Übersicht abgeschlossener Forschungsprojekte

Die Wahl der geeigneten Auftragsabwicklungsstrategie trägt maßgeblich zur Realisierung wirtschaftlicher und logistischer Ziele von Produktionsunternehmen bei. In der Praxis entscheiden sich viele Unternehmen für eine Auftragsabwicklungsstrategie nach qualitativen Kriterien oder nach Erfahrungswerten zumeist pauschal für bestimmte Artikel und Auftragsarten oder fallweise für einzelne Aufträge. In der Wissenschaft werden die Problemstellung der Auftragsabwicklungsstrategieauswahl und damit verbunden die Positionierung des Kundenauftragsentkopplungspunkts bereits seit Längerem untersucht. Zur Vereinfachung werden dabei jedoch oft Annahmen getroffen und entscheidungsrelevante Kriterien teilweise nicht berücksichtigt. Zudem finden sich in der Literatur nur vereinzelt Regeln zur Quantifizierung des Einflusses solcher Kriterien. Ziel des Forschungsvorhabens MoBAStra ist die Quantifizierung der Auswirkungen verschiedener Auftragsabwicklungsstrategien auf wettbewerbsrelevante Zielgrößen, wie z. B. Herstellkosten (Auslastung, Rüstkosten), Bestandskosten, Termintreue sowie die dafür erforderliche Kapazitätsflexibilität. Hierfür werden im ersten Schritt einzelne bestehende mathematische Modelle erweitert und neue Modelle zur Beschreibung spezifischer Wirkzusammenhänge entwickelt. Im zweiten Schritt erfolgt durch die gezielte Kombination verschiedener einzelner logistischer und betriebswirtschaftlicher Modelle die Entwicklung eines umfassenden und allgemeingültigen Gesamtmodells. Dieses Gesamtmodell ermöglicht die Quantifizierung der Wechselwirkungen zwischen unterschiedlichen Auftragsabwicklungsstrategien und den resultierenden wirtschaftlichen und logistischen Zielgrößen. Die Umsetzung des Gesamtmodells in einen anwenderfreundlichen Software-Demonstrator ermöglicht KMU, eigenständig ihre innerbetrieblichen Lieferketten zu analysieren und eine wissenschaftlich fundierte Entscheidung hinsichtlich der Auswahl der Auftragsabwicklungsstrategie zu treffen.

Schlussbericht:

Schlussbericht_MoBAStra.pdf

In der Kommissionierung sind manuelle und körperlich anspruchsvolle Tätigkeiten weit verbreitet. Die Möglichkeiten für technische und organisatorische Maßnahmen zur Senkung der physischen Belastungen (u.a. durch Automatisierung) sind jedoch begrenzt – insb. in KMU. Im Fokus der Industrie stehen daher zunehmend Assistenzsysteme in Form von Exoskeletten. Erprobungen mit Prototypen und ersten am Markt verfügbaren Produkten erfolgen bereits. Gesicherte arbeitswissenschaftliche Erkenntnisse zu Einsatzbedingungen, Beanspruchungen und Nutzerakzeptanz werden in derzeit laufenden Forschungsprojekten erarbeitet. Unbeantwortet ist bislang jedoch die Frage, ob der Exoskeletteinsatz dynamische Bewegungsabläufe wie in der Kommissionierung (z. B. Greifen, Laufen) behindert und gemeinsam mit den erforderlichen Rüstzeiten ggf. zu einer Minderung der Kommissionierleistung führt. Diesen Aspekten soll im Forschungsvorhaben durch systematische Untersuchungen, einerseits in Feldstudien unter Praxisbedingungen, andererseits unter idealisierten Bedingungen in Laborstudien (u. a. durch Messungen mit Motion-Capturing-Technik) nachgegangen werden. Ziel ist die Erarbeitung eines praxisorientierten Handlungsleitfadens für Logistikunternehmen zur Planung des Einsatzes von Exoskeletten bei Kommissioniertätigkeiten. Es sollen Empfehlungen gegeben werden, welche Voraussetzungen für einen effizienten Einsatz von Exoskeletten zu schaffen sind. Das kann z. B. Strategien zur Platzierung von Artikeln oder zur Zuweisung von Aufträgen betreffen. Dabei ist auch zu beachten, dass Exoskelette selten exklusiv eingesetzt werden, d. h. die Konfiguration der Kommissioniersysteme muss zumindest einen „Mischbetrieb“ zulassen und auch bei zeitweise eingeschränkter Verfügbarkeit der Exoskelette ein effizientes Arbeiten erlauben.

Schlussbericht:

Schlussbericht_ExoKomm.pdf

Anlage_1_Handlungsanleitung_ExoKomm.pdf

Ziel des Forschungsprojekts ist die Integration und optimale Koordination herstellerspezifischer Leitsysteme und Fahrzeuge mithilfe eines Systemkoordinators. Im Rahmen einer hybriden Steuerungsarchitektur ist der Koordinator in der Lage, der jeweils geeigneten Leitsteuerung den Transportauftrag zuzuweisen und unter Anwendung verschiedener Steuerungsstrategien auch systemübergreifende Transportaufträge zu optimieren. Eine anschließende Potentialanalyse untersucht die Möglichkeiten und Voraussetzungen für Leistungssteigerungen in heterogen gesteuerten Materialflusssystemen durch diese hybride Steuerung. Hierzu sollen auf Basis aktuell eingesetzter Leitsteuerungen und Optimierungsverfahren eine Schnittstellenklassifikation der Leitsteuerungen nach übermittelten Informationen und die Zuordnung von geeigneten Optimierungsverfahren zu jeder Klasse erfolgen. Daraufhin wird ein Systemkoordinator entwickelt, der in Abhängigkeit der Schnittstellenausprägung verschiedene Optimierungsstrategien anwenden kann. Der Systemkoordinator und verschiedene Referenzleitsysteme werden in ein Simulationsmodell überführt, sodass eine simulative Untersuchung der Optimierungspotenziale für unterschiedliche Schnittstellenklassen erfolgen kann, auf deren Basis schlussendlich Handlungsempfehlungen für die Aufgaben des Systemkoordinators und die Gestaltung der Schnittstellen ausgearbeitet werden können. Insbesondere FTS-Hersteller, die oftmals den KMU zugeordnet werden können, profitieren vom wirtschaftlichen Potenzial der Lösung, da zum einen deren herstellerspezifisches Wissen in der Leitsteuerung und in den Fahrzeugen weitestgehend geschützt wird. Zum anderen können FTS-Hersteller die Ergebnisse aus der im Rahmen des Forschungsprojekts durchgeführten systematischen Untersuchung verschiedener Optimierungsverfahren auch für die Optimierung ihrer eigenen Leitsteuerung verwenden.

Schlussbericht:

Schlussbericht_EPoSysKo.pdf

In der manuellen Mann-zur-Ware Kommissionierung wird heute oftmals Pick-by-Light eingesetzt, um Mitarbeitern die Lagerplätze zur Warenaufnahme aufzuzeigen. Untersuchungen zeigen, dass Pick-by-Light deutlich verbesserte Kommissionierzeiten und niedrigere Fehlerraten im Vergleich zur klassischen Kommissionierliste oder anderen technischen Kommissionierverfahren ermöglicht. Trotzdem entscheiden sich aufgrund der hohen damit verbundenen Investitionskosten, gerade zahlreiche kleine und mittlere Unternehmen (KMU) gegen den Einsatz von Pick-by-Light-Systemen. Ziel des Vorhabens Pick-by-Tag ist daher die Entwicklung eines kostengünstigen technischen Kommissioniersystems auf Basis passiver RFID-Tags, das sich an der Pick-by-Light-Methodik orientiert. Dadurch können Kommissionierprozesse bei KMU hinsichtlich Geschwindigkeit und Fehlerrate optimiert werden. Das drahtlose Pick-by-Tag-System soll mittels passiver, batteriefreier RFID-Tags mit LEDs realisiert werden die als Fachanzeigen an den Lagerfächern angebracht werden. Die Signalgebung der RFID-Tags wird durch ein RFID-Lesegerät mit dem notwendigen Strom versorgt. Teilziel des Projekts ist, dass bei einer Installation an 1000 Lagerfächern die Anschaffungskosten des Systems unter 30 € pro Fach liegen. 

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Schlussbericht_20263N_Pick-by-Tag.pdf

Kleinere und mittlere Unternehmen (KMU) verfügen in der Produktion häufig noch nicht über eine, ihren Prozessen, Produkten und Produktionssystem entsprechende, Datenerfassungsmethode. Eine stark detaillierte Datenerfassung (hohe Erfassungsauflösung) wird i.d.R. gescheut, da sie meist hohen Aufwand oder hohe Kosten verursacht. Die derzeit in Kauf genommene Alternative erzeugt grob-aggregierte, lückenhafte Datenbestände in denen relevante Soll-Ist-Abweichungen im Prozess häufig nicht erkannt werden. Weiterhin werden erkannte Störungen meist nicht tiefgreifend und systematisch analysiert. Die Lösung dieses Konflikts und Defizits liegt in der bedarfsorientierten Anpassung der Rückmeldeauflösung und -häufigkeit sowie einer gestützten Störungsdiagnose und -prognose. Im Forschungsvorhaben wird daher ein KMU-gerechtes, adaptiv-iteratives Business-Intelligence-System (BIS) entwickelt, welches Problemstellen durch gezielte Datenaufnahmen in der Produktion aufdeckt, analysiert und deren Auftreten im Betrieb und bei neuen Produkten abschätzt. Zugleich werden Verschwendungen aufgrund zu häufiger Rückmeldungen vermieden (Lean-Prinzip). Das BIS soll einen durch künstliche Intelligenz gesteuerten Soll-Ist-Abgleich durchführen und den „Auflösungsgrad der Datenaufnahme“ variabel festlegen, um sich iterativ Problemstellen anzunähern. Mittels Sprachassistenz als Erfassungsmedium erfolgt die Rückmeldung aufwandsarm und parallel zur Haupttätigkeit in der einfachsten Kommunikationsform - der natürlichen Sprache. Auf langfristige Sicht sollen die Methoden des maschinellen Lernens darüber hinaus das BIS befähigen, frühzeitig Abweichungen im Prozessverlauf zu prognostizieren und somit einen störungsarmen Produktionsablauf zu sichern. Um die Projektlaufzeit bestmöglich zu nutzen und zugleich möglichst viele Testiterationen durchzuführen, wird die Systementwicklung durch einen mehrstufigen Entstehungsprozess an das Wasserfallmodell bzw. das Prinzip von Simultaneous Engineering angelehnt.

Schlussbericht:

LeanBI_Schlussbericht_final.pdf

In Distributionszentren ist die Kommissionierung eine zentrale logistische Aufgabe, die auf allen Wertschöpfungsstufen durchgeführt werden muss. Durch eine gleichmäßige Auftragseinlastung wird in der Kommissionierung versucht die meist stark schwankende Kundennachfrage zu glätten und dabei trotzdem den Servicegrad mit geforderter Durchlaufzeit zu erfüllen. Logistikdienstleister (LDL) greifen dabei meist auf ihre Erfahrungen zurück. Es fehlt ein allgemeingültiger, öffentlich zugänglicher Standard zur Nivellierung in der Kommissionierung, sodass Unternehmen auch ohne Erfahrung ihre Auftragseinlastung optimal planen können. Das Forschungsvorhaben „Glätten und Nivellieren in der Kommissionierung“ hat zum Ziel ein allgemeingültiges Konzept zur Nivellierung in der Kommissionierung sowie Methoden zur exakten Analyse der Leistungsfähigkeit der nivellierten Auftragsabwicklung und zur Bestimmung des benötigten Personalbedarfs zu entwickeln. Hierzu wird ein standardisiertes Nivellierungskonzept der Kommissionierung entwickelt. Dieses wird als Markov-Kette abgebildet, die eine exakte Beurteilung der Leistungsfähigkeit der nivellierten Auftragsabwicklung und die Bestimmung des benötigten Personalbedarfs ermöglicht. Anhand einer numerischen Studie wird der Einfluss verschiedener Ansätze der Arbeitszeitgestaltung auf die Leistungsfähigkeit der Kommissionierung ermittelt und in Form eines Leitfadens zusammengefasst. Die Ergebnisse ermöglichen KMUs eine genaue und frühzeitige Abschätzung der Kommissionierkosten und eine präzise Planung der Auftragseinlastung und des Personalbedarfs anhand der definierten Standards. Dadurch werden Planungsrisiken reduziert und durch die erzeugte Transparenz Vorteile bei der Akquise geschaffen und Missverständnisse zwischen Unternehmen und LDL vermieden. Außerdem wird das Risiko von Fehleinschätzungen vermindert. Anhand eines Benchmarking der Realität mit dem Modell können individuelle Verbesserungspotentiale identifiziert werden.

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Schlussbericht_NivKom.pdf

Da auch KMU zunehmend in globalen Wertschöpfungsnetzwerken (WSNs) agieren und ihre Variantenvielfalt stetig zunimmt, haben die Zuteilung von Produktvarianten sowie die Anpassung von Strukturen und Kapazitäten in WSNs einen großen Einfluss auf deren Wettbewerbsfähigkeit. Das Forschungsprojekt "ProdAllo.net" zielt auf die Entwicklung einer KMU-gerechten Methodik zur effizienten Allokationsplanung von dynamischen Erweiterungen des Produktprogramms sowie deren Wechselwirkung mit der Anpassung von Strukturen und Kapazitäten globaler WSN ab. Dazu wird zunächst eine Methode zur Clusterung von Produktvarianten entwickelt, um die hohe Komplexität bei der Allokationsplanung zu reduzieren. Parallel werden Gespräche mit den Unternehmen des Projektbegleitenden Ausschusses geführt, um deren Anforderungen an die Charakterisierung von Produktionsstrukturen und -kapazitäten im WSN aufzunehmen und eine Datenstruktur für das Optimierungsmodell zu erarbeiten. Darauf aufbauend erfolgt die Methodenentwicklung zur Entscheidungsunterstützung bei der dynamischen Produktallokation und Konfigurationsanpassung von globalen WSNs. Diese beinhaltet ein Optimierungsmodell zur integrierten Allokationsplanung und Netzwerkanpassung sowie Analysemethoden, die zu einer Erhöhung der Ergebnistransparenz sowie zur Identifikation von Produktionsengpässen und Maßnahmen zur weiteren Lösungsverbesserung beitragen. Die KMU-taugliche Anwendbarkeit der Methodik wird durch deren Umsetzung in einem Softwaredemonstrator sowie dessen Beschreibung in einem Praxisleitfaden sichergestellt. Die entwickelte Methodik bietet produzierenden Unternehmen eine quantitativ abgesicherte Entscheidungsunterstützung zur Strategieentwicklung für ihre Produktallokation und die Konfigurationsanpassung ihrer WSNs. So können KMU trotz begrenzter Ressourcen kostenintensive Fehlentscheidungen bei Allokations- und Anpassungsentscheidungen im WSN vermeiden und weitere Maßnahmen zur Lösungsverbesserung identifizieren.

Download Schlussbericht mit Softwaretool und Anwenderleitfaden:

20467_N_ProdAlloPlan.net_Schlussbericht.pdf

20467_N_ProdAlloPlan.net_Anwenderleitfaden.pdf

20467_N_ProdAlloPlan.net_Software-Demonstrator.zip

Aufgrund des demographischen Wandels nimmt der Anteil der Menschen mit eingeschränkter Bewegungsfähigkeit und Belastbarkeit stark zu. Für Unternehmen bedeutet dies, dass sie für eine Zuordnung von Aufgaben zu Mitarbeitern sowohl die individuelle Bewegungsfähigkeit und Belastbarkeit als auch die diesbezüglichen Anforderungen aller Arbeitsplätze im Detail kennen müssen. Die bestehenden Methoden zur Ergonomieanalyse sind mit dieser Aufgabe überfordert, weil sie die detaillierten Anforderungen der Arbeitsaufgaben bzw. Arbeitsplätze nicht mit der individuellen Bewegungsfähigkeit und Belastbarkeit der Mitarbeiter vergleichen. Ziel des Forschungsvorhabens ist es, eine grundsätzlich neue Form der Ergonomieanalyse zu entwickeln, die die Bewegungsfähigkeit und Belastbarkeit jedes einzelnen Mitarbeiters erfasst und mit den detaillierten Anforderungen jedes einzelnen Arbeitsplatzes abgleichen kann. Die Grundidee des Forschungsvorhabens ist es, dazu 1. die Bewegungsfähigkeit und Belastbarkeit der Mitarbeiter durch eine standardisierte Folge von Bewegungsübungen zu erfassen, 2. die Anforderungen der einzelnen Arbeitsplätze für einen Mitarbeiter zu erfassen und anhand der individuellen Körpermaße auf jeden einzelnen Mitarbeiter zu transformieren, 3. einen Abgleich der Anforderungen mit den Fähigkeiten und der Belastbarkeit automatisiert durchzuführen, um 4. systematisch geeignete Maßnahmen für eine ergonomische Verbesserung der Arbeitsplätze und eine bessere Aufgabenzuordnung abzuleiten. Um den Aufwand für die Erfassung gering zu halten, sollen die Bewegungen der Mitarbeiter mit 3D-Kameras und ggf. kostengünstigen Sensoren aufgenommen werden. Der Nutzen für KMU besteht darin, mit geringem Aufwand eine sehr detaillierte Ergonomieanalyse für alle Mitarbeiter durchführen zu können. Sie erhalten so sehr konkrete Hinweise auf Verbesserungsmaßnahmen und können so die Mitarbeiter wesentlich besser vor muskuloskelettalen Erkrankungen schützen.

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Schlussbericht_ErgoTrack_inkl_Unterschriften.pdf

Das BTA-Tiefbohrverfahren ist ein Verfahren zur Bearbeitung von großen Bohrungsdurchmessern und Bohrtiefen. Hierbei wird der Mittenverlauf der erzeugten Bohrung mit zunehmender Bohrtiefe ein kritisches Qualitätsmerkmal. Insbesondere bei großen Bohrtiefen und hohen Qualitätsanforderungen kann eine zu große Abweichung von der idealen Bohrungsachse zu einer Ausschussproduktion führen, wodurch neben den eingesetzten Fertigungskosten aufgrund der Rohteilkosten durch die großen Werkstückdimensionen erhebliche Ausschusskosten entstehen. In der industriellen Praxis werden manuelle Verfahren mit zeitintensiver Korrektur zur Reduzierung des Bohrerverlaufes verwendet, welches folglich zu erhöhten Fertigungskosten führt. Das Verfahren basiert auf Messung der Wandstärke durch Ultraschall. Der Maschinenbediener korrigiert anschließend die Lage auf Basis seiner Erfahrung.Im Rahmen dieses Projektes soll ein mechatronisches Werkzeugsystem entwickelt werden, durch dessen Einsatz die zeit- und kostenintensiven Ausrichtvorgänge vermieden werden können. Hierbei erfolgt zunächst eine grundlegende Analyse zur Entstehung, Erfassung und Kompensation des Mittenverlaufes. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse wird anschließend ein Sonderbohrgestänge gefertigt, das eine gezielte Abdrängung des Bohrkopfes ermöglicht. Dieses Bohrgestänge wird durch ein mechatronisches System gesteuert. Durch eine prozessparallele Erfassung und Analyse des Mittenverlaufes, werden kontinuierlich werkzeugseitige Kompensationen eingeleitet. Das System führt die Kompensation selbsttätig, ohne Unterbrechung des Bohrprozesses durch. Aufgrund der im System hinterlegten Gesetzmäßigkeiten werden reproduzierbar anforderungsgerechte Tiefbohrungen erzeugt und damit die bisher erheblichen Ausschusskosten signifikant reduziert, was einen deutlichen Nutzen für die KmU darstellt. Insgesamt ermöglicht das neue Werkzeugsystem somit die automatische, produktive Fertigung qualitativ hochwertiger Bohrungen mit dem BTA-Tiefbohren.

Ergebniszusammenfassung:

Im Projekt wurde ein System zur prozesssimultanen Kompensation des Mittenverlaufs beim BTA-Tiefbohren entwickelt und erforscht. Durch eine neuentwickelte, gefertigte und erprobte Kompensationseinheit, die zwischen Bohrkopf und Bohrrohr montiert wird, ist mithilfe einer radial ausstellbaren Regelleiste und einem innovativen Aktorikkonzept eine gezielte Verkippung des Bohrkopfs und somit eine zielgerichtete Beeinflussung des Mittenverlaufs im laufenden Prozess möglich. Das entwickelte Messsystem bietet erstmals die Möglichkeit, den Mittenverlauf während des Bohrprozesses in Betrag und Richtung zu erfassen. Im Vergleich zum Prozess ohne Regelung und Kompensationseinheit wurde die progressive Zunahme des Mittenverlaufs signifikant reduziert. Um die geforderte Regelgüte von maximal 0,2 mm Mittenverlauf pro Meter Bohrtiefe zu erreichen, wurden die Haupteinflussgrößen auf das Messsystem identifiziert und kompensiert. Zur Untersuchung des Systems wurde ein Systemmodell des Prozesses entwickelt. Auf Basis von Versuchsreihen erfolgte die Entwicklung einer Regelung sowie die Anwendung im Prozess. Nach einem Bohrweg von lB = 1.000 mm ist eine durchschnittliche Mittenverlaufsreduzierung von ca. 40 % realisierbar. Durch Realisierung und Erprobung des Demonstrators für das geregelte Tiefbohren wurde vorwettbewerbliches Wissen für die industrielle Umsetzbarkeit dieser Technologie geschaffen. Unter Berücksichtigung der aufgezeigten Randbedingungen kann dieses Wissen direkt von industriellen Anwendern übernommen werden. Die erforderlichen Investitions- und Entwicklungskosten für die Umsetzung des Kompensationssystems werden durch die Anwendung des in diesem Forschungsvorhaben erarbeiteten Wissens reduziert.

Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, ein speziell für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) im Anwendungsfeld von Umschlagterminals zugeschnittenes IT-Referenzmodell zu entwickeln. Dieses soll die Terminals darin unterstützen, eigenständig eine systematische Weiterentwicklung ihrer IT- und Prozesslandschaft durchzuführen.

Umschlagterminals sind gekennzeichnet durch vielfältige Kundenbeziehungen, Dienstleistungen und organisatorischen Schnittstellen. Für diese Herausforderungen setzen große Terminals umfangreiche und teure Terminal-Operating-Systeme (TOS) ein. Diese Systeme kommen aufgrund des sehr großen Funktionsumfanges, des hohen Anpassungsaufwandes an betriebliche Begebenheiten und der damit verbundenen hohen Kosten für Anschaffung, Anpassung, Wartung und Weiterentwicklung für KMU-Terminals oftmals nicht in Frage. In KMU-Umschlagterminals werden daher diverse unterschiedliche kleine, teilweise selbst erstellte IT-Lösungen eingesetzt und auch noch häufig Prozesse ohne passende IT-Unterstützung, z. B. durch Inkaufnahme vieler ineffizienter und fehleranfälliger Medienbrüche, durchgeführt. Um diese von IT-Insellösungen, Redundanzen und rein papiergestützten Abwicklungsabläufen geprägten IT- und Geschäftsprozess-Landschaften im Sinne einer zukunftsweisenden Digitalisierung weiterzuentwickeln und damit eine Agilität hinsichtlich sich ändernder Rahmenbedingungen und Anforderungen an digitale Schnittstellen zu Partnern in der maritimen Transportkette aufzubauen, fehlt es den KMU-Umschlagterminals zumeist an Kapital und Personal.

Mit diesem Forschungsvorhaben soll für diese Situation Abhilfe mit einem „Hilfe zur Selbsthilfe“ – Ansatz geschaffen werden. Das angestrebte IT-Referenzprozessmodell mit den Vorgehensmodellen, Werkzeugen und Handlungsempfehlungen bildet dafür die Basis. Ein derartiges, auf die Spezifika der KMU-Terminals ausgerichtetes Referenzmodell ist bisher nicht vorhanden und stellt eine Innovation dar. In der in sieben Arbeitspaketen gegliederten und mit zwei Jahren Laufzeit geplanten Projektbearbeitung ist eine intensive Rückkopplung mit den diversen beteiligten Unternehmen vorgesehen. Damit wird sichergestellt, dass die entwickelten Hilfen praktisch anwendbar und von Nutzen für die KMU-Umschlagterminals sind.

Download Schlussbericht:

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