MigProTech

Entscheidungsunterstützung für die Migration von Produktionssystemen unter Verwendung innovativer Produktionstechnologien

Zielsetzung:

Die Verkürzung konjunktureller Zyklen in den letzten Jahren führt zu erhöhter Marktdynamik und Unsicherheit in allen produzierenden Unternehmen. Zusätzlich steigt die technologische Komplexität und Vielfalt durch neue Produkte, die oft mit innovativen aber noch unreifen Produktionstechnologien hergestellt werden müssen. Als Beispiel sei auf die Herausforderungen der deutlich zu hohen Produktionskosten von batterieelektrischen Autos aufgrund unreifer Prozesse oder auch auf den hybriden Leichtbau hingewiesen. Die Entscheidung, eine neue (noch) unreife Produktionstechnologie zum richtigen Zeitpunkt anzuwenden, ist von existenzieller Relevanz für Unternehmen. Ziel des Vorhabens ist ein Entscheidungsunterstützungssystem, das Unternehmen in die Lage versetzt, methodisch unterstützt den optimalen Zeitpunkt für die Einführung einer neuen, noch unreifen Produktionstechnologie zu finden.


Vorgehensweise:

Der Lösungsansatz basiert auf folgenden Kernaufgaben:
  1. Entwicklung eines analytischen Produktionssystemmodells, das die „internen“ Unsicherheiten durch die Instabilität der unreifen Technologie abbildet und somit die ökonomische Bewertung vornimmt,
  2. Integration von ökologischen und sozialen Kenngrößen zu einer ganzheitlichen Bewertungsmetrik von Produktionsprozessen (z. B. Carbon Footprint, Lerneffekte einer älterwerdenden Belegschaft…),
  3. mathematische Modellierung
  4. Lösung des Entscheidungsprozesses mit dynamischer Programmierung.


Arbeitsprogramm in MigProTech

Im Vorhaben soll folglich ein Entscheidungsunterstützungssystem entwickelt werden, das Produktionsplaner in die Lage versetzt, methodisch unterstützt, den optimalen Zeitpunkt für die Einführung einer neuen, noch unreifen Produktionstechnologie zu finden. Hierzu wird ein Produktionssystemmodell auf Basis offener Bediensystemnetzwerke entwickelt, das die „internen“ Unsicherheiten durch die Instabilität der unreifen Technologie wie stark schwankende Bearbeitungszeiten, hohe Ausschussraten und vergleichsweise gerigne technische Verfügbarkeit berücksichtigen kann. Dieses Modell wird in ein Optimierungsmodell auf Basis eines Markoffschen Entscheidungsprozesses integriert und mit „backward induction“ das Optimum der erwarteten Gewinne ermittelt. Zentrales Element ist eine zu erforschende Bewertungsmetrik für unreife Produktionstechnologien. Darin zu berücksichtigen sind, neben klassischen Kosten- und Leistungskennzahlen von Produktionssystemen (wie die OEE), v. a. Auswirkungen auf die Umwelt und den Mitarbeiter in der Produktion beim Einsatz der neuen Technologie. Diese ökologischen und sozialen Elemente werden mit neuesten Methoden des Constructive Technology Assessment (CTA) in Zusammenarbeit mit dem ITAS am KIT ermittelt und sowohl durch die Internalisierung externer Kosten sowie durch eine monetäre Nutzenfunktion in die Zielfunktion des Entscheidungsprozesses integriert. Der Ansatz wird bei den mittelständischen Firmen des Spitzencluster Elektromobilität Süd-West erprobt. Letztendlich werden optimale Migrationspfade für bestehende Produktionssysteme auf dem Weg zum Einsatz neuer Technologien entwickelt. Entscheider werden dadurch in die Lage versetzt bei begrenzten Ressourcen, den aus wirtschaftlicher Sicht optimalen Zeitpunkt einer Investition in eine neue, unreife Produktionstechnologie und damit eine veränderte Prozesskette zu finden. Abbildung 1 zeigt schematisch eine bestehende, reife Prozesskette zu einem Zeitpunkt. Zum nächsten Zeitpunkt wird entschieden, ob die Prozesskette bestehen bleibt, Prozessschritt 2 innerhalb einer Periode umgebaut wird (siehe gelber Pfeil) oder das System eine weitestgehend neue Struktur bekommt, was zwei Zeiteinheiten in Anspruch nimmt (siehe rote Prozesskette). Somit wird ein Kompromiss aus Innovationsvorsprung und erhöhtem Produktionsaufwand ermittelt.