Simulation

Technologischer Fortschritt ermöglicht einerseits Chancen für die Einführung neuer Geschäftsmodelle, eröffnet jedoch andererseits auch neue Wege für Angreifer. Es ist daher wichtig, die Sicherheit der Fabrik bei der Umsetzung neuer Technologien von Beginn an zu beachten. Dies wird als Security-by-Design bezeichnet und integriert Sicherheitslösungen in die Fabrik, um Verlusten, z. B. durch Sabotage oder Industriespionage, vorzubeugen. Dabei handelt es sich um einen kontinuierlichen Prozess, der wiederum auf verschiedene Bausteine zurückgreift. In diesem Beitrag werden aktuelle Forschungsergebnisse aus dem nationalen Referenzprojekt zur IT-Sicherheit in der Industrie 4.0 (IUNO) für die Umsetzung sicherer Prozesse in Fabriken anhand konkreter Fallbeispiele erläutert: Zum einen Anomalieerkennung in Wertschöpfungsnetzen, zum anderen sichere Produktionsplanung mittels Simulation. Die hier beschriebenen Beispiele sind für die Umsetzung in KMUs und großen Unternehmen geeignet.

Aus der aktuellen Diskussion verfestigt sich mit der Smart Factory ein Konzept, welches die intelligent vernetzte Fertigung der Zukunft beschreibt. Diese wird sich auf den gesamten Lebenszyklus einer Fabrik, im Schwerpunkt aber auf die Fabrikplanung sowie den -betrieb, auswirken. Klassische wie auch aktuellere Fabrikplanungsansätze stoßen durch die neuartigen Anforderungen an ihre Grenzen. Besonders die Individualisierung von Produkten sowie die freie Vernetzung und Selbstorganisation der Cyber-Physischen Fabrikobjekte tragen dazu bei, dass die Gültigkeit bestehender Planungsprinzipien angezweifelt werden kann. Dieser Beitrag identifiziert die inhaltlichen Anforderungen, welche für die zukünftige Fabrikstrukturplanung von Bedeutung sind, und stellt anhand einer Betrachtung von Planung und Betrieb vor, weshalb der Bedarf nach einer ganzheitlichen virtuellen Absicherung der Fabrikstruktur besteht. Weiterhin wird ein methodischer Ansatzpunkt für die Lösung der Herausforderungen ...

Simulation wird branchenübergreifend als wichtiges und etabliertes Werkzeug für moderne Engineering-Prozesse betrachtet. Insbesondere die Automatisierung komplexer Produktionsanlagen verwendet Modellierungs- und Simulationstechniken in verschiedenen Projektphasen, um sowohl die Anlage, aber auch das Produkt in bestmöglicher Qualität zu entwickeln. Die jüngsten Trends rund um die Digitalisierung von Produktionsanlagen bestärken die Relevanz von virtuellen Engineering-Szenarien. Dieser Beitrag beschreibt die Notwendigkeit von domänen- und werkzeugübergreifenden Standards für die Modellierung von mechatronischen Anlagen und Maschinen im Rahmen eines digitalen Zwillings.

Die Windenergie hat sich zu einer etablierten Technologie für die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien entwickelt. Allerdings sind in Deutschland geeignete Flächen für die Installation von Onshore-Windenergieanlagen beschränkt bzw. häufig schon bebaut. Folglich werden Offshore-Windenergieparks in Zukunft eine Schlüsselrolle für die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien darstellen, auch in Hinblick auf eine erfolgreiche Umsetzung der Energiewende. Die Installation eines Offshore-Windparks ist aufgrund der rauen Wetterbedingungen und der begrenzten Verfügbarkeit von Ressourcen jedoch anspruchsvoll und kostenintensiv. Dementsprechend gilt es, neue Konzepte für die Errichtung von Offshore-Windparks zu entwickeln und zu evaluieren, wobei hier die klassischen Werkzeuge zur Bewertung an ihre Grenzen stoßen. Diese Lücke lässt sich mittels einer Ablaufsimulation schließen.

Das Fachgebiet Produktionsorganisation und Fabrikplanung im Fachbereich Maschinenbau an der Universität Kassel beschäftigt sich seit vielen Jahren mit Forschungen zu Methoden und Werkzeugen der Digitalen Fabrik, die eine wichtige Facette im Rahmen der Entwicklungen zu Industrie 4.0 darstellen. Vorrangiges Ziel ist die Verbesserung sowohl der Produktions- und Logistikprozesse selbst als auch der hierzu notwendigen Planungsprozesse. Die folgenden Ausführungen geben einen kurzen Eindruck von den Arbeiten des Fachgebiets, stellen das Kompetenzlabor „Digitale Fabrik“ vor und erläutern exemplarisch für die Verbesserung unternehmensexterner Material- und Informationsflüsse ein Forschungsprojekt zur Digitalisierung in der Holzbereitstellung.

Industriearbeit 4.0 steht für digitale und dezentrale Industriearbeit, die Facharbeiter durch Mehrdeutigkeit, Selbstorganisation und Vernetzung herausfordern wird. Der vorliegende Beitrag stellt mit der situativen Lernfabrik einen umfassenden Ansatz vor, der Facharbeiter für diese Herausforderungen qualifiziert. Die situative Lernfabrik simuliert softwarebasiert unterschiedlich komplexe Situationen auf dem Shopfloor. Analog zu einem Flugsimulator erwerben Facharbeiter durch die spielerische Absolvierung von herausfordernden und praxisnahen Situationen wertvolles Erfahrungswissen und verbessern zugleich ihre IT-Kompetenz. Dadurch bereitet die situative Lernfabrik Facharbeiter umfassend und punktgenau für Industriearbeit 4.0 vor.

Bedingt durch den demografischen Wandel sehen sich Unternehmen zunehmend damit konfrontiert, die praktizierten Arbeitszeitsysteme nicht nur an die betrieblichen Ziele sowie an gesetzliche und tarifliche Vorgaben anzupassen, sondern auch an die Einsatzzeitwünsche ihrer Mitarbeiter. Dabei lassen sich unterschiedliche Mitarbeitertypen identifizieren, die sich hinsichtlich Arbeitszeitpräferenzen und privater Belastungssituation voneinander unterscheiden. Somit besteht ein Bedarf an lebenssituationsorientierten Arbeitszeitsystemen, was sich als hoch komplexes Planungsproblem erweist. Die Einsatzzeitplanung wird noch dadurch erschwert, dass gängige Werkzeuge zur Arbeitszeitgestaltung die Vereinbarkeit zwischen Arbeit und Privatleben allenfalls als Kennzahl zur Bewertung, nicht jedoch als Eingangsparameter für die Planung von Arbeitszeitsystemen berücksichtigen. Der Beitrag stellt das Simulationsverfahren OSim-GAM vor, das eine prospektive Planung und Bewertung von Arbeitszeitsystemen ...

Die vierte industrielle Revolution verspricht durch sogenannte Cyber-physische Systeme eine weitere Automatisierung der Prozesssteuerung. Die einzelnen Produkte erhalten die Fähigkeit, selbstständig ihre Produktion und Logistik zu steuern und dabei koordiniert die Unternehmensziele zu erreichen. Diese logische Verteilung reduziert die Komplexität der Steuerung unternehmensübergreifender Prozesse erheblich. Selbst kurzfristig auftretende Störungen können so in Echtzeit behandelt werden. In der betrieblichen Praxis wird die hierfür benötigte künstliche Intelligenz in der Regel nicht auf den aktiven Objekten selbst implementiert werden. Stattdessen werden adäquate Software-Plattformen für die Industrie 4.0 benötigt. Dieser Beitrag untersucht die Anforderungen an solche Plattformen und beschreibt, wie sie implementiert werden können.

Eine wachsende Zahl an Lieferkettenakteuren und die zunehmende Globalisierung von Geschäftsprozessen führen zu einer steigenden Güterverkehrsleistung und damit zu einem höheren Energiebedarf. Obwohl zugleich die Energiepreise steigen, bleibt die Energiebilanz von Produktionsnetzwerken bei deren Gestaltung weitgehend unberücksichtigt. Deshalb untersucht das Forschungsprojekt E²Log, wie Logistiknetzwerke und das Produktionsumfeld besser aufeinander abgestimmt werden können, um die Energieeffizienz zu verbessern. In der ersten Projektphase haben die Anwendungsfallpartner anhand der Lieferkette für die Produktionsversorgung des Volkswagen Amarok Simulationsszenarien entwickelt, um in Kürze Maßnahmen zur Effizienzsteigerung mithilfe eines eigens dafür erweiterten Simulationswerkzeugs zu untersuchen, ohne dabei klassische logistische Zielgrößen außer Acht lassen.

Komplexität beherrschbar zu machen ist eines der Kernthemen von produzierenden Unternehmen weltweit. Es ist hierbei zu beobachten, dass die in Unternehmen noch immer oft anzutreffende funktionsorientierte Organisation zwar die Komplexität der Einzelprozesse reduziert und somit kontrollierbar macht, jedoch häufig lokale Zielsysteme erzeugt, die im Gegensatz zu den globalen Unternehmenszielen stehen. Diese Problematik spiegelt sich auch in den IT-Systemen der Unternehmen wieder. In diesem Beitrag soll ein Ansatz vorgestellt werden, wie diese starren, funktionsorientierten Abläufe über gemeinsame Planungsprozesse sowie übergreifende IT-Systeme, sogenannte Logistische Assistenzsysteme (LAS), mehr Integration erfahren können. Zur Verdeutlichung des beschriebenen Ansatzes wird das Problem der integrierten Auftragsreihenfolge- und Transportplanung in der Automobilindustrie vorgestellt und eine Lösung anhand einer prototypischen Umsetzung illustriert.