Planung veränderungsfähiger Fabriklayouts auf Basis unscharfer Daten (FlexLayout)

Unschärfe und Unsicherheit durch zunehmend globale und volatile Märkte spielen in der Fabrikplanung eine große Rolle. Die Ableitung des optimalen Maßes an Veränderungsfähigkeit aus der Datenunschärfe erfolgt bisher jedoch nicht systematisch. Ziel des Forschungsprojekts „FlexLayout“ ist daher eine Methode zur Planung veränderungsfähiger Fabriklayouts auf Basis unscharfer Planungsdaten. Diese Methode ermöglicht es, relevante Unschärfen während des Planungsprozesses zu identifizieren und die benötigte Veränderungsfähigkeit zu ermitteln.

Motivation

Um erfolgreich am Markt bestehen zu können, müssen produzierende Unternehmen die Herausforderungen eines turbulenten und globalisierten Marktumfeldes beherrschen. Deutlich kürzer werdende Produktlebenszyklen und eine stark ansteigende Variantenvielfalt führen zu häufigen Veränderungen in den Rahmenbedingungen der Produktion, an die sich Unternehmen schnell anpassen müssen. Um unter diesen Bedingungen wettbewerbsfähig zu sein, müssen die Produktionsstruktur und das Fabriklayout ein gewisses Maß an Veränderungsfähigkeit aufweisen. Planungsdaten sind die Grundlage für diese Anpassungen. Diese Daten unterliegen nicht nur vorhersehbaren Schwankungen, sondern sind aufgrund der Fülle von Einflussfaktoren und Unsicherheiten in der Regel unscharf. Um auf diese Unschärfen optimal zu reagieren, muss die notwendige Veränderungsfähigkeit gezielt in den Bereichen einer Fabrik vorgesehen werden, in denen Unschärfe auftritt. Daher ist sowohl eine nähere Analyse der unscharfen Daten als auch der Möglichkeiten zur Planung veränderungsfähiger Fabrikstrukturen essentiell.

Ziele des Projekts

Die Zielsetzung des durch die DFG geförderten Forschungsprojektes „FlexLayout“ kann in 3 Punkten dargestellt werden:

1.    Die Auswirkungen unscharfer Daten im Planungsprozess systematisch analysieren und eine Methode zur Identifikation relevanter Unschärfen bereitstellen. (TP1)

2.    Sinnvolle Kombinationen veränderungsfähigkeitsfördernder Maßnahmen (sog. „Veränderungsbefähiger) identifizieren und somit Layoutalternativen zu generieren.(TP2)

3.    Den Fabrikplaner befähigen, auf Basis der Unschärfe der Planungsdaten Layouts mit einer kostenoptimalen Ausprägung der Veränderungsfähigkeit zu planen. (TP3)

Vorgehen im Projekt FlexLayout

Die drei beschriebenen Ziele des Forschungsprojekts werden, wie im Folgenden beschrieben, drei Teilprojekten (TP) zugeordnet. Im ersten Teilprojekt TP1 wird das Zustandekommen sowie die Auswirkungen unscharfer Planungsdaten untersucht und eine Klassifizierung der Unschärfe vorgenommen. Eine Methode zur Identifikation unterschiedlicher Unschärfen in den Planungsdaten und zur Auswahl für die weitere Planung relevanter Unschärfen wird entwickelt. Ziel des zweiten Teilprojekts TP2 ist es, Veränderungsbefähiger für Fabriken zu bestimmen und die Wirkzusammenhänge zwischen diesen zu untersuchen. Damit wird dem Planenden eine fallspezifische Identifikation sinnvoller Befähigerkombinationen und somit geeigneter Alternativlayouts ermöglicht. Im dritten Teilprojekt TP3 wird ein Optimierungsmodell verwendet, um die Ableitung der benötigten Veränderungsfähigkeit unter Berücksichtigung der möglichen Befähigerkombinationen aus den Unschärfen der Planungsdaten zu erreichen. Ein wesentlicher Mehrwert des Forschungsvorhabens liegt somit in der Entwicklung einer Methodik, welche den Bedarf an Veränderungsfähigkeit und die Unschärfe der Planungsdaten in einen quantitativen Zusammenhang stellt.

Ergebnisse

In TP1 wurde das Softwaretool aranea entwickelt, um die Fortpflanzung der Datenunschärfe im Fabrikplanungsprozess zu modellieren und mithilfe einer in die Software implementierten Checkliste die Art sowie die Eigenschaften der jeweiligen Unschärfen zu identifizieren. Ergebnis von TP2 ist eine durch Experten validierte Fuzzy Cognitive Map, die die vielfältigen Interdependenzen der insgesamt 127 identifizierten Veränderungsbefähiger darstellt. Weiterhin wurde ein Tool zur automatisierten Generierung eines Einflussportfolios aus dieser Fuzzy Cognitive Map programmiert, das die weitere Analyse dieses Wirksystems unterstützt. Ein weiteres, sehr praxisorientiertes, Ergebnis des Forschungsprojekts ist ein interaktiver Planungstisch, mit dessen Hilfe viele Planungsbeteiligten gemeinsam ein Layout aus 3D-gedruckten Betriebsmittelmodellen erstellen und es in Echtzeit mittels Materialflussanalyse bewerten können.

Danksagung

Das Forschungsprojekt FlexLayout wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert. Wir danken der DFG für die hervorragende Unterstützung.