Optimierung der Auftragsabwicklung in der Einzel- und Kleinserienfertigung mittels flexibler Produkt- und integrativer Prozessentwicklung am Beispiel des Apparate- und Behälterbaus

Abstract

Eine effiziente Auftragsabwicklung ist eine wichtige Voraussetzung für eine wettbewerbsfähige Produktion in allen industriellen Sektoren. Aufgrund des höheren Aufwandes des Konstruktions- und Auftragsplanungsprozesses in der Einzel- und Kleinserienfertigung im Vergleich zur Serien- und Massenfertigung, spielt eine effiziente Auftragsabwicklung in diesem Sektor eine größere Rolle für die Wettbewerbsfähigkeit der Unternehmen. Im aktuellen Stand der Technik sind die Methoden wie Baukastensystem und Feature-Technologie als Ansätze zur Optimierung der Auftragsabwicklung und Fertigungsvorbereitung oft in der Serienfertigung (wie Automobilindustrie) bekannt. Aber die hohe Kundenindividualisierung und fehlender Wiederholungseffekt in der Einzel- und Kleinserienfertigung beschränkt die Anwendung des klassischen Baukastensystems in diesem Sektor, was darüber hinaus auch die Optimierung der Auftragsplanung auf Basis vergangener Ereignisse stark einschränkt. Diese Arbeit stellt einen neuen Lösungsansatz zur Optimierung der Auftragsabwicklung in metallischer Einzel- und Kleinserienfertigung vor. In dieser Methodik wird ein Baukastensystem auf Basis von flexiblen Baugruppemodellen vorgestellt, die als Bausteine bezeichnet werden. Ein Baustein stellt ein Modell von Geometrie, Regeln und Informationen dar, welches parametrisch und regelbasiert vergleichbare Baugruppen erzeugen kann. Zum Erzeugen eines Wiederholungseffektes werden diese Bausteine in einer auf der Produktstruktur basierenden Standardarchitektur abgebildet. Im Gegensatz zu bisher bekannten Baukastenstrukturen, beinhalten die digitale Bausteine flexible, prozessrelevante Informationen. Die Gestaltung einer prozessorientierten Fertigung auf Basis dieser Standardarchitektur ermöglicht eine Strukturharmonisierung in allen Unternehmensebenen um einen vertikalen Informationsfluss zu realisieren und darüber hinaus den Informationsnutzungsgrad deutlich zu erhöhen. Die beschriebene Methodik wird anhand eines Beispiels in einem realen Betrieb detailliert dargestellt. Der bessere vertikale Informationsfluss wird anhand der automatisierten Arbeitsvorbereitung illustriert. Weiters wird gezeigt, wie durch den Einsatz der prädiktiven Modellbildung Belegungszeiten, welchen eine kritische Rolle im Auftragsabwicklungsprozess zukommt, zuverlässiger ermittelt werden können. Der Einsatz der genannten Standardarchitektur erhöht die Zuverlässigkeit der prädiktiven Modelle.

The high variability of customer expectations results in the complexity of product development and manufacturing processes, which exists obviously in all types of production systems. One of these production systems with a high level of complexity, is single-item production, which is addressed in this work. The lack of repetition effect in the single-item production in metal industry also limits an exact determination of the necessary process parameters (e.g. process time) for production planning and cost estimation and furthermore restricts the application of production planning systems. This challenge is especially noticeable in manual work stations. Therefore, the preparation and planning process in single-item production is usually wasteful and complicated. The question is: How can a product be produced most efficiently in the single-item production process? Recently, due to the increasing application of variant-oriented product modelling, the efficiency of preparation processes has been increased. But deficiency of harmonisation between design and production structures limits the automation of the preparation and planning process after the design process. In this work, an approach is introduced to restructure the production processes and also harmonise the design and production structures in single-item production systems. This harmonisation is taking place based on standard structure, which is determined on basis of construction and production restrictions. The product structure and production structure in a product family is an output of this standard structure. This adaptation promotes the automation of the preparation and planning process. To achieve this goal, ERP (Enterprise Resource Planning) and PDM (Product Data Management) systems should not only be configured but also interconnected on the basis of this introduced method. As a result, an integrated model to minimize circle times in single-item production is introduced. This work also discusses a methodology to improve the prediction accuracy of process time in single-item production systems. In this approach the process times are estimated on basis of historical operating data and product design parameters after the harmonisation of structures in the production system through predictive analytics methodology. In this work the predictive model is developed based on characteristic indicators through correlation analyses and different regression models. Standardized production processes and structure of data acquisition are also a strong requirement to apply this approach in single-item production systems. The structure of data acquisition is also developed on basis of process model and design structure. This approach is applied in a practical case study, which is introduced in this work. This methodology supports single-item producers to improve their planning process and cost estimation quality in metal industry.