Ableitung einer ganzheitlichen Transformationsstrategie zur Realisierung von Datendurchgängigkeit im Anlagenentstehungsprozess

Abstract

Die Marktanforderungen nach einem kürzeren Produktlebenszyklus, einer größeren Produktvielfalt, einer kürzeren Time-to-Market sowie neue internationale Wettbewerber haben insbesondere die Automobilindustrie erkennen lassen, dass Produktionssysteme flexibel, optimierbar und wandelbar sein müssen. Der Wandel hin zu diesen modernen Produktionssystemen wird im Kontext der vierten industriellen Revolution durch die Initiative Industrie 4.0 unterstützt und aus (Anlagen-) Engineering-Sicht durch die Evolution der digitalen Zwillinge befeuert. Viele Technologien, die als technische Befähiger betrachtet werden können, wurden entwickelt, um bereits während der Engineeringphase von Produktionssystemen virtuelle Abbilder und digitale Zwillinge realisieren zu können. Der Aspekt, dass digitale Zwillinge bereits effizient im Engineeringprozess entstehen können, wird oft übersehen, obwohl die resultierenden Potenziale enorm sind. Diese technischen Mittel werden jedoch noch nicht flächendeckend in den Engineeringprozessen in der Industrie angewendet, da die Hersteller oft skeptisch gegenüber radikalen Veränderungen sind, das benötigte Know-how bezüglich des Engineerings von digitalen Zwillingen fehlt und eine ganzheitliche Transformationsstrategie in Richtung durchgängigen digitalen Engineerings fehlte. Obwohl Migrations- und Prozessoptimierungsstrategien sowie Strategien zur digitalen Transformation bereits in der Literatur existieren, fehlen noch Ansätze, die sich mit einer ganzheitlichen Transformation, bestehend aus technischen, prozessualen und organisatorischen Optimierungen, befassen. Die vorliegende Arbeit stellt daher einen ganzheitlichen Ansatz in Form eines Rahmenwerks vor, um insbesondere Automobilhersteller bei der Transformation ihrer Engineeringprozesse zu unterstützen. Ziel der Transformationsstrategie ist es, alle Aspekte zu identifizieren, die entweder einen Einfluss auf die Transformation haben oder von der Transformation betroffen sind. Die identifizierten Aspekte können dann systematisch unter Anwendung von detailliert beschriebenen Vorgehensweisen sowie dedizierten Werkzeugen optimiert werden. Dabei spielt die Abhängigkeit zwischen technischen, prozessualen und organisatorischen Maßnahmen eine wichtige Rolle und wird stets berücksichtigt. Im ersten Teil der Arbeit erfolgt eine Definition der relevanten theoretischen Grundlagen im Kontext Industrie 4.0, digitaler Technologien sowie grundlegender Engineeringprozesse. Zudem wird der Einfluss der technischen Innovationen auf Hersteller untersucht. Darüber hinaus werden bestehende (technische) Migrationsstrategien, Strategien zur prozessualen Optimierung sowie organisatorische Change Maßnahmen in der Literatur analysiert, bewertet und verglichen. Der zweite Teil der Arbeit beinhaltet eine Beschreibung des aktuell gelebten Engineeringprozesses sowie die Definition des Prozesszielbilds. Aus den Erkenntnissen der Gegenüberstellung von Ist und Soll kann schließlich die ganzheitliche Transformationsstrategie abgeleitet werden. Diese Transformationsstrategie wird in Form eines Rahmenwerks beschrieben. Die Logik des Ansatzes sowie seine eingebetteten Methoden und Werkzeuge werden detailliert beschrieben und schließlich an einem realen Beispiel angewendet. Die am Ende der Arbeit vorgestellten Ergebnisse dieser Anwendung belegen den Nutzen der definierten Transformationsstrategie eindeutig. Dennoch werden abschließend einige identifizierte offene Punkte vorgestellt, die wichtige Ansätze für zukünftige Forschung darstellen können.

The market requirements for a shorter product life cycle, a greater variety of products, a shorter time-to-market and new international competitors have made it clear to the automotive industry in particular that production systems must be flexible, optimizable and changeable. In the context of the fourth industrial revolution, the change towards these modern production systems is supported by the Industry 4.0 initiative and, from a (plant) engineering perspective, is fueled by the evolution of the digital twin technology. Many technologies that can be regarded as technical enablers have been developed in order to be able to create virtual images and digital twins during the engineering phase of production systems. The fact that digital twins can already be created efficiently in the engineering process is often overlooked, even though the resulting potential is enormous. However, these technical means are not yet widely used in engineering processes in industry, as manufacturers are often skeptical about radical changes, the required know-how regarding the engineering of digital twins is lacking and there is no holistic transformation strategy towards consistent digital engineering. Although migration and process optimization strategies as well as strategies for digital transformation already exist in the literature, there is still a lack of approaches that deal with holistic transformation, consisting of technical, procedural and organizational optimizations. The present thesis therefore presents a holistic approach in the form of a framework to support automotive manufacturers in particular in transforming their engineering processes. The aim of the transformation strategy is to identify all aspects that either have an influence on the transformation or are affected by the transformation. The identified aspects can then be systematically optimized using procedures described in detail and dedicated tools. The interdependence between technical, procedural and organizational measures plays an important role and is always taken into account. The first part of the thesis defines the relevant theoretical principles in the context of Industry 4.0, digital technologies and basic engineering processes. In addition, the influence of recent technical innovations on manufacturers is examined. In addition, existing (technical) migration strategies, strategies for procedural optimization and organizational change processes are analyzed, evaluated and compared in the literature. The second part of the work includes a description of the engineering process currently in use and the definition of the process objective. The holistic transformation strategy can finally be derived from the findings of the comparison of actual and target process. This transformation strategy is described in the form of a framework. The logic of the approach and its embedded methods and tools are described in detail and finally applied using a real example. The results of this application presented at the end of the work clearly demonstrate the benefits of the defined transformation strategy. Nevertheless, some identified open issues are presented at the end, which may represent important approaches for future research.