37
Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019 www.IPS.DO Innovative Methoden der Zeitwirtschaft von Industrial Engineering zu Industrial Data Science 1 Dr.-Ing. Julian Schallow Institut für Produktionssysteme, TU Dortmund

Innovative Methoden der Zeitwirtschaft€¦ · Assembly 3 Assembly 2 Part 2 Part 1 Part 1 Part 2 Product data structure Assembly1 ”GBOP“ Reference scenario II Reference scenario

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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO

Innovative Methoden der Zeitwirtschaft –von Industrial Engineering zu Industrial Data Science

1

Dr.-Ing. Julian Schallow

Institut für Produktionssysteme, TU Dortmund

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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 2

Vorstellung des IPS

Innovative Methoden zur Zeitermittlung

Zusammenfassung und Ausblick

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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 3

Vorstellung des IPS

Innovative Methoden zur Zeitermittlung

Zusammenfassung und Ausblick

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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO

Institutsleitung

Univ.-Prof. Dr.-Ing.

Jochen Deuse

4

Gegründet 2012

Forschung im Bereich Industrial

Engineering seit den 1980er

Jahren durch die Vorgänger-

lehrstühle LFV und APS

Aktuell ca. 40 wissenschaftliche

und technische Mitarbeiter der

Fachgebiete

Wirtschaftsingenieurwesen

Maschinenbau

Logistik

Informatik

Mathematik

Kooperation

Institut für Produktionssysteme (IPS) der TU Dortmund

4

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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO

Arbeitsgebiete des IPS

5

ArbeitssystemgestaltungArbeits- und Zeitstudium

Digitale Fabrik

Mensch-Roboter-

Kollaboration

Industrial Data ScienceFactory Dynamics

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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 6

Zeitwirtschaft – Kernaspekte und Zusammenspiel

II. Anforderungen und

Ermittlung

III. Integrierte Verwaltung

IV. Nutzung und

innovative Methoden

I. Grundaufbau und

Strukturierung

Prozessdaten-

management

Quelle: IPS Engineers GmbH

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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 7

Zeitwirtschaft – Kernaspekte und Zusammenspiel

II. Anforderungen und

Ermittlung

III. Integrierte Verwaltung

IV. Nutzung und

innovative Methoden

I. Grundaufbau und

Strukturierung

Prozessdaten-

management

Quelle: IPS Engineers GmbH

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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 8

Vorstellung des IPS

Innovative Methoden zur Zeitermittlung

Zusammenfassung und Ausblick

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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO

Methoden der Zeitermittlung

9

Methoden der Zeitermittlung

Ist-Zeiten

erfassen

Soll-Zeiten

ermitteln

Soll-Zeiten

vereinbaren

Anteile von

Zeitarten ermitteln

Ist-Zeiten

Durch

Messen

erfassen

Ist-Zeiten

Durch

Befragen

erfassen

Fre

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Mu

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Soll-Zeiten

zusammen-

setzen

Soll-Zeiten

durch

Berechnen

ermitteln

Soll-Zeiten

durch

Schätzen

ermitteln

Soll-Zeiten

durch

Simulation

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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO

Methoden der Zeitermittlung

10

Methoden der Zeitermittlung

Ist-Zeiten

erfassen

Soll-Zeiten

ermitteln

Soll-Zeiten

vereinbaren

Anteile von

Zeitarten ermitteln

Ist-Zeiten

Durch

Messen

erfassen

Ist-Zeiten

Durch

Befragen

erfassen

Fre

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Ein

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Soll-Zeiten

zusammen-

setzen

Soll-Zeiten

durch

Berechnen

ermitteln

Soll-Zeiten

durch

Schätzen

ermitteln

Soll-Zeiten

durch

Simulation

ermittelnS

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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO

Planmäßig, unmittelbar zur

Erfüllung der Arbeitsaufgabe

Planmäßig, mittelbar zur

Erfüllung der Arbeitsaufgabe

Vorkommen oder Ablauf

nicht vorausbestimmt

planmäßiges Warten

störungsbedingte

Unterbrechung

Erholung infolge der Be-

anspruchung des Menschen

Mensch

im

Einsatz

außer

Einsatz

(längerfr.)

Betriebs-

ruhe

nicht erkennbar

Tätigkeit

Unterbrechung

der Tätigkeit

Haupttätigkeit

Nebentätigkeit

zusätzliche Tätigkeit

ablaufbedingtes

Unterbrechen

störungsbedingtes

Unterbrechen

Erholung

persönlich bedingtes

Unterbrechen

MH

MN

MZ

MA

MS

ME

MP

MX

11

Selbstaufschreibung

Betriebsdatenerfassung

8%

61%

21%

10%

Ablaufbed. Unter-

brechung

Haupttätigkeit

Störungsbed.

Unterbrechung

Neben

tätigkeit

Quelle: REFA

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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 12

Selbstaufschreibung

Tablets als Assistenzsystem

1. Soll-/Istzeit Vergleich

2. Hilfe-Funktion

3. Start-/Stopp Funktion

4. Visualisierte

Auftragsdetails

1

2

34

Quelle: Huppertz MSP

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Arbeitsplatz mit

Bilderkennung (OPTIMUM

datamanagement solutions

GmbH)

Qualitätskontrolle

Arbeitsfortschrittsbasierte

Montageanleitung

Zeitermittlung

Selbstaufschreibung

Optische Bilderkennung

Quelle: LP-Montagetechnik

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Selbstaufschreibung

Zeitermittlung im IE-TC des IPS

14

Zeitstempel

Fertigmeldung

Anfangsbestand

Prozessdaten

Qualitätsdaten

Statusmeldungen

Eingangsdaten Auswertung

Nutzungsgrad

Auftragsstatus

Ausbringungsmenge

Stillstandszeiten

Bestände

Zykluszeiten/

Taktzeitspreizungen

MRK-Systeme

Verkettete manuelle Arbeitssysteme

Automatisierte SystemeAuftragsidentifikation

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Nutzung bestehender Sensorik:

Einsatz von Low-Cost Sensorik:

Selbstaufschreibung

OEE-Ermittlung durch Sensorik

15

Kommunikations-

schnittstellenkarte

Ethernet

SCHULZ

Integrationsmodul

Sensormodul

RaspberryPi SenseHat

Trägheitsmesseinheit (IMU):

Beschleunigungs-

aufnehmer

Gyroskop

Magnetometer

Luftdrucksensor

Temperaturfühler

Feuchtigkeitssensor

Verfügbarkeitsverluste

Leistungsverluste

Qualitätsverluste

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Selbstaufschreibung

Prädiktive Instandhaltung im Automobilbau

16

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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 17

Selbstaufschreibung

IoT Architekturen in der Anwendung

+ +

Low-Cost-Sensorkit IoT-Architektur Data Analytics Erhöhung der

Verfügbarkeit

Anwendung

Training

Sensordaten

SPS Daten

Daten-bereinigung

Daten-transoformation

Lernen des Modells

Anwenden

des Modells

Sensordaten

SPS Daten

historische

Datensätze

neu zu verarbeitender

Datensatz

Feature

Extractionund -Selection

Ergebnis-

ausgabeDaten-

bereinigung

Daten-transoformation

Feature Extraction

Sensorkits

Stör- und MeldesystemSteuerung

Instandhaltungssystem

e

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Methoden der Zeitermittlung

18

Methoden der Zeitermittlung

Ist-Zeiten

erfassen

Soll-Zeiten

ermitteln

Soll-Zeiten

vereinbaren

Anteile von

Zeitarten ermitteln

Ist-Zeiten

Durch

Messen

erfassen

Ist-Zeiten

Durch

Befragen

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durch

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Soll-Zeiten

durch

Schätzen

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Soll-Zeiten

durch

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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO

Methoden der Zeitermittlung

19

Methoden der Zeitermittlung

Ist-Zeiten

erfassen

Soll-Zeiten

ermitteln

Soll-Zeiten

vereinbaren

Anteile von

Zeitarten ermitteln

Ist-Zeiten

Durch

Messen

erfassen

Ist-Zeiten

Durch

Befragen

erfassen

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Soll-Zeiten

zusammen-

setzen

Soll-Zeiten

durch

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Soll-Zeiten

durch

Schätzen

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Soll-Zeiten

durch

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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 20

Systeme vorbestimmter Zeiten

Einsatz entlang des PEP

Functional BOM Engineering BOM Manufacturing BOM Manufacturing BOMProduktplanung Produktentwicklung Prozessplanung Produktion

Operation 1

Process 1

Process 3

Process 2

Operation 2

Operation 1

Operation 1

Operation 2

Process data structure

Part 1

Assembly 3

Assembly 2

Part 2

Part 1

Part 1

Part 2

Product data structure

Assembly1

”GBOP“

Reference scenario II

Reference scenario I

”PAI“

Implementation

in

Digital Factory

Implementation in

CAD environment

Pro

du

ktd

ate

n

Pro

ze

ssd

ate

n

Assembly time

Weight 15,5 kg

Consumed space 30 x 30 x 15 cm

Element count 23 St.

Category Make

Assembly Time

Torque 25 Nm

Additive Loctite

Sequence Indifferent

Add items 1x BGR 4711

4x Washer

2x Torus

2 Screws M10x100

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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO

Auszug relevanter CAD Attribute

mittels Creo-API oder XML-Import

21

DFMA

BewertungDFM

AZeitwer

tZeitanalys

e

Systeme vorbestimmter Zeiten

Integration von CAD- und Montageassistenten

Quelle: Forschungsprojekt ProMondi

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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO

Festlegung von Montagehemmnissen

und RahmenbedingungenDefinition der Montagereihenfolge

und resultierender Prozesse

22

eitwert

Systeme vorbestimmter Zeiten

Schlüsselfunktionen des Montageassistenten

Quelle: Forschungsprojekt ProMondi

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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO

Verwendung von unternehmens-

spezifischen Prozessbibliotheken

Feedback von Montagebewertung

und -zeiten

23

DFMA Bewertung

DFMA

DFMA Bewertung

Zeitwert

Zeitanalys

e

Systeme vorbestimmter Zeiten

Montagebewertung

Quelle: Forschungsprojekt ProMondi

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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO

Methoden der Zeitermittlung

24

Methoden der Zeitermittlung

Ist-Zeiten

erfassen

Soll-Zeiten

ermitteln

Soll-Zeiten

vereinbaren

Anteile von

Zeitarten ermitteln

Ist-Zeiten

Durch

Messen

erfassen

Ist-Zeiten

Durch

Befragen

erfassen

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Soll-Zeiten

zusammen-

setzen

Soll-Zeiten

durch

Berechnen

ermitteln

Soll-Zeiten

durch

Schätzen

ermitteln

Soll-Zeiten

durch

Simulation

ermittelnS

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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 25

Prozesskette der Zeitwirtschaft

Datenbank

CAPP Knowledge

Formelbausteine

Grundbausteine

MTM-UAS

AA´s aus Zeitstudie

Analysen

MTM-UAS

Zeit-studien

Analysen

Normal-

arbeitsplan

Planzeit-bausteine

Zeitstudien

Datenbank I

Datenbank II

Datenbank …

Verwendung

Prozess-

aufnahme Zeitstudie PCO

Quelle: dmc-ortim GmbH

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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO

Methoden der Zeitermittlung

26

Methoden der Zeitermittlung

Ist-Zeiten

erfassen

Soll-Zeiten

ermitteln

Soll-Zeiten

vereinbaren

Anteile von

Zeitarten ermitteln

Ist-Zeiten

Durch

Messen

erfassen

Ist-Zeiten

Durch

Befragen

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Soll-Zeiten

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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 27

Vergleichen und Schätzen

Globale Planung mittels generischer Prozesslisten

”GBOP“

Reference scenario II

Reference scenario I

”PAI“

Implementation in

Digital Factory

Implementation in

CAD environment

Pro

du

ktd

ate

n

Pro

ze

ssda

ten

Product A Product BOP A Product B

Generic Bill of Processes

Product BOP B

Plant BOP 1 Plant BOP 2

Standard

Processes

Standard

Tool Requirements

source: Siemens PLM

Functional BOM Engineering BOM Manufacturing BOM Manufacturing BOMProduktplanung Produktentwicklung Prozessplanung Produktion

Quelle: Siemens PLM

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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 28

Vergleichen und Schätzen

Auswahl eines ähnlichen Bauteils mittels Data Mining

Auswahl der bevorzugten

produktspezifischen

Prozessliste

Detaillierte Darstellung

der produktspezifischen

Prozessliste

Bauteilzuweisung basierend auf

automatisierter Klassifikation

Quelle: Forschungsprojekt

ProMondi

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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 29

Vergleichen und Schätzen

Erzeugung des Montageplans

Verfeinerung des produkt-

spezifischen Prozessplans

Zuteilung und digitale Abbildung

eines initialen Montageplans

Quelle: Forschungsprojekt ProMondi

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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO

Methoden der Zeitermittlung

30

Methoden der Zeitermittlung

Ist-Zeiten

erfassen

Soll-Zeiten

ermitteln

Soll-Zeiten

vereinbaren

Anteile von

Zeitarten ermitteln

Ist-Zeiten

Durch

Messen

erfassen

Ist-Zeiten

Durch

Befragen

erfassen

Fre

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zusammen-

setzen

Soll-Zeiten

durch

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ermitteln

Soll-Zeiten

durch

Schätzen

ermitteln

Soll-Zeiten

durch

Simulation

ermittelnS

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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 31

Simulation –

Human- und Robotersimulation

Soll-Zeitbestimmung

Integrierte Ergonomiebewertung

Quelle: rorarob

Quelle: Forschungsprojekt KoMPI

Quelle: Forschungsprojekt KoMPI

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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 32

Eingangsgrößen:

Zykluszeit, Rüstzeit

Losgrößen

Störungen

Simulation

Materialflusssimulation

Ausgangsgrößen

Durchlaufzeit

Betriebsmittelauslastung

Personaleinsatzplanung

Pufferdimensionierung

0,0%

20,0%

40,0%

60,0%

80,0%

100,0%

Arbeitend

Wartend

Ausgefallen

Bsp. Auswertung der

Mitarbeiterauslastung

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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 33

Simulation

Dynamische Engpassprognose auf MES-Daten

Echtzeit-Entscheidungsunterstützung

Monitoring des Produktionssystems

Historische

Datensätze

Produktions-DB

Struktu-

rierte

Daten-

sätze

Lernen des Prognose-Modells

Sensordaten

SPS-Daten

Daten-

aufbereitung

Data Mining Modell-

erstellung & Evaluation

Verwendung des Prognose-Modells

Verwendung

des ModellsDatenaufbereitung

Sensordaten

SPS-Daten

Resultate

Prognose-

modell

Engpass-

vorhersage

Neue

Daten-

sätze

Simulation von Produktionssystemen

[Felsomat 2014]

Überwachtes Lernen

Page 34: Innovative Methoden der Zeitwirtschaft€¦ · Assembly 3 Assembly 2 Part 2 Part 1 Part 1 Part 2 Product data structure Assembly1 ”GBOP“ Reference scenario II Reference scenario

Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 34

Vorstellung des IPS

Innovative Methoden zur Zeitermittlung

Zusammenfassung und Ausblick

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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 35

Ausblick

Zeitdatenermittlung mittels Motion Capturing

Bewegungsnachahmung durch Roboter

Deep Learning

zur Bewegungsklassifikation

Inertiales Motion Capturing

Bewegungsnachahmung

durch Roboter

Motion Capturing

Quelle: Humanoid Robots Lab

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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 36

Ausblick

Advanced Lean Production mittels Data Analytics

Dynamischer Engpass

Dynamische Engpassanalyse

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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO

Strukturwandel im Ruhrgebiet:

Data Mining statt Coal Mining

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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Kontakt:

Julian Schallow [email protected] 0231 9700 711

Institut für Produktionssysteme, TU Dortmund