Lern- und Foschungsfabriken Qualifizierung in einem … … · Produkte, Produktionstechniken, Prozesse, Organisationen, IKT, … und Personal und deren Beziehungen Das entstehende

FAKULTÄT FÜR MASCHINENBAULehrstuhl für Produktionssysteme

Lern- und Foschungsfabriken –Qualifizierung in einem realitätsnahen Produktionsumfeld

Prof. Dr.-Ing. Dieter Kreimeier

10. Mai 2017

Lehrstuhl für Produktionssysteme | 2017 2

Ruhr-Universität Bochum

� Eine der 10 größten Universitäten in Deutschland mit 20 Fakultäten und 150 Studiengängen� 43.000 Studierende, davon 7.300 Ingenieurwissenschaften� 539 Mio. € Haushalt, davon 115 Mio. € Drittmittel, größter Arbeitgeber in Bochum (ca. 5.650

Mitarbeiter)

� Fakultät für Maschinenbau� 5 Institute mit insgesamt 23 Professuren

� Product and Service Engineering� Energietechnik� Thermo- und Fluiddynamik� Werkstoffe� Mechanik

� 250 wissenschaftliche Mitarbeiter, davon 170 drittmittelfinanziert


Qualifizierung Lean Management

LPS-Lernfabrik

Lehrstuhlprofil

Grundausstattung Drittmittel Summe

Wissenschaftliche Mitarbeiter 4 32 36

Nichtwissenschaftliche Mitarbeiter 9 0 9

Angewandte Forschung (2016): 1.700.000 €

Grundlagenforschung (2016): 490.000 €

Produktfertigung


Forschung am LPSProduktions-Management

� Prozessoptimierung� Produktionsplanung und -steuerung� Materialflusssimulationen� Lean Management� Simulation von Ressourceneffizienz

� Geschäftsmodell-Engineering� Smarte Produkt-Service Systeme� Entwicklung und Einsatz von

Assistenz- und Lernsystemen� Aus- und Weiterbildung in

Lernfabriken

Produktions-Automatisierung

� Einsatz Industrieller Robotik in der Produktion

� Planung und Realisierung in der Industriellen Montage – manuell, hybrid, vollautomatisiert� Mensch-Roboter Kollaboration

� Robotikeinsatz in Service- und Rehabilitationsanwendungen

� Virtuelle Inbetriebnahme von Produktionszellen und -linien

Produktions-Verfahren

� Planung und Umsetzung von Produktionsverfahren� Inkrementelle Blechumformung� Radial-Axial Ringwalzen � Qualifizierung von Form-

gedächtnislegierungen/ Produktentwicklung von Formgedächtnisaktorik

� Fertigung von Schädelimplantaten� Produkterstellung in der

Dentalmedizin

Industrie 4.0� Kopplung realer und digitaler

Fabrik� Automatische Materialfluss- und

Ressourcensimulationen mit Betriebsdaten

� Intelligente Maschinen- und Anlagendokumentation

� Datendurchgängigkeit in der CAx-Tool Chain

� I4.0-Migrationsprozesse bei KMU� Assistenz- und Lernsysteme für

arbeitsplatznahe Weiterbildung in der Produktion


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Synchroner Verlauf von Komplexität und Befähigung

Schnelle Entwicklung führt zu Defiziten bei Qualifizierung und

Technologieintegration

Zunehmende Komplexität an Technologien und Forschungsthemen

Industrie 4.0 Digitalisierung

Herausforderungen durch Industrie 4.0

� Industrie 4.0 verändert� Produkte, Produktionstechniken, Prozesse, Organisationen, IKT, … und Personal und

deren Beziehungen

Das entstehende Befähigungsdefizit muss ausgeglichen werden¾ Durch neue Lernmethoden und Lernorte zum „Ausprobieren“, zur Qualifizierung und zum

Kompetenzaufbau aller Mitarbeiter im Unternehmen

PRAXISNAHE QUALIFIZIERUNG

HERANFÜHREN AN NEUE TECHNIK

ERPROBUNG NEUER TECHNOLOGIEN

LERN- UNDFORSCHUNGSFABRIK


� Industrie 4.0 erfordert� Die Visionen zu konkretisieren Æ herunterbrechen auf konkrete

Anwendungen

� „Spielwiese“ zum Ausprobieren unter praxisnahen Bedingungen

� Arbeitsorganisation 4.0 entwickeln und testen

� Vermittlung von neuen Qualifikationen und Kompetenzen

� Steigerung der Akzeptanz von I4.0 Kennenlernen, Vertrauen in Änderungen

� Abbau von Ängsten, die durch I4.0 Veränderungen entstehen

Motivation für eine Lern- und Forschungsfabrik


Definition…ist ein Ort mit realitätsnahem Produktionsumfeld, realen Produkten und direktem Zugriff auf neue Produktionsprozesse und –bedingungen. Dies ermöglicht ein problem- und handlungsorientiertes Lernen und bietet den nötigen Freiraum zur Erforschung neuer Ansätze.

„

„

Was ist eine Lern- und Forschungsfabrik?

Lehrstuhl für Produktionssysteme | 2017 8Quelle: IBM

Didaktisches Konzept der Lernfabrik

LerneffekteErinnerungsratenach 3 Wochen

Erinnerungsratenach 3 Monaten

70 % 72 % 85 %

10 % 32 % 65 %

THEORETISCHERINPUT

TRANSFER INSREALE UMFELD

Wissensvermittlung/Informationen

Go&See/Pilotierung vor Ort

ERLEBEN DURCHPRAKTISCHEANWENDUNG

Gruppenarbeiten/praktischeÜbungen/Simulationen


Mögliche Lernorte Externe Schulungen

Arbeitsplatz /arbeitplatznah

Lern- und Forschungsfabrik

E-Learning Angebote(Lernplattformen)

Mögliche Zyklen selten täglich bis regelmäßig häufig täglich bis regelmäßig

Praxisbezug gering hoch hoch mittel

Direkte Übertragbarkeit auf den Arbeitsplatz gering hoch hoch gering

Lerninhalte:Technik und

Arbeitsorganisationgering gering hoch gering

Bezug auf den Lernenden gering hoch hoch mittel

AnwendungsnaheForschung gering gering hoch mittel

Mögliche Lernorte (Weiterqualifizierung)

LERN- UNDFORSCHUNGSFABRIK

� LFF ermöglicht Lernen mit höchstem Praxisbezug und interdisziplinären Lerninhalten

� Die LFF kann schnell an neue Herausforderungen angepasst werden

LERN- UND FORSCHUNGSFABRIK

Lehrstuhl für Produktionssysteme | 2017 10Quelle: Institute of Production Management, Technology and Machine Tools | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | 231027Se1 | 13

Hauptcharakteristiken von Lernfabriken

Dimensionen

Ziel

Prozess

Setting

Produkt

Didaktik

Vorgehens-modell

Features

Lehre und/oder Schulungen und/oder Forschung

Authentisch + mehrstufig + technisch & organisatorisch

Variabel + real oder virtuell

Physisches Produkt und /oder Service

Konzeptbasiert + Formales und Informelles Lernen + Selbstständige Handlung der Teilnehmer+ Lernen vor Ort oder über RemoteNachhaltiger Plan erlaubt ständige Handlungsfähigkeit


CWG: Collaborative Working Groups

INITIATIVE ON EUROPEAN LEARNING FACTORIES

NETZWERK INNOVATIVER LERNFABRIKEN

CIRP CWG ON LEARNING FACTORIES� Prof. E. Abele� Prof. F. Bleicher� Prof. G. Chryssolouris� Prof. P. Cunha� Prof. V. Hummel� Prof. B. Lindberg

� Prof. D. Kreimeier� Prof. L. Monostori� Prof. D. Mourtzis� Prof. G. Reinhart� Prof. W. Sihn

Internationale Netzwerke von Lernfabriken


5th Conference on Learning Factories

Lehrstuhl für Produktionssysteme | 2017 13Quelle: Institute of Production Management, Technology and Machine Tools | Prof. Dr.-Ing. E. Abele / Prof. Dr.-Ing. J. Metternich | 231027Se1 | 25

Lern- und Forschungsfabriken an Universitäten und in der Industrie

LPS-Lernfabrik | 2017 14

Globales Netzwerk Lernfabrik

� Advanced Manufacturing Technology Center in der Tongji-University am CDHK in Shanghai

Prozessoptimierung

Shanghai

Bochum


� BMW in München� Die Lernwerkstatt hat bereits mehr

als 14 000 BMW-Mitarbeiter geschult

� Werker wie Abteilungsleiter trainieren diePrinzipien der schlanken Produktion

� SCANIA in Stockholm� Pflichtveranstaltung für alle neuen Mitarbeiter

(Vom Shopfloor bis zum Ingenieur)

� Schulung des betriebseigenen „Scania Produktionssystems“ und der Unternehmensphilosophie

� Festo Lernfabrik in Scharnhausen

� Auszubildende führen die Lernfabrik wie ein kleines Übungsunternehmen (auch administrative und verwaltungstechnische Aufgaben)

� Lernthemen werden durch Mitarbeiter und Führungskräfte benannt Æ laufende Aktualisierung und bedarfsgerechte Entwicklung

� Daimler in Sindelfingen� reine Forschungsfabrik

Quelle: automobilwoche; Plattform Industrie 4.0

Lern- und Forschungsfabriken in der Industrie


Film: NETZWERK INNOVATIVER LERNFABRIKEN

� Film (NIL)� N:\Lernfabrik\Öffentlichkeitsarbeit\Video\06_NIL


1 Kontinuierlicher Verbesserungsprozess2 Management und Organisation von Arbeit3 Innovation durch Mitbestimmung

2009

StartErstes Lern- undForschungsfabrikseminarLEGO®

2010 2011

ImplementationMAO2

Seminar Betriebliche Mitbestimmung

2012

KVP1

MAO SeminarChange Management

2013

ImplementationLern- und Forschungsfabrik für Ressourceneffizienz

EintrittInitiativ of European Learning Factories

IWEXIndustrieangebot:Lean Management

2014

EintrittNetzwerk Innovativer Lern- und Forschungsfabriken (NIL)

LREIndustrieangebot:Ressourceneffizienz

Pilot ProjektARIBERA:Schulung von Betriebsräten

2015 / 2016

IdM³Industrieangebot:Betriebl. Mitbestimmung

…2017…

Umzug und AusbauÆ ehem. Gelände der Wollschläger GmbH

LPS Lern- und Forschungsfabrik

KVP1Lean Lern-und Forschungsfabrik

Digitalisierung / Industrie 4.0

5th Conference on Learning Factories (CIRP)


Ausstattung

Auftragsfertigung

für Unternehmen

UniLokkHalterung

UniLokk(Flaschenverschluss)

Stempel-gehäuse

Produkte

Studenten Mitarbeiter auf

Shopfloor-ebene

Manager

Teilnehmer

Betriebs-räte

Ressourcen-effizienz

Management undOrganisation

Prozessoptimierung

Themen

Industrie 4.0

Mensch-Roboter-Kollaboration

Übersicht der LPS Lern- und Forschungsfabrik


Kooperationspartner

HYDRA

Infrastruktur der LPS-Lern- und Forschungsfabrik


Learning concept – environment

Lathing machine

IntelligentesMeasuresystem

ItemAssembly line

CNC-Lathingmachine

Production center

CNC-Milling machine

PxCAssembly line

Robotsheet forming

HRCBin-Picking

Saw

Physical level

Cyber level

TabletSmartWatchMES

Terminals (4)QR-CodeScanner

OPC DA/UA Server

OPC DB Logger

Hydra OPC Client

(MPDV-PCC)MESAPPsist

OPC Client

Hydra DB

SmartGlases


IT Infrastruktur

Cyber EbenePhysische Ebene

Konv. Drehmaschine(Nardini und Bickenbach)

Fräsmaschinen(Chiron FZ 15

und FZ 12)Manuelle Montage Halbautomatisierte

MontageQuelle Logo: https://opcfoundation.org/wp-content/themes/opc/images/logo.jpghttp://company.softing.com/fileadmin/softingtpl/media/logo.png

http://licensing.matrikon.com/MTK_logo.gifhttp://www.mpdv.com/fileadmin/_processed_/csm_HYDRA8_eeaacad93c.jpghttp://www.mpdv.com/de/produkte/hydra-anwendungen

http://www.schneider-electric.com/navigation/images/se_logo.gif

OPC DA/UA Server

OPC DB Logger

Hydra OPC Client

(MPDV-PCC)MES

APPsist System

Tablet

APPsist OPC Client

Energie-management

SmartWatch

CNC Drehmaschine(INDEX G200)

Siemens ScalanceET 200

Schneider EGX 300

Energie-messgerät

PM 800

Säge(Jaspa)

Hydra DB

W-LAN

MES Terminals (4)

Produktions-daten

EnergiedatenModbus

S 7 KopfsteuerungScalance WLAN

�Druckluft�Wasser�Schmiermittel

�Stückzähler�An/Aus/Standby�Störung

ProfinetWLAN

Ethernet

SophieSystem

QS-Daten

??

QR-CodeScanner

DigiLernProSystem

WLAN??

https://opcfoundation.org/wp-content/themes/opc/images/logo.jpg

http://company.softing.com/fileadmin/softingtpl/media/logo.png

http://licensing.matrikon.com/MTK_logo.gif

http://www.mpdv.com/fileadmin/_processed_/csm_HYDRA8_eeaacad93c.jpg

http://www.mpdv.com/de/produkte/hydra-anwendungen

http://www.schneider-electric.com/navigation/images/se_logo.gif


Prozessoptimierung� Praktische Ausbildung zu aktuellen

Themen des Produktions-managements und Industrial Engineerings (z.B. Lean Production)

� Abbild einer Produktionsumgebung mit einem realen Produkt

� Simulation eines kompletten Auftragsprozesses von der Kundenanfrage bis zur Lieferung der Werkstücke inklusive aller Material- und Informationsflüsse

FERTIGUNGSPROZESSE REALITÄTSNAHES FABRIKUMFELDTEAMPROZESSE


� Praktische Ausbildung zu Themen im Bereich Ressourceneffizienz:� Effizienter Ressourceneinsatz in

der Fertigung� Methodisches Vorgehen

� Fokus liegt auf dem Ressourceneinsatz in der Produktion� Transparenz schaffen� Verbesserungen ableiten &

umsetzen� Verbrauchsoptimierung

Ressourceneffizienz

SENSORANBINDUNG UND MES-INTEGRATION SENSIBILISIERUNG


Interdisziplinäre Lernfabrik für Management und Organisation: Kooperation zwischen LPS und der Gemeinsamen Arbeitsstelle der RUB/IGM und der Fakultät für Sozialwissenschaft

� Praktische Ausbildung zu Themen im Bereich Management und Organisation von Arbeit:� Mitbestimmungsrecht in

Unternehmen� Betriebsratsaufgaben

� Fokus liegt auf dem Menschen in der Produktion� Körperliche Beeinträchtigungen� Sozialer Hintergrund� Gesetzliche Vorschriften� Veränderungsprozesse

UNTERNEHMENSVERHANDLUNGEN PHYSISCHE BEEINTRÄCHTIGUNGGESETZE


� Weitere Impressionen

LPS Lern- und Forschungsfabrik -Impressionen

Control units for production processes LEGO® Standardization of processes

Teambuilding Teamwork


ArbeitsorganisationTechnische Sicht

Beispiel: Industrie 4.0 in der LPS-Lernfabrik

StandardisierteProzesse

Vernetzung

5SKontinuierlicher

Fluss

OrganisationaleVeränderungen

Betriebliche Mitbestimmung Beschäftigungssicherheit

Arbeitsbedingungen

Proaktive Mitgestaltung

Qualifizierung/Weiterbildung

Personal

MTM

Digitalisierung

Sensoren

Cyber-Physische Systeme

Tracking & Tracing

StandardisierteSchnittstellen

etc…

etc…

etc…

Augmented & VirtualReality

Mobile Endgeräte

Assistenzsysteme

Mensch-RoboterKollaboration

MES


� Projektpartner:IG Metall, Lehrstuhl für Produktionssysteme, Gemeinsame Arbeitsstelle RUB/IGM

� Eckdaten� 5 Einzelprojekte (2/2016 - 1/2019)� 21 Schulungsgänge in der Lern- und

Forschungsfabrik mit mind. 155 Betrieben und 315 Betriebsräten

� Fördersumme: 5,034 Mio. € ESF-Mittel 4,755 Mio. € IGM Eigenmittel

� Ziel� Betriebsräte befähigen technologischen Wandel

pro-aktiv mitgestalten zu können� Zentrale Themen: Qualifizierung, Arbeitszeit,

Digitalisierung

A+I 4.0:

NRWA+I 4.0: SL, RP, Hessen,

Berlin

A+I 4.0: BW/BY

A+I 4.0:Neue

Bundes-länder

A+I 4.0: SH, HH, Bremen, Nieder-sachsen

Forschungsprojekte ARBEIT und INNOVATION: Kompetenzen stärken +> Zukunft gestalten


Von der Lernfabrik zum IWEX

INSTITUT FÜR WERTSCHÖPFUNGSEXZELLENZ (IWEX)� 2011 gegründet� Entwicklung von problem- und handlungsorientierten

TrainingsZERTIFIKATE

� Lean Expert in Production / Administration� Lean Senior Expert� Lean Master

KOOPERATIONSPARTNER

� LMX Business Consulting GmbH� Lehrstuhl für Produktionssysteme (LPS) � Akademie der Ruhr-Universität gGmbH


Teilnehmer aus vielen Branchen


IWEX - Seminare

Analyse und Umsetzung in der LPS Lern- und Forschungsfabrik

Seminar in der LPS Lern- und Forschungsfabrik


*1 Institut für Wertschöpfungsexzellenz

Kennzahlen 2015/16

Veranstaltung Veranstal-tungsanzahl

Teilnehmer je Veranstaltung

Teilnehmerzahlen

Lehre 66 14-30 1861

IWEX1 10 6-15 123

Führungen & Vorträge 47 739

∑ 2.723

Teilnehmer im Projekt Arbeit und Innovation 2017 18 20 360


Cyb

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Con

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AD

APT

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APP

sist

Soph

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Industrie 4.0 Forschungsprojekte am LPS


Montagelinie der Firma Phoenix Contact

Produkteigenschaften: kundenspezifische Klemmenleistenmontage

Partner


Beispiel für Mensch-Roboter-Kollaboration

Partner

1

2

3

Forschungsschwerpunkte:• MRK• Sicherheitskonzepte• Assistenzsysteme• Augmented Reality• …


Forschungsfeld:

- Rapid Prototyping im dreidimensionalen Raum

- Flexibler Einsatz des 3D Drucks

Anwendungsmöglichkeit:

- Einsatz des Rapid Prototyping an bereits verbauten Bauteilen

- Rapid Prototyping an schwer zugänglichen Stellen (auch über Kopf)

- Wegfall/Geringerer Bedarf an Stützstrukturen

Technologien der LPS Lern- und Forschungsfabrik -3D-Druck Roboter


Forschungsfeld:

- Bereitstellung/Vereinzelung von durcheinander gebrachten Bauteilen

- Gilt teilweise als gelöst, im Zuge von Industrie 4.0 wird jedoch versucht das Bin-Picking in den Gesamtprozess der Fabrik besser einzubinden


- Be- und Entladen von Bearbeitungsmaschinen

- Durch den Einsatz in der Fertigung kann man eine höhere Flexibilität, geringere Produktionskosten, eine Entlastung von Mitarbeitern und eine Platzeinsparung auf dem Shopfloorerhalten

Technologien der LPS Lern- und Forschungsfabrik -Bin-Picking Zelle


Forschungsfeld:

- Simulation und Umsetzung von zwei Szenarien der MRK

- Ziel ist die Schaffung einer individuellen Assistenz für Montagemitarbeiter

- Erstellung und Umsetzung von Sicherheitskonzepten

Anwendung:

- Einsatz im Unternehmen zur Unterstützung bei repetitiven bzw. belastenden Tätigkeiten

Technologien der LPS Lern- und Forschungsfabrik -MRK Anwendung (Projekt: INDIVA)

Aktuelle MontageMensch-Roboter-Kollaboration


Forschungsfeld:

- Werkzeug zur interdisziplinären Planung und produktbezogenen virtuellen Optimierung von automatisierten Produktionssystemen

- Alle am Planungsprozess involvierten Experten werden innerhalb der conexing-Infrastruktur interdisziplinär und unternehmensübergreifend zusammengebracht

- Von der Konzipierungsphase bis zur virtuellen Produktionsüberprüfung wird eine gemeinsame Arbeitsumgebung mit einer zugriffs- und datensicheren Infrastruktur geschaffen.

Technologien der LPS Lern- und Forschungsfabrik -Virtuelle Inbetriebnahme (Projekt: conexing)


Forschungsfeld:

- Einsatz von Augmented Reality Brillen im laufenden Betrieb, um Maschinen-/ Betriebszustände zu überwachen

- Zugriff auf Maschinendaten via MES (Manufacturing ExecutionSystem)


- Training/Assistenzsysteme

- Service und Instandhaltung

- Produktion

- Entwicklung

Technologien der LPS Lern- und Forschungsfabrik -Augmented Reality Brillen


„Spotlight-Modell“


� Zu stärkende Kompetenzen:

� Fachwissen

� Breites Grundlagenwissen, fachspezifische Fachkenntnisse

� Methodenkompetenz

� Selbstständiges Arbeiten, kritisches Denken, analytische Fähigkeiten

� Sozialkompetenz

� Kooperationsfähigkeit, Kommunikationsfähigkeit, Fähigkeit Verantwortung zu übernehmen

� Selbstorganisationskompetenz

� Organisationsfähigkeit, ZeitmanagementQuelle: acatech STUDIE 2016

Vermittelte Handlungskompetenzen in praktischen Lernumgebungen

Handlungskompetenzen

Zeit

Fachwissen

Methoden-kompetenz

Sozial-kompetenz

Selbst-organisationskompetenz

Lehrstuhl für Produktionssysteme | 2017 42Quelle: 7th Conference on Learning Factories | Institute forProduction Management, Technology, and MachineTools | Antonio Kreß | 2

Aufbau einer Lern- und Forschungsfabrik

Macro Level (Lern- und Forschungsfabrik)• Gestaltung der Lern- und Forschungsfabrik-

Infrastruktur, der Produktionsumgebung und der grundlegenden Teile des geplanten Lern-Prozesses

Meso Level (Lern-Module)• Gestaltung der Lehr-Module

Micro Level (Lern-Situation)• Gestaltung der spezifischen Lern-Situationen

Lehrstuhl für Produktionssysteme | 2017 43Quelle: 7th Conference on Learning Factories | Institute forProduction Management, Technology, andMachineTools | Antonio Kreß | 3

Konzeptionierung des Technischen Systems einer Lern- und Forschungsfabrik in 5 Schritten

Schritt 1• Definition der Anforderungen

Schritt 2• Bestimmung der zu betrachtenden Bereiche (z.B.

Produktion) und der Sub-Bereiche (z.B. Fräsen)

Schritt 3• Zuordnung von technischen Elementen

Schritt 4• Nutzen-Bewertung

Schritt 5• Optimierung


Weiterentwicklung der LPS-LFF

BETRACHTUNG INWERTSCHÖPFUNGS-

NETZWERKEN

EVOLUTIONLERNFABRIK LERNUNTERNEHMEN

VertriebBetriebswirtschaft

Rechtsabteilung

Marketing

SozialwissenschaftProduktentwicklung

WerkstoffwissenschaftElektrotechnik

Arbeitswissenschaft

Services

� Engineering Smarter Product Service SystemeTestfeld: LFF

� 30 Mio.€ bewilligt zum Aufbau eines Forschungszentrums in den nächsten 5 Jahren

ZESS

Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!

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Lern- und Foschungsfabriken Qualifizierung in einem … … · Produkte, Produktionstechniken, Prozesse, Organisationen, IKT, … und Personal und deren Beziehungen Das entstehende