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www.RIF-eV.de | CPPS-Auswahl | 06.12.2019

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CPPS-Auswahl

Basierend auf der definierten Zielsetzung und der identifizierten Problemstellung ist im nächsten Schritt eine geeignete CPPS-Lösung auszuwählen. Um Unternehmen bei der Auswahl geeigneter Lösungen zu unterstützen wurde eine webbasierte Industrie 4.0-Auswahlhilfe konzipiert. Diese wurde im Rahmen des Projekts initial befüllt, bietet aber ebenso die Möglichkeit, dass Systementwickler ihre Lösungen dort eintragen. Im Folgenden wird die Beschreibung der Industrie 4.0-Lösungen und die prinzipielle Nutzung der Auswahlhilfe erläutert.

Strukturierung von Industrie 4.0-Lösungen

Die bestehenden Strukturierungs- und Klassifizierungsmöglichkeiten sind ebenso vielfältig wie die Definitionen und Technologiefelder der Industrie 4.0. Der Fokus bisheriger Erhebungen lag in der Darstellung von Funktionen, Einsatzbereichen und Zukunftsfeldern (vgl. Hölczli et al. 2016; Lucke et al. 2014; Wischmann et al. 2015; Bauer et al. 2014). Zur Beschreibung des abstrakten Aufbaus sowie der übergelagerten Architektur von Industrie 4.0-Komponenten existiert darüber hinaus ein standardisiertes Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 (RAMI 4.0) (DIN SPEC 91345 2016). Aus praxisorientierter Sicht besteht jedoch keine detaillierte Unterscheidung zwischen herkömmlichen technischen und Industrie 4.0-Lösungen. Es herrscht Einigkeit darüber, dass die im Rahmen des RAMI 4.0 definierten Industrie 4.0-Komponenten die Grundlage für die Umsetzung von Industrie 4.0 in der Produktion bilden und durch deren Verknüpfung Cyber-Physische Produktionssysteme (CPPS) entstehen. Der im Folgenden vorgestellte Ansatz ermöglicht sowohl die Einordnung von CPPS-Lösungen in Technologiefelder als auch ihre konkrete Charakterisierung, sodass den bisher abstrakten Definitionen von Industrie 4.0-Komponenten und CPPS begegnet und eine zielgerichtete Auswahl konkreter Lösungen ermöglicht werden kann.

Die Erarbeitung einer praxisorientierten Strukturierung sowie der Überführung in einen CPPS-Katalog erfolgte auf Basis der o.g. Strukturierungsansätze und einer umfangreichen Analyse bestehender CPPS-Lösungen. Grundsätzlich besteht der CPPS-Katalog aus fünf Technologiefeldern – Innovative Produktionssysteme, Logistik, Robotik, Informations- und Kommunikationstechnik sowie Sensortechnik – und sechs Charakterisierungssegmenten – CPPS-Lösung, Funktionen, Einsatzbereiche, Systemanbieter/ -integratoren, Key Performance Indicators (KPI) sowie Kundenerfahrungen/ Feedback. In Abbildung 10 ist die Beschreibung von CPPS-Lösungen konzeptuell dargestellt.

Abbildung 10: Konzept zur Beschreibung von CPPS-Lösungen (Deuse et al. 2016)

Zur Steigerung der Übersichtlichkeit werden die o.g. Technologiefelder in weitere praxisorientierte Bereiche untergliedert. Die CPPS-Lösungen des Technologiefelds „Innovative Produktionssysteme“ können u. a. den Bereichen intelligente Fertigungslinien, intelligente Maschinenkomponenten oder intelligente Werkzeuge zugeordnet werden. In den Charakterisierungssegmenten werden die CPPS-Lösungen detaillierter beschrieben. Im Charakterisierungssegment „Funktionen“ werden bspw. im Kontext von Industrie 4.0 zehn Funktionen – Identifikation, Sensorik, Datenverarbeitung, Lokalisierung, Vernetzung, Visualisierung, Steuerung & Kontrolle, Aktuatorik, Simulation, Anpassungsfähigkeit – unterschieden und für jede CPPS-Lösung ausgeprägt (vgl. Hölczli et al. 2016). Die Ausprägung erfolgt in einer fünfstufigen Bewertung von nicht erfüllt (○) bis voll erfüllt (●).

Der Katalog wurde mit bestehenden CPPS-Lösungen befüllt, indem die CPPS-Lösung zu einem Technologiefeld zugeordnet sowie die Ausprägung der Charakteristika in den Charakterisierungssegmenten dokumentiert wurde. Anhand einer CPPS-Lösung wird die Ausprägung exemplarisch dargestellt, siehe Abbildung 10 (unterer Teil). Bei der ausgewählten CPPS-Lösung handelt es sich um das Szenario einer Mensch-Roboter-Kollaboration unter Einsatz eines UR10-Roboters in Kombination mit einer mobilen Plattform, welches im Rahmen des Forschungsprojektes MANUSERV entwickelt wurde (Hengstebeck et al. 2016). Diese CPPS-Lösung wird dem Technologiefeld Robotik und dem Bereich Mobile Robotik zugeordnet. Im Folgenden wird die Umsetzung des CPPS-Katalogs in Form der webbasierten Auswahlhilfe vorgestellt.

Nutzung der Auswahlhilfe

Die Nutzung der Auswahlhilfe kann für den Anwender geführt mit Hilfe der von ihm ausgewählten KPI erfolgen. Abbildung 11 zeigt die Startseite der Auswahlhilfe. Entsprechend der Perspektiven der BSC kann ausgewählt werden, in welchem Bereich ein Anwender mit Hilfe von CPPS-Lösungen Verbesserungen erreichen möchte. Durch die Auswahl eines Bereichs wird eine geführte Suche initiiert. In dieser können durch eine intuitive Visualisierung der Treiberbäume durch Checkboxen KPI ausgewählt werden (Abbildung 11, rechte Seite). Über die Startseite ist es ebenso möglich, im Katalog eine freie Suche auszuführen sowie das Menü zur Eintragung einer neuen Lösung aufzurufen.

Abbildung 11: Startseite der Auswahlhilfe (i. A. a. Deuse et al. 2018)

Durch die Auswahl relevanter KPI erfolgt die Ausführung einer Filterfunktion, aus der eine Ergebnisliste von potenziell geeigneten Lösungen inkl. Angabe des Herstellers resultiert, siehe Abbildung 12. Ein manuelles Suchfeld ermöglicht weitere Filterkriterien im Rahmen der Charakterisierungssegmente wie bspw. Technologiefeld, Funktionen oder Einsatzbereichen. Des Weiteren kann der Katalog auch ohne die geführte Auswahlhilfe verwendet und nach entsprechenden CPPS-Lösungen gefiltert werden.

Abbildung 12: Ergebnisliste von CPPS-Lösungen
Abbildung 13: Details zur CPPS-Lösung

Nachdem eine konkrete CPPS-Lösung ausgewählt wurde, wird diese im Detail angezeigt. Dies wird in Abbildung 13 beispielhaft dargestellt. Die Produktdetails können vom Anwender über die Charakterisierungssegmente eingesehen werden. Darüber hinaus erhält der Anwender die Möglichkeit, den Anbieter bzw. Systemintegrator direkt zu kontaktieren. Eine weitere Funktion ermöglicht, die KPI-Veränderungen des vorgestellten Anwendungsfalls im Detail zu sichten. Die geführte Auswahl von der Festlegung von Zielen und KPI bis hin zur CPPS-Lösung ist somit abgeschlossen und es kann eine Bewertung der ausgewählten Lösungen hinsichtlich ihrer Eignung erfolgen.

Befüllung der Auswahlhilfe

Abbildung 14: Eingabemaske für neue CPPS-Lösungen

Die Umsetzung der Eingabemaske für neue CPPS-Lösungen ist in Abbildung 14 dargestellt. In der Eingabemaske wurde eine Funktion implementiert, mit deren Hilfe die Technologiefelder und Charakterisierungssegmente durch textuelle Beschreibungen anzureichern sowie im Rahmen von Dropdown-Menüs auszuprägen sind. Auf diese Weise kann ein Systemanbieter eine eigene CPPS-Lösung durch Nennung des Produktnamens und Herstellers benennen sowie eine Homepage angeben. Der Entwicklungsstatus der CPPS-Lösung kann in verschiedene Kategorien von „In Planung“ bis hin zu „Im Einsatz“ eingeordnet werden. Darüber hinaus wird die Möglichkeit geboten, die Funktionen der Lösung sowie ein explizites Anwendungsbeispiel detaillierter zu erläutern. Die Angabe eines Anwendungsbeispiels ist besonderes für die Betrachtung der KPI von Relevanz, da diese sich auf das Beispiel beziehen. Die Ausfüllung der Einsatzbereiche und des Technologiefelds erfolgt per Checkbox bzw. Drop-Down-Menü. Die Ausprägung der KPI ist in einem nachfolgenden Menü vorzunehmen und wird durch die visuelle Darstellung der KPI-Treiberbäume unterstützt, in denen per Dropdown-Menü jeweils Ausprägungen vorgenommen werden können. Die Treiberbäume bieten außerdem die Möglichkeit eines Vorschlagswesens über weitere potenziell veränderte KPI, indem die Ausprägung auf höhere KPI-Ebenen propagiert wird. Auf dieser Basis könnte bspw. eine gesenkte Nacharbeitsquote ein Indikator für eine erhöhte Prozessqualität sein, die wiederum zu einer Steigerung der Produktionseffizienz führt.