Ein Stück Industrie 4.0

DOKTORANDEN
BEI OPEL

Sie stellen Grundsätzliches infrage, steigern die Innovationskraft des Unternehmens, gestalten die Zukunft der Branche: In einer losen Serie stellen wir Doktoranden bei Opel vor und beleuchten ihr wissenschaftliches Forschungsthema. Aktuell arbeiten 23 Opel-Doktoranden an ihren Dissertationen.

Nils Willeke, 28 Jahre alt, wirkt an einer grundlegenden Änderung einer bestehenden Ordnung mit. An einer Revolution. Sie ist weder gewaltsam, noch politisch und doch nicht weniger umwälzend. Die vierte industrielle Revolution hat das Ziel die Massenproduktion zu individualisieren.

 

WARUM VIERTE INDUSTRIELLE REVOLUTION?
Wasser und Dampf gaben den Maschinen erstmals die Kraft, Produkte in großen Mengen zu produzieren – die Grundlage für die erste industrielle Revolution. Elektrizität und das Fließband waren die Säulen der zweiten Stufe, bevor Elektronik und IT die Industrieproduktion weiter optimierten. Mit dem Einzug digitaler Technologien steht aktuell nicht nur die vierte Umwälzung bevor – gleichzeitig findet ein Paradigmenwechsel statt. Haben die ersten drei industriellen Revolutionen die Produktionsmaschinerie optimiert, kehren sich nun die Vorzeichen um: Nicht die Maschine fertigt ein Produkt, das Produkt teilt der Maschine mit, wie es produziert werden möchte und steuert sich selbst durch die Fertigung. Das Schlagwort lautet Industrie 4.0.

 

 

FLIESSBAND – VERSUS WERKSTATTPRODUKTION
Diesem weit gefassten Forschungsgebiet nähert sich der Doktorand Nils Willeke in der Opel-Getriebefertigung. „Intelligente selbstorganisierende Werkstattproduktion“ (iWePro) lautet der Titel des Forschungsprojektes, das der 28-Jährige auf Seiten von Opel betreut. Gegenüber einer Fließbandproduktion existiert bei einer Werkstattfertigung keine starre Verkettung (siehe Grafik 1-3). Der Materialfluss dieses Produktionssystems wird dadurch flexibler, aber die Steuerung komplexer. Die Forschung bietet vielversprechende Ansätze um die Fertigungssteuerung neu zu denken.

 

Fließfertigung mit starrer Verkettung

1. Bei der klassischen Fließfertigung sind die einzelnen Arbeitsschritte starr verkettet.

Strukturelle Flexibilität ohne starre Verkettung

2. Bei der Werkstattfertigung wird diese starre Verkettung aufgehoben. Die Produktion wird flexibler.

 

 

Agentensystem_jede Ressource der Fertigung wird durch einen Agenten repräsentiert

3. In einem weiteren Innovationsschritt steuert sich ein Auftrag mit Hilfe eines so genannten Multi-Agentensystems selbstständig durch die Produktion.

 


 

VITA

Der Maschinenbauer Nils Willeke ist im September 2013 als Praktikant bei Opel eingestiegen. Danach arbeitete er als Master-Student im Unternehmen und seit Oktober 2014 ist er als Doktorand in der Abteilung Advanced Manufacturing Technologies (ME S&P) unter der Leitung von Dr. Petra Krammer angestellt. In seiner Doktorarbeit beschäftigt sich Nils Willeke mit den Einsatzgrenzen von Steuerungsprinzipien innerhalb von Werkstattproduktionen. Betreut wird er dabei bei Opel durch Herrn Dr. Benjamin Kuhrke und auf akademischer Seite durch Prof. Eckart Uhlmann von der Technischen Universität Berlin.

Weitere Informationen zum Forschungsprojekt „Intelligente selbstorganisierende Werkstattproduktion“ finden Sie hier.

RESSOURCENINTELLIGENZ IN DER FERTIGUNG
Das Ziel des Forschungsprojektes: Eine zentrale und dezentrale Steuerung der Produktion – beziehungsweise ein Mix aus beiden Ansätzen – zu entwickeln und diese mit Hilfe einer Simulation evaluierbar zu machen. Neben der Wahl eines geeigneten Algorithmus, versuchen die Forscher Erkenntnisse über die Rolle des Menschen und dessen Integration innerhalb eines solchen Prozesses zu gewinnen. Willeke: „Dies ist auch im Hinblick auf die Industrie 4.0 eine zentrale Fragestellung.“ Denn der Mensch wird nach wie vor eine zentrale Rolle innerhalb einer Fertigung spielen.

Der Untersuchungsgegenstand ist die Zahnradproduktion bei Opel. Der Maschinenpark für sich genommen, verfügt nicht über die Intelligenz, die Fertigung zu steuern. Erst komplexe Steuerungsalgorithmen wie softwarebasierte Multi-Agentensysteme befähigen die Maschinen sich selbst zu organisieren. Bei diesem dezentralen Ansatz der Steuerung verhandeln Aufträge mit den zur Verfügung stehenden Maschinen und eben den Mitarbeitern über die Ausführung einzelner Arbeitsschritte. „Das Forschungsgebiet existiert schon seit 30 Jahren, aber der Durchbruch in der Praxis ist trotz einiger positiver Untersuchungsergebnisse bisher nicht erfolgt“, sagt Willeke.

 

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Untersuchungsgegenstand ist die Zahnrad-Produktion bei Opel: Nils Willeke mit Albert Höhn, Werksleiter des Getriebewerks in Rüsselsheim.

 

Ziel seiner Dissertation ist es herauszufinden, welchen Einfluss die Auslegung von strukturellen Parametern einer Fertigung, also die Anzahl der Maschinen oder Rüstzeiten und Faktoren wie Störungen, auf die Performance von Steuerungsalgorithmen haben. Der Doktorand möchte aus diesen Untersuchungen Einsatzgrenzen für unter anderem Multi-Agentensysteme ableiten um beispielsweise so Auskunft über deren Eignung für den Einsatz in einer Getriebefertigung geben zu können.
ZAHNRADPRODUKTION WIRD FLEXIBLER
In seiner wissenschaftlichen Arbeit wird Willeke in der Lage sein 20 Produktionstage simulieren zu können, um die Grenzen der Multi-Agentensysteme zu erarbeiten. Die finale Phase für den Versuchsstand ist angebrochen. Seit über eineinhalb Jahren arbeitet Willeke an dem Aufbau der Untersuchung und wird Ende 2017 seine Doktorarbeit abschließen. In der Praxis wird die Zahnradfertigung bei Opel bereits von einer starren Fließfertigung auf eine flexible Werkstattfertigung mit Inseln umgestaltet. Wie sich Aufträge künftig in solchen Strukturen steuern werden, daran könnte Nils Willekes Dissertation einen entscheidenden Beitrag leisten.


Mai 2016

Text: Tina Henze, Fotos: Martina Sabais/Asterion