Entwicklung einer fähigkeitsbasierten Planungsmethode zur Analyse der Wiederverwendbarkeit von Anlagen am Beispiel von Schraubprozessen in der Automobilendmontage

Abstract

Die Massenproduktion wie die Automobilindustrie stellt sich zunehmend steigenden Trends wie z. B. kürzeren Produktlebenszyklen, einer steigenden Produktvarianz und abnehmenden Stückzahlen. Vor allem in der Automobilendmontage, in der zumeist mehrere Fahrzeuge auf einer Montagelinie gefertigt werden, resultieren hierdurch hohe Anforderungen an neue Pro-duktionsanlagen sowie deren Komponenten und Technologien für die Automatisierung der Montageprozesse. Gleichzeitig wächst mit dem technologischen Fortschritt auch das Port-folio an möglichen Lösungen. Die Entwicklung neuer Produktionsanlagen stellt folgend ei-nen immer komplexeren Prozess dar, in dem die Fähigkeiten einer Vielzahl von Komponen-ten und Technologien den verschiedenen Produkt- und Prozessanforderungen gegenüberzu-stellen sind. Häufig resultiert dies in spezifischen Produktionsanlagen, ausgelegt für die An-forderungen des jeweiligen Montageprozesses. In diesem Zusammenhang wurde in dieser Arbeit ein Handlungsbedarf hinsichtlich der me-thodischen Steigerung der Wiederverwendung von Produktionsanlagen sowie deren Kom-ponenten und Technologien abgeleitet. Zur Entwicklung und Identifikation wiederverwend-barer Anlagen, Anlagenkomponenten und Technologien ist dazu in dieser Arbeit ein zwei-stufiges Vorgehen am Fallbeispiel von Schraubprozessen erarbeitet worden. Im ersten Schritt wurde zunächst mit Hilfe einer fähigkeitsbasierten Planungsmethode und einer Mo-dellierung von Produkt, Prozess, Ressource und Fähigkeiten (PPRS) ein Konzept für die gezielte Wiederverwendung von Anlagen, Anlagenkomponenten und Technologien entwi-ckelt. Die fähigkeitsbasierte Planungsmethode adressiert in dieser Arbeit zugleich die stei-gende Komplexität innerhalb der Planung neuer Anlagen. Neben der Wiederverwendung und der methodischen Unterstützung der Planung ist zudem der Schwerpunkt der entwickel-ten Methode auf die Bündelung von Prozessen und Anlagen zur effizienten Auslegung von Automatisierungen gelegt worden. Im zweiten Schritt der Arbeit liegt, aufbauend auf den einzelnen Wiederverwendungen der fähigkeitsbasierten Planung, der Fokus auf der Analyse und Bewertung der Wiederverwend-barkeit der Anlagen, Anlagenkomponenten und Technologien. Insgesamt konnten sechs Kri-terien für die Bewertung der Wiederverwendbarkeit herausgestellt werden, mit denen eine ganzheitliche Bewertung ermöglicht wird. Innerhalb des Produktionsumfeldes der Automo-bilendmontage kann es z. B. aufgrund von Störgrößen zu neuen, vorher unbekannten Anfor-derungen an Produktionsanlagen kommen. Mit Hilfe eines Kriteriums können diesbezüglich die einzelnen technischen Lösungen auf ihre Eignung für die zukünftigen Situationen des Produktionsumfeldes bewertet werden. Das zweistufige Vorgehen stellt zusammengefasst eine systematische Methode zur Steigerung der Wiederverwendung und Analyse der Wie-derverwendbarkeit von Anlagen, Anlagenkomponenten und Technologien dar und wurde innerhalb der Arbeit über eine erste Anwendung validiert.

Mass production such as the automotive industry is increasingly facing trends such as shorter product life cycles, increasing product variance and decreasing output. Especially in the final automotive assembly, where several vehicles are usually produced on one assembly line, this development places high demands on new production facilities and their components and technologies for the automation of assembly processes. At the same time, the portfolio of possible production system components is growing together with the technological pro-gress. The development of new production systems is a progressively complex process in which the capabilities of a large number of system components and technologies must be compared with the various product and process requirements. This often results in specific production systems designed for the requirements of the respective assembly process. In this context, a need for action was derived in this work with regard to methodically in-creasing the reuse of production systems and their components and technologies. For the development and identification of reusable production systems, production system compo-nents and technologies, a two-stage procedure has been developed in this work using the example of bolting processes. In the first step, a concept for the targeted reuse of production systems, their components and technologies has been developed with the help of a skill-based planning method and product, process, resource and skill modelling (PPRS). Within the scope of this work, the skill-based planning method simultaneously addresses the in-creasing complexity within the planning of new production systems. In addition to the reuse and methodical support of planning, the developed method also focuses on the grouping of processes and modules of production systems for the efficient design of automations. In the second step of the work, building on the individual reuses of skill-based planning, the reusability of the production systems and production system components are analyzed and evaluated. In total, six criteria for the evaluation of reusability could be identified, facilitating a holistic evaluation. Within the production environment of final automotive assembly, for example, new, previously unknown requirements for production systems can arise due to disturbance variables. With the help of a criterion, the individual production systems and production system components can be evaluated with regard to their suitability for future situations of the production environment. In summary, the two-stage procedure represents a methodical process for increasing the reuse and analysis of the reusability of production systems, production system components and technologies and was validated within this work via an initial application.