-
Die
Erfindung bezieht sich auf den Betrieb einer Fertigungsstraße für in vielfältigen Ausführungsformen
zu produzierende Endprodukte, insbesondere Personenkraftwagen, mit
einer Vielzahl von Fertigungs- und Montagestationen für Teilabschnitte
des Fertigungsprozesses und/oder Teile oder Ausführungsformen der Endprodukte.
-
Es
ist grundsätzlich
bekannt, Fertigungsstraßen
so auszubilden, dass höchst
unterschiedlich ausgebildete Endprodukte hergestellt werden können. Beispielhaft
kann hier auf die Produktion von Personenkraftwagen verwiesen werden,
die sich in sehr unterschiedlicher Ausgestaltung entsprechend den
Kundenwünschen
auf einer einzigen Fertigungsstraße produzieren lassen. In der
Regel ist es lediglich erforderlich, dass die verschiedenen Fahrzeugvarianten
eine gleiche „Plattform" aufweisen, d. h.
mit Ausnahme der für
alle zu produzierenden Fahrzeuge gleichen Plattform können weitestgehend
beliebige Variationen berücksichtigt
werden, dies gilt insbesondere für
Ausstattungsvarianten, beispielsweise für unterschiedliche Steuergeräte für unterschiedliche Staaten.
-
Bei
der Planung einer Fertigungsstraße ist zwar regelmäßig der
Varianzbereich der herzustellenden Endprodukte bekannt, jedoch lässt sich
vorab kaum abschätzen,
mit welcher Häufigkeit
verschiedene Varianten hergestellt werden müssen. Aber selbst dann, wenn
sich die längerfristige
Häufigkeit von
Varianten relativ genau abschätzen
lässt,
bleibt völlig
offen, mit welcher Häufung
und welcher Vielfalt die möglichen
Varianten innerhalb eines Produktionsauftrages auftreten.
-
Damit
wird die Fertigungsplanung außerordentlich
erschwert. Außerdem
lässt sich
der notwendige bzw. hinreichende Investitionsaufwand nur schwer
voraussagen, so dass auch keine vernünftigen bzw. realistischen
Produktionsziele vorgegeben werden können.
-
Deshalb
ist es Aufgabe der Erfindung, eine Möglichkeit für einen optimalen Betrieb einer
Fertigungsstraße
zu schaffen.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch
gelöst,
dass mit Rechnerunterstützung
eine reale Fertigungsstraße
abbildende virtuelle Fertigungsstraße mit vorgebbarer Variabilität von Fertigungs-, Montage-
und/oder Prüfstationen
erstellt wird und Varianten eines vorgebbaren Fertigungsauftrages
mit vorgebbaren Varianten der Fertigungs-, Montage- und/oder Prüfstationen
virtuell ausgeführt
und bis zu einer vorgebbare Kriterien erfüllenden Optimierung betrieben
werden, und dass die reale Fertigungsstraße gemäß der virtuell ermittelten
Optimierung betrieben bzw. installiert wird. Die Erfindung beruht
auf dem allgemeinen Gedanken, in einem Rechner ein virtuelles Abbild
eines Ausschnittes der realen Welt, hier einer Fertigungsstraße mit vorgebbarer
Variabilität
der Fertigungsstationen und dergleichen zu installieren, derart,
dass auf dieser virtuellen Fertigungsstraße variierbare Produktionsaufträge virtuell
ausgeführt
werden können.
Damit lässt
sich also zunächst
an einem virtuellen Modell prüfen,
wie die Produktion bei unterschiedlich zusammengesetzten Fertigungsaufträgen und/oder
unterschiedlich konfigurierten Fertigungsstraßen ablaufen würde.
-
Insbesondere
wird auf diese Weise eine preiswerte Möglichkeit geschaffen, konstruktive
Abänderungen
am Endprodukt vor Einführung
dieser Abänderungen
in die Serie hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf den Produktionsprozess
bei Vorgabe unterschiedlicher Installationen an den Fertigungsstationen
der Fertigungsstraße
zu testen.
-
Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung werden als Varianten eines Fertigungsauftrages unterschiedliche
Verhältnisse
der Auftragszahlen für
verschiedene Ausführungsformen
und unterschiedliche Häufungen
von Aufträgen
für verschiedene
Ausführungsformen
vorgegeben. Auf diese Weise lässt
sich schnell und leicht ermitteln, ob ein jeweils für die Fertigungsstraße vorgesehenes
Konzept hinreichende Flexibilität gewährleistet
bzw. ob und an welchen Fertigungsstationen noch nachfolgend virtuell
zu testende Abänderungen
vorgenommen werden sollten. Ein besonderer Vorteil der Erfindung
liegt darin, dass auch die Auswirkung eventueller Fehler bei der
Arbeit einzelner Fertigungsstationen auf das Endprodukt überprüft werden
kann, wenn gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung den Fertigungs-, Montage- und/oder Prüfstationen
empirisch ermittelte oder abgeschätzte Fehlfunktionen mit funktionsabhängigen Wahrscheinlichkeiten
zugeordnet werden, derart, dass mit entsprechenden Fehlern behaftete virtuelle
Erzeugnisse generiert werden und auf der virtuellen Fertigungsstraße verfolgbar
sind. Auf diese Weise lassen sich einerseits die wahrscheinliche durchschnittliche
Produktqualität
und andererseits die Wahrscheinlichkeit und Häufung extremer „Ausreißer" ermitteln, bevor
bei der realen Fertigung reale Fehler auftreten können. Indem
die virtuelle Fertigungsstraße
mit unterschiedlichen Prüfroutinen
an den Prüfstationen
und/oder mit unterschiedlichen Qualitätsspezifikationen an den Fertigungs-
und Montagestationen getestet wird, lässt sich ohne teure reale Versuche
und Irrtümer
ein Kosten-Nutzen-Optimum für
den Fertigungsbetrieb und die Installationen der Fertigungsstraße ermitteln.
-
Im übrigen wird
hinsichtlich bevorzugter Ausführungsformen
der Erfindung auf die Ansprüche
und die nachfolgende Erläuterung
der Zeichnung verwiesen, anhand der eine bevorzugte Ausführungsform der
Erfindung näher
beschrieben wird.
-
Schutz
wird nicht nur für
ausdrücklich
angegebene oder dargestellte Merkmalskombinationen sondern auch
für prinzipiell
beliebige Kombinationen der in den vorgenannten Merkmalskombinationen enthaltenen
Einzelmerkmale beansprucht.
-
In
der Zeichnung zeigt:
-
1 eine
nach Art eines Blockschaltbildes bzw. Datenflussplanes ausgeführte Darstellung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
zum Betrieb einer Fertigungsstraße,
-
2 beispielhafte
Möglichkeiten
zur Darstellung von Produktionsparametern und
-
3 eine
weitere Möglichkeit
zur Darstellung von Produktionsparametern.
-
Gemäß 1 ist
auf einem nicht näher
dargestellten Rechner eine virtuelle Fertigungsstraße 1 installiert,
die vielfach variabel ist, insbesondere derart, dass ein Einsatz
verschiedenartiger Fertigungs-, Montage- und/oder Prüfstationen
innerhalb der virtuellen Fertigungsstraße 1 möglich ist.
Dies ist also gleichbedeutend damit, dass die Konfiguration der virtuellen
Fertigungsstraße
frei vorgebbar ist. Beispielsweise könnte bezüglich einer Prüfstation
vorgegeben werden, dass die in der Prüfstation durchzuführende Prüfroutine
innerhalb eines maximalen Zeitaufwandes von beispielsweise 10 min
durchzuführen ist,
d. h. nach Ablauf dieser Zeitschwelle noch nicht ausgeführte Prüfarbeiten
werden nicht durchgeführt. Für die Bestimmung
der Konfiguration der virtuellen Fertigungsstraße 1 ist eine Konfigurationseingabe 2 vorgesehen,
die bei entsprechender Rechnerkapazität auf dem gleichen Rechner
wie die virtuelle Fertigungsstraße 1 installiert sein
kann. Stattdessen ist es auch möglich,
die Konfigurationseingabe auf einem gesonderten Rechner zu installieren,
der dann mit dem für
die Installation der virtuellen Fertigungsstraße 1 vorgesehenen
Rechner kommuniziert.
-
Des
Weiteren ist eine Auftragseingabe 3 vorgesehen, die ebenfalls
auf einen separatem Rechner oder auf einem der bereits für andere
Zwecke vorgesehenen Rechner installiert ist. Mit der Auftragseingabe
wird der virtuellen Fertigungsstraße 1 ein spezifizierter
Fertigungsauftrag gegeben. Dieser kann beispielsweise die Herstellung
von 100.000 virtuellen Fahrzeugen mit vorgebbar verschiedenen Ausstattungsvarianten
umfassen, wobei die Reihenfolge der mit verschieden Ausstattungsvarianten
virtuell herzustellenden Fahrzeuge grundsätzlich beliebig vorgebbar ist.
Es können
also prinzipiell beliebige Häufungen
bestimmter Ausstattungsvarianten vorgegeben werden.
-
Um „sinnvolle" Fertigungsaufträge konzipieren
zu können,
kommuniziert die Auftragseingabe 3 mit einer Datenbank 4 in
der empirisch ermittelte sowie nach vorgegebenen Kriterien prognostizierte
Daten über
konstruktive Änderungen
von Ausstattungsvarianten der Fahrzeuge sowie Daten zur Entwicklung
der Nachfrage nach bestimmten Ausstattungsvarianten und deren Zuverlässigkeit
bzw. Daten zum notwendigen Prüfaufwand
für die
Ausstattungsvarianten gesammelt werden. Des Weiteren „kennt" die Datenbank 4 kritische
Merkmale der verschiedenen Ausstattungsvarianten und kann damit
Hinweise darauf geben, auf welche Merkmale der virtuelle Fertigungsprozess
auf der virtuellen Fertigungsstraße 1 besonders überwacht
werden sollte.
-
Des
Weiteren ist auf einem der vorhandenen Rechner oder einem separaten
Rechner der mit dem für
die Installation der virtuellen Fertigungsstraße 1 vorgesehenen
Rechner kommuniziert, eine Analyse 5 des Fertigungsergebnisses
installiert. Mittels dieser Analyse 5 können beispielsweise Anzeigen
gesteuert werden, die beispielsweise den Wasser- bzw. Energieverbrauch des Fertigungsprozesses
oder auch die dabei entstehende Abwärme darstellen. Des Weiteren
kann die für
den durchgeführten
Fertigungsprozess notwendige Logistik mit der zugehörigen Lagerbelegung
und dem Transportverkehr für
das Lagergut dargestellt werden. Schließlich lässt sich die durchzuführende Personalplanung
sowie der Flächenbedarf
für Nacharbeitsorte,
Prüforte
und dergleichen darstellen. Die von der Analysestation 5 ermittelten
Produktionsparameter fließen
dann in die Installation und Konfiguration einer realen Fertigungsstraße ein.
-
Soweit
die von der Analysestation dargestellten Produktionsparameter in
Ansehung anzuwendender Kriterien suboptimal sind, kann die durchgeführte virtuelle
Fertigung ohne nennenswerten Aufwand iterativ wiederholt werden,
wobei die virtuelle Fertigungsstraße 1 über die
Konfigurationseingabe 2 iterativ verändert werden kann, bis der
gewünschte Produktionsfluss
erreicht worden ist.
-
Die
von der Analysestation 5 ermittelten Ergebnisse können prinzipiell
in beliebiger Form dargestellt werden, beispielsweise durch alphanumerische Texte.
Da eine solche alphanumerische Darstellung im Gegensatz zu graphischen
Darstellungen für Menschen
vergleichsweise schwer zu verstehen ist, ist vorzugsweise vorgesehen,
dass von der Analysestation 5 gesteuerte Anzeigen graphische
Ergebnisdarstellungen zeigen.
-
Ein
entsprechendes Beispiel ist in 2 dargestellt.
Dabei sind an der Abszisse von einer Prüfstation der virtuellen Fertigungsstraße kontrollierte Funktionen
der virtuellen Fahrzeuge aufgezeichnet. Darüber sind jeweils zweifarbige
Säulen
dargestellt, deren Oberende jeweils 100 der mit der jeweiligen Funktion
ausgerüsteten
Fahrzeuge symbolisiert, während
ein kontrastfarbener unterer Teil der jeweiligen Säule den
Anteil der virtuellen Fahrzeuge aufzeigt, an denen diese Funktion
tatsächlich
bei einer Prüfroutine überprüft wurde.
Gegebenenfalls kann dieser Anteil, wie bei einer Funktion fi, ein Maß von 100 haben.
-
Gemäß der 3 kann
ggf. durch die Höhe des
Oberendes einer Säule
die Gesamtzahl Z der virtuellen Fahrzeuge dargestellt werden, bei
denen die jeweilige Funktion fehlerhaft sein muss. Ein kontrastfarbener
unterer Teil der Säule
zeigt dann beispielsweise an, welcher Anteil der fehlerhaften Funktionen von
den an der virtuellen Fertigungsstraße vorgesehenen virtuellen
Prüfstationen
tatsächlich
erkannt wurde.