Ein Beitrag zum Produkt-Produktions-CoDesign durch eine Methode zur Modellierung der Abhängigkeiten und Ableitung von Entwicklungsrisiken und -potentialen = A contribution to product-production co-design through a method for modeling dependencies and deriving development risks and potentials

Durch die Mechatronisierung und Digitalisierung von Produkten, einem hohen Kundenbedarf an individuellen Produkten auf der einen Seite und die hierfür notwendigen flexiblen Produktionssysteme unter dem Einsatz von Industrie 4.0 Technologien auf der anderen Seite, steigt die Komplexität in der Entwicklung von Produkten und den zugehörigen Produktionssystemen. Für einen effizienten Produktentstehungsprozess müssen diese beiden Domänen integriert betrachtet werden und Methoden für das Produkt-Produktions-CoDesign entwickelt werden, die die Entwickler hierbei unterstützen. Eine große Herausforderung hierbei ist es, die Abhängigkeiten zwischen Produkt und Produktionssystem frühzeitig identifizieren zu können, um späte Änderungen im Produktentstehungsprozess zu vermeiden und damit die Entwicklungskosten zu reduzieren. ... mehr

In dieser Arbeit wird ein Vorgehensmodell samt Teilmethoden entwickelt, in dem auf Basis der Referenzsystemelemente aus dem Modell der PGE – Produktgenerationsentwicklung die Abhängigkeiten zwischen Produkt und Produktionssystem modelliert werden und die Ausbreitung von Änderungen in der in Entwicklung befindlichen Produktgeneration innerhalb und zwischen der Domänen Produkt und Produktionssystem untersucht werden. Hierzu werden einerseits Vorlagen für die Erfassung von Informationen aus den Ebenen Produktfunktion, Produktgestalt und Produktionsprozesse erstellt und andererseits eine Abhängigkeitsmatrix entwickelt, in der die komplexen Wechselwirkungen zwischen diesen Ebenen dargestellt werden. Daraus wird unter Einbeziehung des Neuentwicklungsanteils das technische Entwicklungsrisiko alternativer Lösungen im Produkt-Produktions-CoDesign ermittelt, welches den Entwicklern in der Entscheidungsfindung unterstützt. Des Weiteren wird eine Teilmethode entwickelt, mit der Entwicklungspotentiale durch Nutzung von Industrie 4.0 Technologien an Produkt und Produktionssystem in den jeweiligen Produktentstehungsaktivitäten identifiziert werden können und den damit verbundenen Aufwänden in Bezug auf notwendige Menge und Detailgrad der Daten aus dem Produktionsprozess gegenübergestellt werden.

Die Anwendung der entwickelten Teilmethoden in Forschungsprojekten und Anwendungsfällen der industriellen Praxis zeigt deren Anwendbarkeit und deren prinzipiellen Nutzen. Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl Entwicklungspotentiale als auch -risiken identifiziert werden können und den Produkt- und Produktionssystementwicklern somit eine Unterstützung im Produkt-Produktions-CoDesign geboten wird.

Due to the mechatronization and digitalization of products, a high customer demand for individual products on the one hand and flexible production systems under the use of Industrie 4.0 technologies that are required for the realization of this on the other hand, the complexity in the development of products and the associated production systems is increasing. For an efficient product engineering process, these two domains must be considered in an integrated manner and methods for the product-production system co-design must be developed to support the developers in this process. ... mehrA major challenge here is to be able to identify the interdependencies between product and production system at an early stage in order to avoid late changes in the product development process and thus reduce development costs.

In this work a process model including partial methods is developed, in which, on basis of the reference system elements from the model of the PGE - product generation engineering, the interdependencies between product and production system are modeled and the propagation of changes in the product generation under development within and between the domains product and production system are examined. For this purpose, templates for the acquisition of information in the levels product function, product embodiment and production processes are created on the one hand and a dependency matrix is developed on the other hand, in which the complex interactions between these levels are represented. From this, the technical development risk of alternative solutions of the product-production-system is determined, taking into account the new development share, which supports the developers in their decision-making process. Furthermore, a method is developed to identify development potentials through the use of Industry 4.0 technologies in the product and production system in the respective product development activities and to compare these with the associated efforts in terms of the necessary quantity and level of detail of the data from the production process.

The application of the developed methods in research projects and application cases of industrial praxis shows their applicability and their principal benefit. The results show that both development potentials and risks can be identified and that product and production system developers are thus provided with support in product-production system co-design.