Vorgehensmodell zur Integration unterschiedlicher Instandhaltungsstrategien in der autonomen Produktionssteuerung

Abstract

Ansätze zur autonomen Produktionssteuerung ermöglichen es, den wachsenden Herausforderung an eine hohe Termintreue bei kurzen Lieferzeiten und gleichzeitig kürzer werdender Planungshorizonten, steigender Planungskomplexität und einer stetigen Zunahme an Änderungen, entgegenzuwirken. Viele dieser Ansätze berücksichtigen jedoch relevante Entscheidungsfaktoren wie beispielsweise die Instandhaltung und abgeleitete Instandhaltungsmaßnahmen nicht, sondern gehen von idealisierten Annahmen aus. Eine verringerte Entscheidungsqualität und eine resultierende geringe Akzeptanz autonomer Produktionssteuerung sind die Folge. Daher ist eine Umsetzung in industriellen Anwendungen in den meisten Fällen noch nicht möglich.Vor diesem Hintergrund ist das übergeordnete Ziel der vorliegenden Arbeit einen signifikanten Schritt hin zur Umsetzungsreife für autonome Produktionssteuerung beizutragen,indem die Integration unterschiedlicher Instandhaltungsstrategien demonstriert und der Nutzen solch einer Integration quantifiziert wird.Zu diesem Zweck wird in der vorliegenden Arbeit ein Vorgehensmodell zur Integrationunterschiedlicher Instandhaltungsstrategien in der autonomen Produktionssteuerung entwickelt. Dazu werden basierend auf einer systematischen Literaturanalyse und einer Expertenbefragung die relevanten Entscheidungsfaktoren für die Integration von Instandhaltung in die Produktionssteuerung ermittelt. Diese Faktoren stellen die Grundlage für Kostenfunktionen zur Umsetzung mittels eines marktplatzbasierten Ansatzes und eines integrierten Planungsmodells dar. Dieses Modell berücksichtigt drei Sub-Systeme: i) Instandhaltungssystem,ii) System zur autonomen Produktionssteuerung und iii) System zur Produktionsplanung. Darüber hinaus wird anhand des Prescriptive Maintenance Modells (PriMa) demonstriert, wie ein innovatives Instandhaltungsmodell erfolgreich in die autonomen Produktionssteuerung integriert werden kann.Das entwickelte Vorgehensmodell wird anschließend in einem agentenbasierten Simulationsmodell am Beispiel eines industriellen Use-Cases implementiert und die Rahmenbedingungen für eine erfolgreiche Umsetzung abgeleitet.Das entwickelte Vorgehensmodell ermöglicht die Erhöhung der Liefertermintreue bei gleichzeitiger Steigerung der technischen Anlagenverfügbarkeit und somit der Produktivität eines Produktionssystems. Die vorliegende Arbeit leistet somit einen positiver Beitrag,um den hohen Anforderungen an Flexibilität und Reaktionszeiten in der Planung bei gleichzeitig hoher Anlagenproduktivität entgegenzuwirken.

Approaches to autonomous production control enhance to cope with growing challenges of high delivery accuracy and with short delivery dates and concurrently dealing with shorter planning horizons, increasing planning complexity and a constant increase inchanges regarding planning. However, the majority of these approaches do not take relevant decision factors such as maintenance planning and derived maintenance measures into account. Furthermore, they usually are based on idealized assumptions. The ultimate practical implications are a reduced decision quality and a resulting low acceptance of autonomous production control. Therefore, implementation in industrial applications is not yet possible in most cases.To tackle the a formentioned challenges, the overarching goal of the present work is toachieve a significant step towards implementation maturity for autonomous production control through an integrative consideration of maintenance planning and to quantify the benefits of such a consideration.For this purpose, a process model for integrating different maintenance strategies in autonomous production control is developed in the present work. Based on an extensive and systematic literature analysis and an expert survey, the relevant decision factors forthe integration of maintenance into production control are be determined. These factorslay the ground for a concept for an autonomous production control taking into accountmaintenance planning and a cost function for implementation using a market place based approach. The proposed model for autonomous production control features maintenance(cost-)planning methods, under consideration of the Prescriptive Maintenance Model (Pri-MA) which consists of the following three sub-systems: i) maintenance system, ii) systemfor autonomous production control and iii) system for production planning.The developed method is implemented in a simulation model using the example of an industrialuse case. On this basis the conditions for a successful implementation are derived.The developed model enables an increase of the delivery accuracy while at the same time incresing the technical plant availability and therefore contributes to increasing productivity of a production system. The present work enahnces the capability of manufacturing enterprises to cope with the current high demands on flexibility and reaction times in planning while at the same time ensuring high plant availability.