das Werkzeug ermöglicht die Erzeugung von technischen Gestaltungsempfehlungen für Produktentwickler in den frühen Phasen der Produktentwicklung zum Entwurf mobiler Interaktionsgeräte.

Signifikant bessere Prognoseergebnisse

Die Reihenfolgeplanung ist ein hochkomplexes Problem mit hoher Relevanz für Industrieunternehmen. In der dynamischen Werkstatt- und flexiblen Fließfertigung werden dazu vielfach Prioritätsregeln eingesetzt. Da keine Regel existiert, die in allen Situationen das anvisierte Zielkriterium bestmöglich erreicht, wurde in dieser Arbeit ein Verfahren zur dynamischen Auswahl beziehungsweise Adaption entwickelt. Mithilfe der Gaußsche Prozesse Regression werden Prognosemodelle berechnet, auf deren Basis die geeigneten Regeln dynamisch ausgewählt werden. Die Evaluation in der Werkstatt- und flexiblen Fließfertigung hat gezeigt, dass so signifikant bessere Prognoseergebnisse erreicht werden und das neu entwickelte Steuerungsverfahren zu deutlichen Leistungssteigerungen führt.

Ein Dreikomponenten-Evaluierungssystem

Durch den Einsatz selbststeuernder logistischer Prozesse in Produktionssystemen kann die logistische Zielerreichung in Zusammenhang mit steigender Komplexität verbessert werden. In dieser Arbeit wurde dafür ein Dreikomponenten-Evaluierungssystem für selbststeuernde Produktionssysteme entwickelt. Die Hauptaufgabe des Systems ist die Messung der logistischen Zielerreichung im Spannungsfeld von Selbststeuerungs- und Komplexitätsgrad. Das System ist in der Lage, diese Beziehungen darzustellen. Die Validierung erfolgte mithilfe von Simulationsmodellen und Realdaten einer Werkstattfertigung. Um das Anwendungspotenzial zu untersuchen, wurden Simulationen mit variierenden Selbststeuerungs- und Komplexitätsgraden durchgeführt.

Acht Modellebenen eingebunden

Die Industrialisierung der CFK-Fertigung bedarf neuer Planungswerkzeuge, um effizientere Produktionssysteme zu entwickeln. In dieser Arbeit wird ein neues Modellierungskonzept zur digitalen Produktionssystementwicklung vorgestellt, das im Kontext der „Digitalen Fabrik“ die integrierte Planung und Simulation von komplexen CFK-Produktionsszenarien untersucht. Mit dem Ziel der automatischen Simulationsmodellgenerierung wurde eine domänenspezifische Modellierungssprache mit entsprechendem Fabrikdatenmodell entwickelt, die eine integrierte Beschreibung von Fertigungs- und Logistikablaufen erlaubt. Mittels acht Modellebenen ermöglicht das neue Modellierungskonzept GRA MOSA eine effiziente Verwaltung alternativer Planungsvarianten.

Bessere Kontrolle, mehr Zuverlässigkeit

Eine schlecht kalkulierbare Größe in komplexen Netzwerken von Lieferanten, Produzenten und Distributoren ist die Unsicherheit. Um sie handhaben zu können, müssen Manager die Ursachen, Einflüsse und Auswirkungen kennen, bestenfalls auch überwachen und steuern können. Hier greift diese Arbeit. Sie beschäftigt sich mit den Hauptarten von Unsicherheiten in komplexen Lieferantennetzwerken. In einer Ereignis-Knoten-Darstellung wurden kritische Pfade definiert und mithilfe einer Kombination aus stochastischen und mathematischen Rechenmodellen wurde die Unsicherheit der Einhaltung eines festen Liefertermins berechnet. Diese Lösung ermöglicht eine zuverlässigere Kontrolle, führt zu mehr Zuverlässigkeit und eröffnet eine Leistungssteigerung in dynamischen Netzwerken.

Verbesserung logistischer Zielgrößen

Ein heterogenes Produktspektrum, schwankende Stuckzahlen und eine stark vernetzte Materialflussstruktur erschweren es, in der Werkstattfertigung alle logistischen Prozesse aufeinander abzustimmen. Eine Lösung ist die Synchronisation der Logistikprozesse. Die Synchronisationstheorie bietet dafür geeignete Methoden an. Um diese Form der dezentralen Selbstorganisation nutzen zu konnen, wird der Bezug zwischen der physikalischen Theorie und den logistischen Prozessen hergestellt. So ist es möglich, Prozesszustand und -fortschritt durch das Konzept der Phasendarstellung zu repräsentieren. Die Kopplung der Phasen führt zu Strategien, die mithilfe einer Simulationsstudie evaluiert werden. Diese Arbeit zeigt, dass so die logistischen Zielgrößen verbessert werden konnen.

Produktionssysteme effizienter gestalten

Die Spezialisierung der Unternehmen hat zu einem stärkeren Drang geführt, Prozesse in Netzwerken zu synchronisieren. Hierbei treten aber auch Effekte auf, denen mit den bewährten Planungs- und Steuerungsmethoden nicht adäquat begegnet werden kann, zum Beispiel das deterministische Chaos, das ein nur scheinbar zufälliges Verhalten hervorrufen kann. Der Einsatz von Methoden der Theorie der Nichtlinearen Dynamik stellt an dieser Stelle einen Ansatz dar, derartige Phänomene zu beschreiben sowie nichtlineare Abhängigkeiten und dynamische Wirkzusammenhänge zu identifizieren. Ziel ist es, Maßnahmen und Strategien zu identifizieren, die einen effizienten Betrieb des Produktionssystems auch bei hohem Komplexitätsgrad und unter dynamischen Randbedingungen gewährleisten.

Für neue Telekommunikationsdienste

Die Telekommunikationsindustrie erlebt eine rasante Veränderung. Die hohe Komplexität der Telekommunikationsnetze (TK-Netze) erschwert jedoch die Entwicklung neuer innovativer TK-Dienste. Das in dieser Arbeit vorgestellte Konzept ermöglicht es, individuellen Kundenanforderungen entsprechende TK-Dienste anzubieten, Entwicklungs- und Wartungskosten zu senken sowie Produktzyklen zu verkürzen. Es wendet das Baukastenprinzip und Ansatze zur Wissensmodellierung an, die an die besonderen TK-Anforderungen angepasst und weiterentwickelt wurden. Als Plattform dient die Standardarchitektur der künftigen TK-Netze, die IP-Multimedia-Subsystems-Architektur. Das Konzept wurde in der Praxis erprobt und wird bereits zur Entwicklung kommerzieller TK-Dienste angesetzt.

Besonders für PET-Verwendung geeignet

Für die hochwertige Verwertung von Kunststoffen ist eine reine Trennung erforderlich. Zur Nutzung der speziellen Materialeigenschaften werden verschiedene Kunststoffe in einem Bauteil kombiniert. Derzeit verfügbare Verfahren sind nicht in der Lage, dieses Gemisch von Kunststoffen zu identifizieren und zu trennen. Durch die Anwendung eines neuen Ansatzes wird gezeigt, dass Bauteile aus nur einem Kunststoff die gleichen Eigenschaften aufweisen. Die Herausforderung in der Sortierung reduziert sich damit erheblich. Ein wesentlicher Aspekt ist auch das Degradationsverhalten der Kunststoffe. Untersucht wurden die Auswirkungen von Qualität der Substitution und Anteil der Substitution auf verschiedene Materialkennwerte. Zudem wird aufgezeigt, dass besonders PET dafür geeignet ist.

Erhebliches Potenzial zur Effizienzsteigerung

Der Wettbewerb in der Automobilindustrie zwingt auch den Werkzeugbau zu einer kontinuierlichen Prozessverbesserung. In der Anfertigung bieten sowohl eine automatisierte NC-Programmerstellung als auch die kontinuierliche Verbesserung der Frässtrategien ein erhebliches Potenzial zur Effizienzsteigerung. In der Dissertation wird aufgezeigt, dass sich beide Ansätze bisher widersprechen. Eine Automatisierung der NC-Programmierung basiert auf einer umfassenden Standardisierung der Fertigungsprozesse und verhindert damit die Optimierung der Fertigungsstrategien durch Modifikationen der Anwender. Die in dieser Arbeit entwickelten selbst-optimierenden Prozesse vereinigen die Potenziale für eine Einzelanfertigung mit Ähnlichkeitscharakter.

Bewertungsmethode für das Anlaufmanagement bei kleinen und mittleren Unternehmen

Die Durchführung effizienter Produktanläufe stellt einen entscheidenden Wettbewerbsfaktor für kleine und mittlere Produktionsunternehmen dar. Durch die methodische Beherrschung anlaufbezogener Störfaktoren können die Anlaufzielgrößen Zeit, Kosten, Qualität und Menge realisiert werden. Vorausgesetzt wird die effiziente Anwendung anlaufunterstützender Konzeptionen, Systematiken, Methoden und Werkzeuge. Hierfür muss strukturiertes Anwendungswissen koordiniert verfügbar sein. Herr Krohne hat in seiner Dissertation eine Bewertungsmethode entwickelt, die Unternehmen dazu befähigt wissensbasiert Verbesserungspotenziale im Produktanlauf zu erschließen. Mit einer Software wurde diese demonstriert und bei einem Anwendungspartner aus der Automobilzulieferindustrie evaluiert.

Robotersystem zur Containerentladung in der Logistik

Ein erhebliches Automatisierungspotential in der Logistik findet sich im Bereich des Umschlags von Stückgütern: Vor allem die Entladung von Containern und Wechselbrücken, in denen sich lose Stückgüter ohne Ladungsträger bis unter die Decke gestapelt befinden, wird bisher hauptsächlich manuell durchgeführt. Die Gründe dafür sind vielschichtig. Bei dem Versuch, Tätigkeiten in einem Niedriglohnsektor zu automatisieren, werden kostengünstige Lösungen gefordert. Diese Lösungen müssen trotzdem eine hohe Varianz der Stückgüter und der Ladesituationen bedienen können und sehr schnell und zuverlässig arbeiten. Diese Arbeit beschreibt die Entwicklung und Erprobung eines neuen Verfahrens für den Stückgutumschlag, um das Entladen loser Stückgüter aus Transportcontainern vollständig zu automatisieren. Durch eine systematisch-grundlagenorientierte Untersuchung wurden bestehende Defizite in der Roboter- und Greifertechnologie bestehender Ansätze aufgezeigt. Die daraus gewonnenen Erkenntnisse wurden in einem neuen Konzept umgesetzt. Der Aufbau einer prototypischen Anlage zur Validierung des Konzepts bildet den Abschluss dieser Arbeit. Mit einem Roboter, der in den Wechselbehälter hinein fährt, wurde ein flexibles System entwickelt, das nicht nur automatisch arbeiten kann, sondern auch zu spezifizierende Anforderungen technischer sowie wirtschaftlicher Art erfüllt. Vor allem die Arbeitsumgebung innerhalb eines voll beladenen Containers und das Erreichen einer Taktzeit, die einen wirtschaftlichen Einsatz gewährleistet, stellten besondere Herausforderungen dar.

Dynamische, auf Engpässe ausgerichtete Fertigungssteuerung

Die dynamische, engpassorientierte Fertigungssteuerung (DBNO) ist ein hybrides Fertigungssteuerungssystem, das auf diskrete Fertigungssysteme mit flexibler Arbeitsablaufplanung in einer Make-to-Order-Umgebung ausgerichtet ist. Es wurde entwickelt, um widersprüchliche logistische Ziele wie kurze Durchlaufzeiten, geringen WIP, hohe Terminzuverlässigkeit und hohe Produktionsleistung gleichzeitig zu erreichen und dabei Produktionsstörungen – einschließlich interner und externer Störungen – effektiv zu bewältigen. Zur Verifizierung des DBNO-Systems werden diskrete Simulationsversuche unter Verwendung von Industriedaten eines deutschen Herstellers durchgeführt und die Ergebnisse anschließend umfassend ausgewertet. Dies geschieht durch einen Vergleich mit bekannten bestehenden Steuerungsmethoden, darunter die „Constant WIP“-Steuerung, die auslastungsorientierte Auftragsfreigabe und die autonome Steuerung. Bei dieser Bewertung werden zudem mehrere wichtige logistische Leistungskennzahlen berücksichtigt. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass das vorgeschlagene DBNO ein sowohl effektives als auch effizientes Fertigungssteuerungssystem ist, um die widersprüchlichen logistischen Ziele gleichzeitig zu erreichen. Darüber hinaus birgt es ein immenses Potenzial für den Umgang mit Produktionsstörungen.

Der Nutzen von RFID und dem EPCglobal-Architektur-Framework in der Logistik

Das „EPCglobal Architecture Framework“ ist derzeit der am weitesten verbreitete technische Ansatz für das Internet der Dinge und bietet eine solide Grundlage für den Aufbau von Business-to-Business-Informationsnetzwerken auf der Basis eindeutiger Identifikationen von „Dingen“. In jüngster Zeit wurde die Vision des Internets der Dinge auf einen ganzheitlicheren Ansatz ausgeweitet, der sowohl Sensoren als auch Aktoren integriert und auch nicht-geschäftliche Akteure einbezieht. Es wird ein detaillierter Überblick über den aktuellen Stand der Forschung im Bereich der Kosten-Nutzen-Schätzungen gegeben und die Grenzen der Kosten-Nutzen-Aufteilung für RFID-basierte IT-Infrastrukturen erläutert. In dieser Arbeit wird eine marktorientierte Bewertung auf der Grundlage des Umsatzpotenzials von Informationen entwickelt. Es werden einfache technische Mittel zur Aggregation von Mikrowerten zu einem abrechnungsfähigen Betrag erörtert. Die Anforderungen an die Infrastruktur für die elektronische Rechnungsstellung werden definiert, und es wird eine passende E-Billing-Lösung für ein Bewertungsszenario vorgestellt, die eine technische Infrastruktur zur Bewertung und Abrechnung produktbezogener Informationen in einem zukünftigen Internet der Dinge auf der Grundlage einer erweiterten EPCglobal-Architektur bereitstellt. Weitere Chancen und Risiken werden erörtert, um einen Überblick über das zukünftige Potenzial zu geben. Im Ergebnis wird dies zum nachhaltigen Erfolg des Internets der Dinge selbst beitragen.

Unterstützung zu Virtuellen Organisationen in der Produktion

Derzeit sieht sich das produzierende Gewerbe unternehmerischen Herausforderungen gegenübergestellt, um seine Marktposition innerhalb eines globalen Wettbewerbs erhalten zu können. Einerseits drängen neue Unternehmen aus Niedriglohnländern mit konkurrenzfähigen Produkten auf den Markt. Niedrige Löhne, geringe soziale Ansprüche der Gesellschaft wie auch ein kaum wahrnehmbares Umweltbewusstsein schaffen dabei ein Umfeld, welches die Produktionskosten gegenüber etablierten Industrienationen deutlich reduziert. Geringe Preise bei guter Qualität der Produkte verleihen dem Warenangebot dieser aufstrebenden Industrienationen damit einen entscheidenden Wettbewerbsvorteil. Andererseits hat sich – vor allem durch die Verfügbarkeit weltumspannender Kommunikationsnetzwerke und Transportinfrastrukturen – die Konkurrenzsituation dramatisch verschärft. Bedingt durch einen harten Verdrängungswettbewerb im Bereich logistischer Dienstleistungen ist die räumliche Entfernung zwischen Kunden und Lieferanten heute – im Gegensatz zu früher – als vergleichsweise problemlos anzusehen. Die hiesigen Produktionsunternehmen müssen sich daher zusehends mit Lieferanten aus dem Ausland messen.

Risikomanagement in selbststeuernden Logistikprozessen

Wertschöpfungsprozesse erfolgen zunehmend in verteilten Unternehmensnetzwerken, so dass Produkte nicht mehr an nur einem Ort hergestellt werden. Durch die verteilte Produktion von teilweise immer komplexeren Produkten sowie verkürzten Produktlebenszyklen entstehen neue Herausforderungen für die Logistik, insbesondere für die Transportlogistik. Dies geschieht u. a. durch ein erhöhtes Transportvolumen bei gleichzeitiger Verkleinerung der Ladungen, einer gestiegenen Güterverkehrsleistung (Gewicht des Transportgutes multipliziert mit der zurückgelegten Strecke) sowie einem Anstieg der Lieferfrequenzen. Die Herausforderungen führen zu einer höheren Belastung der logistischen Infrastrukturen und einem stark ansteigenden Planungs- und Steuerungsbedarf für die logistischen Prozesse. Die dynamische und strukturelle Komplexität von Unternehmensverbünden verhindern jedoch oftmals die Bereitstellung aller entscheidungsrelevanten Informationen für eine zentrale Instanz zur Planung logistischer Prozesse. Aufgrund dieser Entwicklungen wird in der Zukunft die Planung und Steuerung der Logistik an ihre Grenzen stoßen. Der Grund dafür ist, dass herkömmliche Konzepte und Methoden für eine so große Anzahl logistischer Prozesse und damit verbundener Informationen nicht entwickelt wurden. Deshalb müssen neue Methoden und Konzepte entwickelt und implementiert werden.

Dynamik selbststeuernder Produktionslogistik-Systeme

Ein möglicher Ansatz zum Umgang mit Komplexität und Dynamik scheint die Einführung selbststeuernder logistischer Prozesse zu sein. Das bedeutet, die Übertragung gewisser Entscheidungskompetenzen von einer zentralen Steuerungsinstanz hin zu dezentralen Objekten. Dies verspricht eine verbesserte Reaktionsfähigkeit auf sich ändernde Randbedingungen und damit eine Verbesserung der Flexibilität und Adaptivität, durch die eine erhöhte Robustheit gegenüber Störungen und externen Einflüssen erreicht wird. In der vorliegenden Arbeit werden die Auswirkungen von Selbststeuerung auf Dynamik sowie die Interdependenzen zwischen Selbststeuerung, Dynamik und Effizienz in produktionslogistischen Systemen untersucht. Aufbauend auf den Ergebnissen werden Handlungsempfehlungen für die Einführung von selbststeuernden logistischen Prozessen in realen Systemen, unter Beachtung der dadurch verursachten Dynamik, abgeleitet. Die Potenziale der Selbststeuerung werden an einem Realbeispiel nachgewiesen.

Auswirkungen von Lernlabors auf die Bestandssteuerung

Der Beitrag bewertet die qualitativen und quantitativen Lernergebnisse eines Lernlabor-Workshops zum Thema Bestandssteuerung. Während des Lernlabors kamen ein Serious Game namens „Supply Net Game“ sowie die Methode der Wissensgewinnung aus der linken Spalte zum Einsatz. Das Serious Game basiert auf der Struktur eines Produktionsnetzwerks und berücksichtigt die „Anker- und Anpassungsheuristik“ als Nachschubfunktion. Diese Heuristik dient als Referenzregel, mit der die Leistung der Teilnehmer verglichen wird. Im Spiel versucht jeder Spieler, die Lagerhaltungskosten zu minimieren, die durch das Vorhalten von Artikeln auf Lager oder das Entstehen von Rückständen entstehen. Die Schlussfolgerung lautet, dass das Lernlabor (Wissensgewinnung und Serious Game) die Leistung der Probanden bei der Aufgabe der Bestandssteuerung beeinflusst. Darüber hinaus bietet das Lernlabor eine Vielzahl von Möglichkeiten für das Lernen im Team und auf individueller Ebene.

RFID Informationssystem für die Kreislaufwirtschaft

Unternehmen müssen sich kontinuierlich weiterentwickeln, um die umweltorientierten und wirtschaftlichen Zielstellungen in der Kreislaufwirtschaft erfüllen zu können. Aufgrund gesetzlicher oder freiwilliger Rücknahmeverpflichtungen der Hersteller entstehen zusätzlich neue Herausforderungen an die den Produkten zugeordneten Informationen. Ein hohes Potenzial zur Lösung dieser Herausforderungen bietet dafür die RFID-Technologie, die die Informationsverfügbarkeit zum einzelnen Produkt und dem dahinter stehenden Prozess verbessern kann. Hierfür wurde in dieser Arbeit ein RFID-gestütztes Informationssystem konzipiert und entwickelt, das die Informationsverfügbarkeit zu den in der Rückführung befindlichen Produkten erhöht.

Produktionsregelung

In diesem Buch wird ein Konzept der dezentralen Produktionsregelung vorgestellt, das den heutigen Anforderungen der hohen Produktvielfalt und Materialflusskomplexität gerecht wird. Den Ausgangspunkt bildet die variantenreiche und kundenauftragsorientierte Werkstattfertigung mit ihren ungerichteten Materialflüssen und Alternativarbeitssystemen. Das entwickelte Regelungskonzept basiert auf dem Einsatz zweier Methoden der Computational Intelligence. Neuronale Netze und das Simulated Annealing regeln dezentral die Bestände an den Arbeitssystemen. Anhand eines theoretischen Modells und eines Praxisbeispiels einer Werkstattfertigung wird die Leistungsfähigkeit dieser Regelungsstrategie für die Logistik nachgewiesen. Das Weitertrainieren der neuronalen Netze während ihres Einsatzes anhand neu gewonnener Beispiele gestattet es, die Regelqualität fortlaufend zu erhöhen und sich zeitnah auf veränderte Situationen einzustellen, was zu einer lernfähigen intelligenten Produktionsregelung führt.

Performance Measurement für Virtuelle Organisation

Die zunehmende Komplexität kundenspezifischer Produkte mit immer kürzeren Lebenszyklen im weltweiten Wettbewerb auf global verteilten Beschaffungs- und Absatzmärkten verlangen vom Anbieter Präsenz und Kompetenz, wie sie von Einzelunternehmen nur noch in Ausnahmefällen erbracht werden können. Die Fähigkeit, exzellente, auftragsbezogene Konsortien (so genannte Virtuelle Organisationen) kurzfristig zusammenzustellen bzw. in solchen mitwirken zu können, ist deshalb zu einem unverzichtbaren Wettbewerbsvorteil geworden. In Virtuellen Organisationen ist es also erforderlich, die voraussichtliche Leistung, also die Performance, aller kooperierender Mitglieder eines geplanten Konsortiums schon vor dessen Etablierung abzuschätzen, um frühzeitig die für einen Auftrag am besten geeigneten Partner auswählen zu können. Die prospektive Abschätzung der Prozess-Performance eines geplanten Konsortiums ist Gegenstand dieser Arbeit.

Adaptives Supply Chain Management

Diese Arbeit liefert einen Beitrag zu einem systematischeren und gezielteren Entwerfen von agentengestützten Informationssystemen für das Supply Chain Management. Gerade in der Konzeptionsphase agentenbasierter Informationssysteme liegen noch deutliche Verbesserungs-potenziale, insbesondere bezüglich der Gewinnung der für die Kunden beziehungsweise Anwender besonders wichtigen Systemanforderungen. Vor diesem Hintergrund ist das Ziel dieser Arbeit die Entwicklung eines Werkzeugkastens und eines Vorgehensmodells für die Konzeption einer adaptiven Auftragskoordination im Rahmen des Supply Chain Managements. Hierzu wird die Perspektive eines so genannten Nahtstellen-Ingenieurs bei einem SCM-IT-Dienstleister eingenommen, der kundenindividuelle Softwarekonzepte und dazugehörige Softwaredienst-leistungen entwirft.

Organisatorisches Lernen

Sich ändernde Technologien, Märkte und Bedürfnisse kennzeichnen Produktionsunternehmen. Traditionelle Anpassungs- und Reorganisationskonzepte mit dem Ziel der Flexibilisierung lassen oft neues Wissen und neue Strukturen entstehen, die interne Strukturen vernachlässigen. Auf der Basis der von Luhmann entwickelten Systemtheorie sozialer Systeme werden hier Maßnahmen im Rahmen von kontinuierlichen Verbesserungsprozessen in KMU untersucht. Die Beziehungen zwischen den Veränderungsprozessen und den Kommunikationsstrukturen der Organisation stehen im Mittelpunkt. Allein das organisatorische Lernen als Veränderung von Kommunikationsstrukturen kennzeichnet die Systementwicklung. Lern- und organisationstheoretische Perspektiven werden so in Verbindung gebracht, dass nicht nur eine Diagnose der Organisation möglich wird, sondern auch eine Identifikation ganzheitlicher Ansatzpunkte, die zur Förderung der Organisationsentwicklung unter Berücksichtigung existierender Strukturen führen sollen.

Nichtlineare Dynamik in Produktionssystemen

Produktionsunternehmen müssen heute in einem hochdynamischen Unternehmensumfeld agieren. Die für Wettbewerbsfähigkeit und Markterfolg notwendige Flexibilität und Anpassungsfähigkeit hat jedoch eine zunehmende strukturelle und dynamische Komplexität des Produktionssystems selbst zur Folge. Das führt unter Umständen zu irregulärem und unvorhersehbarem Systemverhalten, das entgegen den ursprünglichen Zielsetzungen zu Leistungsminderungen führen kann. Ursache dafür ist die Diskrepanz zwischen den der Produktionsplanung und -steuerung (PPS) zugrunde liegenden Modellen und der produktionslogistischen Realität. Die klassische PPS setzt eine prinzipielle Planbarkeit der produktionslogistischen Prozesse voraus. Dieser Annahme werden zunehmend zwei Grenzen gesetzt: Zum einen verändert sich das Unternehmensumfeld ständig, so dass häufige Neuplanungen notwendig werden. Dieser Marktdynamik wird mit einer rollierenden Planung und Optimierung in zunehmend kürzeren Zeitabständen begegnet. Zum anderen stellt das Produktionssystem selbst ein dynamisches System dar, welches auf unterschiedliche Randbedingungen auch unterschiedlich reagiert. Diese intrinsische Systemdynamik ist eine der Ursachen für irreguläre Systemzustände und unvorhersehbares Verhalten – sie wird in der klassischen PPS jedoch nicht berücksichtigt. An dieser Stelle setzt die Arbeit von Michael Freitag an. Er betrachtet das Produktionssystem als komplexes dynamisches System und untersucht dessen dynamisches Verhalten sowohl durch Analyse realer Daten als auch auf Basis von Modellen. Als Werkzeug nutzt er Konzepte und Methoden der Nichtlinearen Dynamik. Dieses Teilgebiet der Physik – populär geworden unter dem Namen Chaostheorie – stellt vor allem eine Reihe von Analysemethoden zur Verfügung, mit denen es gelingt, das komplexe dynamische Verhalten sowohl von nichtlinearen Modellsystemen als auch von a priori unbekannten, realen Systeme zu untersuchen und zu quantifizieren.