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6
Digitale Fabrik
Universität Duisburg Essen
Campus Duisburg
UNIVERSITÄT
D U I S B U R GE S S E N
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Gliederung
Die Digitale Fabrik
Einleitung
Ziele
Methoden und Werkzeuge der Digitalen Fabrik
Beispiele
Software-Tools
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Die Digitale Fabrik – Einleitung
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Einleitung
Globalisierung
Umwelt
PolitikWirtschaft
KulturKommunikation
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Einleitung
Triebkräfte
der
Globalisierung
Ökonomische
TechnologischePolitische
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Einleitung
Triebkräfte der Globalisierung
Politische Abbau von Handelsbeschränkungen
Bildung von Freihandelszonen
Gemeinsame Märkte
Wirtschafts- und Währungsunionen
Internationaler Rechtsverkehr
…
Ökonomische Kapital- und Warenverkehr
Mobilität von Personen
Transport- und Personenverkehr
Kommunikation und Internet
…
Technologische Telekommunikation
Mikroelektronik
Optoelektronik
…
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Einleitung
Steigender Konkurrenzdruck / verschärfter Wettbewerb
Verkürzung der Produktlebenszyklen
Zunehmende Diversifizierung von Produkten (Individualisierung von Produkten)
Verlagerung von Wertschöpfungsaktivitäten zu Zulieferbetrieben.
….
Folgen der
Globalisierung für
Unternehmen
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Arten der Produktdiversifikation
Fer
tig
un
gst
iefe
bes
teh
end
e
Produkteneuebestehende
horizontal
vertikal
lateral
Produktdiversifikation
vertikal
Vergrößerung der
Fertigungstiefe des
bestehenden Sortiments
(vor- oder rückwärts)
horizontal
sachlicher Zusammenhang
zu Produkten aus dem
bestehenden Programm
lateral
kein Zusammenhang zu
bestehendem Sortiment
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Einleitung
→ Nachfrage / Bedarf nach flexibleren und
reaktionsschnelleren Produktionssystemen.
Behebung durch den Einsatz der
Methoden und Werkzeuge (Instrumente) der
Digitalen Fabrik
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.10
Einleitung
Digitale Fabrik
Nutzeneffekte
Wettbewerbsvorteil
Quelle: http://www.packworld.com/sites/default/files/styles/lightbox/public/Warehouse2.gif?itok=Nbw5fgPlQuelle: http://www.cmawebline.org/ontarget/wp-
content/uploads/2013/07/competitive-advantage.jpg
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Definition
Definition des Begriffs Digitale Fabrik gemäß der
VDI-Richtlinie 4499-1:
Die Digitale Fabrik ist der Oberbegriff für ein umfassendes Netzwerk von
digitalen Modellen, Methoden und Werkzeugen – u. a. der Simulation und der dreidimensionalen
Visualisierung – , die durch ein durchgängiges Datenmanagement integriert werden.
Ihr Ziel ist die ganzheitliche Planung, Evaluierung und laufende Verbesserung aller wesentlichen
Strukturen, Prozesse und Ressourcen der realen Fabrik in Verbindung mit dem Produkt.
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Digitale Fabrik
• Schwerpunkt der Digitalen Fabrik liegt auf
der Produktionsplanung und der Gestaltung der Fabrik.
• Produktionsplanung
Planung der Prozesse
Planung der Produktionssysteme
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.13
Digitale, Virtuelle und Reale Fabrik
Quelle: Abgrenzung Digitale Fabrik KÜHN, W.: Digitale Fabrik – Fabriksimulation für Produktionsplaner. München: Hanser Verlag 2006
Grundverständnis der Digitalen Fabrik
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Datenbank als Integrationskern
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Digitale Fabrik als Bindeglied
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Digitale Fabrik als Bindeglied
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Digitale Fabrik – Von der Idee bis zum Produktlebensende
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Digitale Fabrik – Ausgewählte Handlungsfelder
Fabrik- und Gebäudeplanung Ausrüstungsplanung Produktionsplanung
Produktionslayoutplanung
Anlagenplanung und -anlaufLogistikgerechteProduktentwicklung
Logistik- undMaterialflussplanung
Fertigungsprozesse
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Magisches Dreieck
Qualität
Kosten Zeit
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Ziele
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Ziele
Nach: Ziele der Digitalen Fabrik KÜHN, W.: Digitale Fabrik – Fabriksimulation für Produktionsplaner. München: Hanser Verlag 2006
Digitale
Fabrik
Verbesserung
Wirtschaft-lichkeit
Verbesserung
Planungs-qualität
Verkürzung der
Produkt-einführung
Transparente
Kommunikation
Standardisierte
Planungs-prozesse
Kompetentes
Wissens-management
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.23
Verbesserung der Wirtschaftlichkeit von Unternehmen
Produktentwicklung
ProduktionsplanungInbetriebnahme
Time-to-Market (Konventionell)
Aufwand
Konventionelle Vorgehensweise
Zeit
Planung Produktion
Ergebnis
Nach: Verkürzung Time-to-Market KÜHN, W.: Digitale Fabrik – Fabriksimulation für Produktionsplaner. München: Hanser Verlag 2006
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.24
Verbesserung der Wirtschaftlichkeit von Unternehmen
Produktentwicklung
ProduktionsplanungInbetriebnahme
Time-to-Market (Konventionell)
FehlerbeseitigungVerbesserung der Produktion
Aufwand
Konventionelle Vorgehensweise
Zeit
Planung Produktion
Ergebnis
Nach: Verkürzung Time-to-Market KÜHN, W.: Digitale Fabrik – Fabriksimulation für Produktionsplaner. München: Hanser Verlag 2006
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Verbesserung der Wirtschaftlichkeit von Unternehmen
Produktentwicklung
ProduktionsplanungInbetriebnahme
Time-to-Market (Digitale Fabrik)
Time-to-Market (Konventionell)
Produktentwicklung
Produktionsplanung
Inb.
Simulation
Planung Produktion
FehlerbeseitigungVerbesserung der Produktion
Aufwand
Konventionelle Vorgehensweise
Digitale Fabrik
Zeit
Ergebnis
Nach: Verkürzung Time-to-Market KÜHN, W.: Digitale Fabrik – Fabriksimulation für Produktionsplaner. München: Hanser Verlag 2006
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.26
Verbesserung der Wirtschaftlichkeit von Unternehmen
Produktentwicklung
ProduktionsplanungInbetriebnahme
Zeitgewinn
Time-to-Market (Digitale Fabrik)
Time-to-Market (Konventionell)
Produktentwicklung
Produktionsplanung
Inb.
Simulation
Planung Produktion
Aufwand
Konventionelle Vorgehensweise
Digitale Fabrik
Zeit
Ergebnis
Nach: Verkürzung Time-to-Market KÜHN, W.: Digitale Fabrik – Fabriksimulation für Produktionsplaner. München: Hanser Verlag 2006
Vorteile
Verkürzung Time-to-Market
Qualitätssteigerung
Prozessabsicherung
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.27
Verbesserung der Wirtschaftlichkeit von Unternehmen
Produktentwicklung
ProduktionsplanungInbetriebnahme
Zeitgewinn
Time-to-Market (Digitale Fabrik)
Time-to-Market (Konventionell)
Produktentwicklung
Produktionsplanung
Inb.
Simulation
Planung Produktion
Aufwand
Konventionelle Vorgehensweise
Digitale Fabrik
Zeit
Ergebnis
Nach: Verkürzung Time-to-Market KÜHN, W.: Digitale Fabrik – Fabriksimulation für Produktionsplaner. München: Hanser Verlag 2006
Gründe
Parallelisierung von Einzelprozessen durch digitale Modelle
Aktuelle konsistente Daten Transparenz zwischen Vertrieb,
Entwicklung, Produktion und Lieferanten
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.28
Kommunikation und Planungsqualität
Produktentwicklung
Produktionsplanung
Inb.
Simulation Digitale Fabrik
Kommunikation
Transparente Kommunikation zwischen Produktionsplanung und Produktentwicklung.
- Nutzung einheitlicher und durchgängiger Planungsdaten
- Verteilte, parallele und standortübergreifende Planung
- Anschauliche Visualisierung
- Daten, Modelle und Werkzeuge der Digitalen Fabrik stellen eine leistungsfähige Plattform dar.
Planungsqualität
Steigerung der Planungsqualität durch Integration des Planungsprozesses.
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Standardisierung
Standardisierung von Planungsprozessen
- Wiederverwendbarkeit von Planungsergebnissen
- Erleichtert die Dokumentation und Archivierung von Daten
- Alle generierten Daten, wie auch
- Planungsfortschritte und Planungsstände
Produktentwicklung
Produktionsplanung
Inb.
Simulation Digitale Fabrik
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.30
Wissenserwerb und -erhalt
Produktentwicklung
Produktionsplanung
Inb.
Simulation Digitale Fabrik
Wissenserwerb und -erhalt
- Einer der wichtigsten Ziele der Digitalen Fabrik
- Vermittlung und Speicherung von Wissen
- Mit Hilfe von Daten, Planungstechniken, Methoden und Modellen
- Produktentwicklern und Produktionsplanern soll durch ausgereifte Kommunikation und Systematik der Wissenstransfer erleichtert werden und Wissen wiederzuverwenden.
- Fehler bereits zu Planungsbeginn vermeidbar
- Geplante Ziele schneller erreichbar
- Effiziente Einarbeitung neuer Mitarbeiter
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Die Digitale Fabrik
Methoden und Werkzeuge
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.32
Digitale Fabrik – Industrie 4.0
http://www.wiwo.de/images/industrie-4-0/11454812/2-format2101.jpg
https://www.bilder.tu-clausthal.de/fileadmin/Bilder/Forschen/TUClausthal_Digitale_Fabrik.jpg
- Es gibt in den westlichen Ländern unterschiedliche Vorgehensweisen zur Realisierung der Fertigung der Zukunft
- Deutschland: Einsatz neuer Automatisierungslösungen zur Produktivitätssteigerung Weiterentwicklung
- USA + andere Länder: Produktionskapazitäten wieder aufbauen
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.33
Werkzeuge und Methoden der Digitalen Fabrik
Methoden
Werkzeuge
Benutzer-
schnittstellen
BDE / MES
RFID
Virtual Reality
Augmented Reality
Telepräsenz
VIBN
PPS / ERP
FEM - Simulation
CAD / Fabriklayoutplanung
MKS / 3D - Kinematiksimulation
CAM / NC
Simulationsdatenmanagement
Toleranzmanagement / Simulation
CAP / PPR
CAO: Office, Projekt-/Wissensmanagement, Groupware
CAQ
Ablaufsimulation
>> >> >> >> Produktentstehung >> >> >> >>
>> >> Produktentwicklung >> >> >> >> Produktionsplanung >> >> >> >> Produktion >> >>
Simultaneous / Concurrent Engineering
Geschäftsprozessmanagement
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.34
Werkzeuge und Methoden der Digitalen Fabrik
Methoden
Werkzeuge
Benutzer-
schnittstellen
BDE / MES
RFID
Virtual Reality
Augmented Reality
Telepräsenz
VIBN
PPS / ERP
FEM - Simulation
CAD / Fabriklayoutplanung
MKS / 3D - Kinematiksimulation
CAM / NC
Simulationsdatenmanagement
Toleranzmanagement / Simulation
CAP / PPR
CAO: Office, Projekt-/Wissensmanagement, Groupware
CAQ
Ablaufsimulation
>> >> >> >> Produktentstehung >> >> >> >>
>> >> Produktentwicklung >> >> >> >> Produktionsplanung >> >> >> >> Produktion >> >>
Simultaneous / Concurrent Engineering
Geschäftsprozessmanagement
Methode:- Systematische zielgerichtete Vorgehensweise- Durchdachtes Verfahren- Ziel: Sinnvolle Lösung von einer Vielzahl von Problemen
IT-Werkzeug (Softwareprogramm):- Softwaretechnische Implementierung / Umsetzung
- Einer Methode- Kombination von mehreren Methoden
Rechnergestützter Einsatz
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Werkzeuge und Methoden der Digitalen Fabrik
Methoden
Werkzeuge
Benutzer-
schnittstellen
BDE / MES
RFID
Virtual Reality
Augmented Reality
Telepräsenz
VIBN
PPS / ERP
FEM - Simulation
CAD / Fabriklayoutplanung
MKS / 3D - Kinematiksimulation
CAM / NC
Simulationsdatenmanagement
Toleranzmanagement / Simulation
CAP / PPR
CAO: Office, Projekt-/Wissensmanagement, Groupware
CAQ
Ablaufsimulation
>> >> >> >> Produktentstehung >> >> >> >>
>> >> Produktentwicklung >> >> >> >> Produktionsplanung >> >> >> >> Produktion >> >>
Simultaneous / Concurrent Engineering
Geschäftsprozessmanagement
Simultaneous Engineering
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.36
Nutzeneffekt Wirtschaftlichkeit
Nach: Simultaneous Engineering Unbekannter Verfasser: www.wikipedia.de, Stand 2010-12-05
Marktanalysen,
Konzeptentwicklung
Produktentwicklung,
Versuche
Produktionsplanung,
Betriebsmittelkonstruktion
Aufbau der Fertigung und Produktionsanlauf
Eine oder mehrere Korrekturschleifen
Eine oder mehrere Korrekturschleifen
Eine oder mehrere Korrekturschleifen
Zeit
Traditioneller Projektanlauf
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.37
Nutzeneffekt Wirtschaftlichkeit
Nach: Simultaneous Engineering Unbekannter Verfasser: www.wikipedia.de, Stand 2010-12-05
Marktanalysen,
Konzeptentwicklung
Produktentwicklung,
Versuche
Produktionsplanung,
Betriebsmittelkonstruktion
Aufbau der Fertigung und Produktionsanlauf
Eine oder mehrere Korrekturschleifen
Eine oder mehrere Korrekturschleifen
Eine oder mehrere Korrekturschleifen
Marktanalysen,
Konzeptentwicklung
Produktentwicklung,
Versuche
Produktionsplanung,
Betriebsmittelkonstruktion
Aufbau der Fertigung und Produktionsanlauf
Zeit
Time-to-MarketMarkteinführung
Zeitgewinn
Korrekturschleifen
Korrekturschleifen
Korrekturschleifen
Traditioneller Ablauf
Simultaneous Engineering
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.38
Nutzeneffekt Wirtschaftlichkeit
Simultaneous Engineering
Qualität und Einheitlichkeit der Daten …
- Einsatz der Produktionsplanung parallel zur Produktentwicklung
- Schnellere Reaktion auf Änderungen
- Keine Wiederholschleifen aufgrund sich verändernder Grundvoraussetzungen
- Verbesserung der Planungsqualität
- Verkürzung Time-to-Market = niedrigere Kosten (Zeitaufwand wir monetär gemessen)
- Wettbewerbsvorteil
- Pionier bzw. First-Mover
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.39
Werkzeuge und Methoden der Digitalen Fabrik
Methoden
Werkzeuge
Benutzer-
schnittstellen
BDE / MES
RFID
Virtual Reality
Augmented Reality
Telepräsenz
VIBN
PPS / ERP
FEM - Simulation
CAD / Fabriklayoutplanung
MKS / 3D - Kinematiksimulation
CAM / NC
Simulationsdatenmanagement
Toleranzmanagement / Simulation
CAP / PPR
CAO: Office, Projekt-/Wissensmanagement, Groupware
CAQ
Ablaufsimulation
>> >> >> >> Produktentstehung >> >> >> >>
>> >> Produktentwicklung >> >> >> >> Produktionsplanung >> >> >> >> Produktion >> >>
Simultaneous / Concurrent Engineering
Geschäftsprozessmanagement
Geschäftsprozessmanagement
Geschäfts-prozess-
management-Kreislauf
Strategie
Prozess-Controlling
Prozess-Implemen-
tierung
Prozess-Entwurf
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.40
Werkzeuge und Methoden der Digitalen Fabrik
Methoden
Werkzeuge
Benutzer-
schnittstellen
BDE / MES
RFID
Virtual Reality
Augmented Reality
Telepräsenz
VIBN
PPS / ERP
FEM - Simulation
CAD / Fabriklayoutplanung
MKS / 3D - Kinematiksimulation
CAM / NC
Simulationsdatenmanagement
Toleranzmanagement / Simulation
CAP / PPR
CAO: Office, Projekt-/Wissensmanagement, Groupware
CAQ
Ablaufsimulation
>> >> >> >> Produktentstehung >> >> >> >>
>> >> Produktentwicklung >> >> >> >> Produktionsplanung >> >> >> >> Produktion >> >>
Simultaneous / Concurrent Engineering
Geschäftsprozessmanagement
Simulationsdatenmanagement
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.41
Nutzeneffekt Planungsqualität
Kerntechnologie des ganzheitlichen Planungssystem der Digitalen Fabrik ist die
Simulation.
- Steigerung der Planungsqualität
- Optimierung von Systemen ohne Gefährdung des laufenden Betriebs
- Auswahl von Alternativen möglich
- Simulation im Zeitraffer
- Übergangstestdurchläufe zwischen verschiedenen Zuständen
- Nutzenpotenzial durch Front-Loading
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.42
Nutzeneffekt Planungsqualität
Entwicklung Aufbau Anlauf Betrieb Abbau
Kostenbeeinflussbarkeit
Fabriklebenszyklus
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.43
Nutzeneffekt Planungsqualität
Entwicklung Aufbau Anlauf Betrieb Abbau
KostenbeeinflussbarkeitAufwand ohneDigitale Fabrik
Fabriklebenszyklus
Be
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.44
Nutzeneffekt Planungsqualität
Entwicklung Aufbau Anlauf Betrieb Abbau
KostenbeeinflussbarkeitAufwand ohneDigitale Fabrik
Aufwand mitDigitaler Fabrik
Be
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Fabriklebenszyklus
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.45
Nutzeneffekt Planungsqualität
Entwicklung Aufbau Anlauf Betrieb Abbau
Kostenbeeinflussbarkeit
Reduzierter Planungsaufwand
Aufwand ohneDigitale Fabrik
Erhöhter Planungsaufwand
Aufwand mitDigitaler Fabrik
Fabriklebenszyklus
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.46
Werkzeuge und Methoden der Digitalen Fabrik
Methoden
Werkzeuge
Benutzer-
schnittstellen
BDE / MES
RFID
Virtual Reality
Augmented Reality
Telepräsenz
VIBN
PPS / ERP
FEM - Simulation
CAD / Fabriklayoutplanung
MKS / 3D - Kinematiksimulation
CAM / NC
Simulationsdatenmanagement
Toleranzmanagement / Simulation
CAP / PPR
CAO: Office, Projekt-/Wissensmanagement, Groupware
CAQ
Ablaufsimulation
>> >> >> >> Produktentstehung >> >> >> >>
>> >> Produktentwicklung >> >> >> >> Produktionsplanung >> >> >> >> Produktion >> >>
Simultaneous / Concurrent Engineering
Geschäftsprozessmanagement
Toleranzmanagement
http://www.porscheengineering.com/peg/de/services/developmentsupport/toleranzmanagement/
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.47
Werkzeuge und Methoden der Digitalen Fabrik
Methoden
Werkzeuge
Benutzer-
schnittstellen
BDE / MES
RFID
Virtual Reality
Augmented Reality
Telepräsenz
VIBN
PPS / ERP
FEM - Simulation
CAD / Fabriklayoutplanung
MKS / 3D - Kinematiksimulation
CAM / NC
Simulationsdatenmanagement
Toleranzmanagement / Simulation
CAP / PPR
CAO: Office, Projekt-/Wissensmanagement, Groupware
CAQ
Ablaufsimulation
>> >> >> >> Produktentstehung >> >> >> >>
>> >> Produktentwicklung >> >> >> >> Produktionsplanung >> >> >> >> Produktion >> >>
Simultaneous / Concurrent Engineering
Geschäftsprozessmanagement
CAP (Computer Aided Planning) / PPR (Produkt-Prozess-Ressourcen)
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.48
Werkzeuge der Digitalen Fabrik
• CAD
• CAD / PPR
• CAQ
• BDE / MWS
• RFID
• Telepräsenz
• Datenanalyse
• PPS / ERP
• Ablauf- / Materialfluss-simulation
• VIBN
• FEM-Simulation
• MKS / 3D-Kinematik-simulation
• Prozess / Bearbeitungs-simulation
• CAM / NC
• CAD / Fabriklayout-gestaltung
• Virtual Reality
• AugmentedReality
Digitale Datenbasis
Digitale Fabrik
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.49
Werkzeuge und Methoden der Digitalen Fabrik
Methoden
Werkzeuge
Benutzer-
schnittstellen
BDE / MES
RFID
Virtual Reality
Augmented Reality
Telepräsenz
VIBN
PPS / ERP
FEM - Simulation
CAD / Fabriklayoutplanung
MKS / 3D - Kinematiksimulation
CAM / NC
Simulationsdatenmanagement
Toleranzmanagement / Simulation
CAP / PPR
CAO: Office, Projekt-/Wissensmanagement, Groupware
CAQ
Ablaufsimulation
>> >> >> >> Produktentstehung >> >> >> >>
>> >> Produktentwicklung >> >> >> >> Produktionsplanung >> >> >> >> Produktion >> >>
Simultaneous / Concurrent Engineering
Geschäftsprozessmanagement
CAO: Office, Projekt-/Wissensmanagement, Groupware
http://www.edv-ellwanger.de/images/slider/slider-netzwerk.jpg
http://www.startplatz.de/wp-
content/uploads/2014/04/Email-Marketing-
Service.jpg
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.50
Werkzeuge und Methoden der Digitalen Fabrik
Methoden
Werkzeuge
Benutzer-
schnittstellen
BDE / MES
RFID
Virtual Reality
Augmented Reality
Telepräsenz
VIBN
PPS / ERP
FEM - Simulation
CAD / Fabriklayoutplanung
MKS / 3D - Kinematiksimulation
CAM / NC
Simulationsdatenmanagement
Toleranzmanagement / Simulation
CAP / PPR
CAO: Office, Projekt-/Wissensmanagement, Groupware
CAQ
Ablaufsimulation
>> >> >> >> Produktentstehung >> >> >> >>
>> >> Produktentwicklung >> >> >> >> Produktionsplanung >> >> >> >> Produktion >> >>
Simultaneous / Concurrent Engineering
Geschäftsprozessmanagement
CAQ: Computer Aided Quality Management
http://www.bobe-i-e.de/fileadmin/_migrated/media/mainimg_sbox.jpg https://pbs.twimg.com/profile_images/452525996575846400/ODKywt2b.jpeg
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.51
Werkzeuge und Methoden der Digitalen Fabrik
Methoden
Werkzeuge
Benutzer-
schnittstellen
BDE / MES
RFID
Virtual Reality
Augmented Reality
Telepräsenz
VIBN
PPS / ERP
FEM - Simulation
CAD / Fabriklayoutplanung
MKS / 3D - Kinematiksimulation
CAM / NC
Simulationsdatenmanagement
Toleranzmanagement / Simulation
CAP / PPR
CAO: Office, Projekt-/Wissensmanagement, Groupware
CAQ
Ablaufsimulation
>> >> >> >> Produktentstehung >> >> >> >>
>> >> Produktentwicklung >> >> >> >> Produktionsplanung >> >> >> >> Produktion >> >>
Simultaneous / Concurrent Engineering
Geschäftsprozessmanagement
Ablaufsimulation
Quelle: http://www.icarus-consult.de/img/matfls/3d.gif
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.52
Ablauf- und Materialflusssimulation
Quelle: http://www.icarus-consult.de/img/matfls/sitze.gif
Planung Entwicklung KonstruktionInbetrieb-
nahmeProduktion
Einsatz in den unterschiedlichsten Phasen innerhalb des Produktlebenszyklus.
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.53
Ablauf- und Materialflusssimulation
Vorteile:
Belastbare Absicherung der Planung
Unterstützung bei der Konzeptentwicklung
Abbildungsmöglichkeit komplexer Sachverhalte
Überarbeiten von Prozessabläufen ohne Eingriff in die Fertigung
Zeitliche Abhängigkeit statt Momentaufnahme
Frühzeitige Erfassung von Engpässe
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.54
Werkzeuge und Methoden der Digitalen Fabrik
Methoden
Werkzeuge
Benutzer-
schnittstellen
BDE / MES
RFID
Virtual Reality
Augmented Reality
Telepräsenz
VIBN
PPS / ERP
FEM - Simulation
CAD / Fabriklayoutplanung
MKS / 3D - Kinematiksimulation
CAM / NC
Simulationsdatenmanagement
Toleranzmanagement / Simulation
CAP / PPR
CAO: Office, Projekt-/Wissensmanagement, Groupware
CAQ
Ablaufsimulation
>> >> >> >> Produktentstehung >> >> >> >>
>> >> Produktentwicklung >> >> >> >> Produktionsplanung >> >> >> >> Produktion >> >>
Simultaneous / Concurrent Engineering
Geschäftsprozessmanagement
VIBN (Virtuelle Inbetriebnahme)
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.55
VIBN
VIBN … Virtuelle Inbetriebnahme
Zusammenspiel der Methode FEM-, Prozess- und Ablaufsimulation
Ist eindeutig der Virtuellen Fabrik zuzuordnen
Ausgangsdaten sind CAD-Modelle der Werkstücke und Anlagen
Anpassung von Prozessparametern bis das Soll-Ergebnis eingestellt ist
Übertragung der Daten bzw. der ermittelten Kennwerte auf die reale Maschine / Produktionsanlage und Durchführung geringer Änderungen
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.56
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Quelle: http://www.rsi-roboscanning.de/images/RSI/Siemens/process-simulate-aus_pdf.jpg
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.57
VIBN
VIBN - Vorteile
Zeitersparnis für Rüst- und Einrichtarbeiten
Kürzere Produktionsstillstandszeiten
Absicherung vor Anlagenbeschaffung
Kürzere Produkteinführungszeiten
Hohe Sicherheit beim Einrichten Weniger Verschleiß bzw. Schaden an den Produktionsanlagen
Verminderte Produktion von Ausschuss
Verbesserte Ressourcenausnutzung
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.58
Werkzeuge und Methoden der Digitalen Fabrik
Methoden
Werkzeuge
Benutzer-
schnittstellen
BDE / MES
RFID
Virtual Reality
Augmented Reality
Telepräsenz
VIBN
PPS / ERP
FEM - Simulation
CAD / Fabriklayoutplanung
MKS / 3D - Kinematiksimulation
CAM / NC
Simulationsdatenmanagement
Toleranzmanagement / Simulation
CAP / PPR
CAO: Office, Projekt-/Wissensmanagement, Groupware
CAQ
Ablaufsimulation
>> >> >> >> Produktentstehung >> >> >> >>
>> >> Produktentwicklung >> >> >> >> Produktionsplanung >> >> >> >> Produktion >> >>
Simultaneous / Concurrent Engineering
GeschäftsprozessmanagementPPS / ERP
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.59
Werkzeuge und Methoden der Digitalen Fabrik
Methoden
Werkzeuge
Benutzer-
schnittstellen
BDE / MES
RFID
Virtual Reality
Augmented Reality
Telepräsenz
VIBN
PPS / ERP
FEM - Simulation
CAD / Fabriklayoutplanung
MKS / 3D - Kinematiksimulation
CAM / NC
Simulationsdatenmanagement
Toleranzmanagement / Simulation
CAP / PPR
CAO: Office, Projekt-/Wissensmanagement, Groupware
CAQ
Ablaufsimulation
>> >> >> >> Produktentstehung >> >> >> >>
>> >> Produktentwicklung >> >> >> >> Produktionsplanung >> >> >> >> Produktion >> >>
Simultaneous / Concurrent Engineering
Geschäftsprozessmanagement
FEM-Simulation
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.60
FEM- Simulation
FEM-Simulation … Finite Elemente Methode
Rechnergestützte Bauteilsimulation
Berechnung von Spannungs- und Verformungsvorgängen
Gehört eher der Bauteilbearbeitung und nicht der Digitalen Fabrik
Ergebnisse werden allerdings für die Einrichtung von Produktionsanlagen verwendet.
Beispiel Schweißnaht
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.61
FEM- Simulation
Die Vorteile der FEM-Simulation
Zeitersparnis für aufwendige Versuche
Schnelle Änderungsmöglichkeit
Beobachtung des gesamten Prozesses und nicht nur zum Anfangs- und Endzeitpunkt
Kostensenkung durch Materialeinsparung
Dokumentierter Prozessablauf
Bereits zu einer sehr frühen Phase der Bauteilentwicklung durchführbar
Gutes Hilfsmittel im Konstruktionsprozess http://lh3.ggpht.com/_uw2Iup_es8Y/TLGTjKn9KpI/AAAAAAAAXp8/WrVtHnGTyM4/image%5B20%5D.png?imgmax=800
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.62
Werkzeuge und Methoden der Digitalen Fabrik
Methoden
Werkzeuge
Benutzer-
schnittstellen
BDE / MES
RFID
Virtual Reality
Augmented Reality
Telepräsenz
VIBN
PPS / ERP
FEM - Simulation
CAD / Fabriklayoutplanung
MKS / 3D - Kinematiksimulation
CAM / NC
Simulationsdatenmanagement
Toleranzmanagement / Simulation
CAP / PPR
CAO: Office, Projekt-/Wissensmanagement, Groupware
CAQ
Ablaufsimulation
>> >> >> >> Produktentstehung >> >> >> >>
>> >> Produktentwicklung >> >> >> >> Produktionsplanung >> >> >> >> Produktion >> >>
Simultaneous / Concurrent Engineering
Geschäftsprozessmanagement
CAD / Fabriklayoutplanung
http://www.it-production.com/artikel_bilder/jahr2011/78388.gif
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.63
Fabriklayoutplanung
Fabriklayoutplanung
Daten- und Kennzahlenerhebung
Ideal- und Realplanung
Grob- und Feinlayoutoptimierung
Lager- und Materialflussplanung
http://www.it-production.com/artikel_bilder/jahr2011/78388.gifhttps://www.tu-chemnitz.de/mb/FabrPlan/image/EDF/szenario4_FL.jpg
Arbeitsorganisation
Arbeitsplatzgestaltung
3D-Visualisierung
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.64
Fabriklayoutplanung
Vorteile zeigen sich erst im Zusammenhang mit anderen Werkzeugen der Digitalen Fabrik
Planungserleichterung bei Fertigungserweiterung
Wettbewerbsvorteil bei Verkaufspräsentationen
Leichtere Planung bei mehrdimensionalen Materialbewegungen
Szenarienbildung wird vereinfacht
Verschwendungen für Weg- und Transportstrecken werden offensichtlich und können optimiert werden
Kürzere Reaktionszeit bei Fertigungsumstellung aufgrund von Produktionsänderungen
Festgehaltener Ist-Zustand als Planungsgrundlage verwendbar
Ausblick:
Lasergestützte Scanner
Einsparung von Zeit und Kosten bei der Modellierung
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.65
Fabriklayoutplanung – Lasergestützte Scanner
http://www.laserscannerblog.de/wp-content/uploads/2011/05/SPORE_3D_IsoClearView_Color_090318_ob-e1329209750618.png
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.66
Werkzeuge und Methoden der Digitalen Fabrik
Methoden
Werkzeuge
Benutzer-
schnittstellen
BDE / MES
RFID
Virtual Reality
Augmented Reality
Telepräsenz
VIBN
PPS / ERP
FEM - Simulation
CAD / Fabriklayoutplanung
MKS / 3D - Kinematiksimulation
CAM / NC
Simulationsdatenmanagement
Toleranzmanagement / Simulation
CAP / PPR
CAO: Office, Projekt-/Wissensmanagement, Groupware
CAQ
Ablaufsimulation
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>> >> Produktentwicklung >> >> >> >> Produktionsplanung >> >> >> >> Produktion >> >>
Simultaneous / Concurrent Engineering
Geschäftsprozessmanagement
Mehrkörpersimulation (MKS) / 3D-Kinematiksimulation
http://www.heise.de/ct/zcontent/14/20-
hocmsmeta/1411058548786101/contentimages/Adams_jgo_SC.jpg
http://resources.altair.com/Hyperworks/images/template1-de-DE/brochureimage_ms.PNG
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.67
Werkzeuge und Methoden der Digitalen Fabrik
Methoden
Werkzeuge
Benutzer-
schnittstellen
BDE / MES
RFID
Virtual Reality
Augmented Reality
Telepräsenz
VIBN
PPS / ERP
FEM - Simulation
CAD / Fabriklayoutplanung
MKS / 3D - Kinematiksimulation
CAM / NC
Simulationsdatenmanagement
Toleranzmanagement / Simulation
CAP / PPR
CAO: Office, Projekt-/Wissensmanagement, Groupware
CAQ
Ablaufsimulation
>> >> >> >> Produktentstehung >> >> >> >>
>> >> Produktentwicklung >> >> >> >> Produktionsplanung >> >> >> >> Produktion >> >>
Simultaneous / Concurrent Engineering
Geschäftsprozessmanagement
CAM (Computer Aided Manufacturing) / NC
http://www.ideal.fi/images/made/images/remote/http_ideal-
plmcom.virtualserver23.nebula.fi/uploads/ID_4.2._NXCAM_564_376_c1_center
_center_0_0_1.JPG
http://medspark.ms/images/glossary/Computer-Aided-ManufacturingLG.jpg
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.68
Werkzeuge und Methoden der Digitalen Fabrik
Methoden
Werkzeuge
Benutzer-
schnittstellen
BDE / MES
RFID
Virtual Reality
Augmented Reality
Telepräsenz
VIBN
PPS / ERP
FEM - Simulation
CAD / Fabriklayoutplanung
MKS / 3D - Kinematiksimulation
CAM / NC
Simulationsdatenmanagement
Toleranzmanagement / Simulation
CAP / PPR
CAO: Office, Projekt-/Wissensmanagement, Groupware
CAQ
Ablaufsimulation
>> >> >> >> Produktentstehung >> >> >> >>
>> >> Produktentwicklung >> >> >> >> Produktionsplanung >> >> >> >> Produktion >> >>
Simultaneous / Concurrent Engineering
Geschäftsprozessmanagement
Betriebsdatenerfassung (BDE) / Manufacturing-Execution-System (MES)
http://www.proleit.com/fileadmin/_migrated/pics/ProLeiT_MES_Sta
ndards_EN_486x456-01.jpghttp://www.o-b-s.de/loesungen/bilder/fls/gross/Maschinendatenerfassung%20Stillstandsanalyse.gif
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.69
Werkzeuge und Methoden der Digitalen Fabrik
Methoden
Werkzeuge
Benutzer-
schnittstellen
BDE / MES
RFID
Virtual Reality
Augmented Reality
Telepräsenz
VIBN
PPS / ERP
FEM - Simulation
CAD / Fabriklayoutplanung
MKS / 3D - Kinematiksimulation
CAM / NC
Simulationsdatenmanagement
Toleranzmanagement / Simulation
CAP / PPR
CAO: Office, Projekt-/Wissensmanagement, Groupware
CAQ
Ablaufsimulation
>> >> >> >> Produktentstehung >> >> >> >>
>> >> Produktentwicklung >> >> >> >> Produktionsplanung >> >> >> >> Produktion >> >>
Simultaneous / Concurrent Engineering
Geschäftsprozessmanagement
Radio Frequency Identification (RFID)
https://deutschelobbyinfo.files.wordpress.com/2014/10/3w985c0-
bild.jpg?w=300&h=168
Eindeutige, berührungsfreie Identifizierung
Einmalige und eindeutige Kennzeichnung
Robust und resistent gegen Umwelteinflüsse
Durch Transpondergestaltung an nahezu allen Betriebsmitteln anbringbar
Kostengünstige Implementierung durch einfache Technik
Qu
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.70
RFID
Quelle: https://www.falkenhahn.eu/img/presse/pressematerial/falkenhahn-WORLD-RFID-Technologietraeger.jpg
htt
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.71
Werkzeuge und Methoden der Digitalen Fabrik
Methoden
Werkzeuge
Benutzer-
schnittstellen
BDE / MES
RFID
Virtual Reality
Augmented Reality
Telepräsenz
VIBN
PPS / ERP
FEM - Simulation
CAD / Fabriklayoutplanung
MKS / 3D - Kinematiksimulation
CAM / NC
Simulationsdatenmanagement
Toleranzmanagement / Simulation
CAP / PPR
CAO: Office, Projekt-/Wissensmanagement, Groupware
CAQ
Ablaufsimulation
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>> >> Produktentwicklung >> >> >> >> Produktionsplanung >> >> >> >> Produktion >> >>
Simultaneous / Concurrent Engineering
GeschäftsprozessmanagementVirtual Reality
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Vorteile
Überprüfung von Bedienung und Zugänglichkeit
Unterstützung der Vorstellungskraft bei Produktentwicklung
Trainingsmöglichkeit ohne Sicherheits- und Kostenrisiko
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.72
Virtual Reality
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Virtual Reality
Veranschaulichung und Konstruktionsunterstützung
Hohe Investitionskosten
Anwendung z.B. in der Fahrzeugentwicklung oder Flugsimulatoren
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.73
Microsoft HoloLens
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.74
Werkzeuge und Methoden der Digitalen Fabrik
Methoden
Werkzeuge
Benutzer-
schnittstellen
BDE / MES
RFID
Virtual Reality
Augmented Reality
Telepräsenz
VIBN
PPS / ERP
FEM - Simulation
CAD / Fabriklayoutplanung
MKS / 3D - Kinematiksimulation
CAM / NC
Simulationsdatenmanagement
Toleranzmanagement / Simulation
CAP / PPR
CAO: Office, Projekt-/Wissensmanagement, Groupware
CAQ
Ablaufsimulation
>> >> >> >> Produktentstehung >> >> >> >>
>> >> Produktentwicklung >> >> >> >> Produktionsplanung >> >> >> >> Produktion >> >>
Simultaneous / Concurrent Engineering
Geschäftsprozessmanagement
Augmented Reality
http://blogs.solidworks.com/solidworksblog/wp-content/uploads/sites/2/6a00d83451706569e2017ee8115a91970d.jpg
http://c.mobilegeeks.de/wp-content/uploads/nbnuploads/Augmented-reality-001.jpg
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.75
Werkzeuge und Methoden der Digitalen Fabrik
Methoden
Werkzeuge
Benutzer-
schnittstellen
BDE / MES
RFID
Virtual Reality
Augmented Reality
Telepräsenz
VIBN
PPS / ERP
FEM - Simulation
CAD / Fabriklayoutplanung
MKS / 3D - Kinematiksimulation
CAM / NC
Simulationsdatenmanagement
Toleranzmanagement / Simulation
CAP / PPR
CAO: Office, Projekt-/Wissensmanagement, Groupware
CAQ
Ablaufsimulation
>> >> >> >> Produktentstehung >> >> >> >>
>> >> Produktentwicklung >> >> >> >> Produktionsplanung >> >> >> >> Produktion >> >>
Simultaneous / Concurrent Engineering
GeschäftsprozessmanagementTelepräsenz / Fernwartung
http://cdn1.spiegel.de/images/image-221510-panoV9-ertb-221510.jpg
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.76
Nutzeneffekt Kommunikation
Kommunikationsverbesserung
- Werkzeug Computer Aided Office (CAO) + PLM
- Verwaltung und Verbreitung von Informationen, wie Textdokumente, Tabellenkalkulation etc.
- Computer Aided Design (CAD)
- Eindeutige Vermittlung
- Globales Zusammenarbeiten
- Telepräsenz / Fernwartung
- Schnellere Problembehebung / Schnellere Lösungen bzw. Wege für die Lösung
- Schnelle Vermittlung von Expertenwissen
- Trennung von Produktions- und Planungsstandort
- Stärkere Einbeziehung von Zulieferern in den Wertschöpfungsprozess
Quelle: http://seminarpla.net/demoseite2/wp-content/uploads/kommunikation.png
Quelle: http://www.fs-immobilia.de/buero-loesungen/tele-praesenz/index.php
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.77
Nutzeneffekt Standardisierung
Fokus der Digitalen Fabrik:
Standardisierung von Planungsprozessen
Standardisierung
Schnellere Planung
Qualitativ höherwertigere Planung
Wiederverwendung ausgereifter Projektergebnisse ( Kostensenkung)
Werkzeug: z.B. Geschäftsprozessmanagement (GPM)
Indikatoren: z.B. Zertifizierungen für Organisationsgestaltung
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.78
Nutzeneffekt des Wissenserwerbs und -erhalts
Wissenserwerbs und -erhalt
Grundvoraussetzung für eine Standardisierung
Modelle und Werkzeuge der Digitalen Fabrik sind ein Wissensreservoir
Know-how ist in dem digitalen Modell abgelegt
Indikatoren:
Einarbeitungszeit neuer Mitarbeiter
Anzahl vermeidbarer Fehler
Einhaltung von Meilensteinen
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.79
Nutzeneffekte der Digitalen Fabrik
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.80
Beispiele
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.81
Smart Factory
Ausgangslage
In der Produktion gibt es viele einzelne selbständige, also unabhängige Systeme
Turbulenzen in der Produktion erfordern schnelle und flexible Reaktionen, wofür Daten aus vielen Systemen benötigt werden
Lösungsansatz
Flexibilisierung der Produktion (Zeit, Kosten und Qualität)
Speicherung von Informationen in Umgebungsmodellen auf föderativen Informationsplattformen
Objektlokalisierung
Sensorintegration
Kommunikation
Geometrische Modellierung
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.82
Smart Factory
Weitere Aspekte
Kommunikation zwischen Werkstück und Fertigung
Cyber-physische Systeme (Kommunikation über das Internet der Dinge)
Forschungsprojekt
Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung
Bestandteil der Hightech-Strategie Industrie 4.0
Arbeiten finden in Forschungseinrichtungen im Rahmen von Modellfabriken statt.
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.83
Softwaretools der Digitalen Fabrik
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.84
Softwaretools
Dassault Systèmes
Siemens PLM
Der Bereich der digitalen Fabrik wird beherrscht durch…
Ziel:
Rechnergestützter
Einsatz der
entsprechenden
Methoden.
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.85
Dassault Systèmes
Dassault Systèmes
CATIA DELMIA SolidWorks
… ABAQUS
…
…
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.86
Dassault Systèmes
• Mitarbeiter: 9.600
• Umsatz: 1,78 Mrd. Euro
• Davon mehr als 1 Mrd. Euro entfielen
auf PLM-Produkte
• über 100.000 Kunden in mehr als 80
Ländern
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.87
Catia
http://www.cdcza.co.za/wp-content/uploads/2009/12/CATIA_AUTO.jpg
Catia … Computer Aided Three-Dimensional Interactive Application
Konstruktionsarbeit
2D-Zeichnungserstellung + 3D-Modellierung
FEM-Berechnung, NC-Programmierung
Einsatz in der Automobil- und Luftfahrtindustrie
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.88
DELMIA
DELMIA … Digital Enterprise Lean Manufacturing
Simulations- und Visualisierungssoftware zur
Planung
Überwachung
Steuerung von Produktionssystemen und
Fertigungsprozessen
Einsatz in den frühen Stadien des Produktentwicklungszyklusses Beschleunigte Produkteinführung
Ergonomieuntersuchung
DELMIA Robotics: Auslegung einer Roboterzelle
Assembly Simulation
DELMIA Virtual NC
http://www.3ds.com/uploads/pics/ASE_300X172_04.png
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.89
Siemens PLM
Siemens PLM
Früher: Unigraphics
• Mitarbeiter: 7.300 (Feb. 2007)
• Umsatz: 1,4 Mrd. Euro
• 9 Mio. lizenzierte Anwender
• 77.000 Kunden weltweit
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.90
Siemens PLM
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.91
Siemens PLM
NXNX CAD
NX CAMMechatronics Concept Designer (MCD)
Tecnomatix
Plant Simulation
Process Designer / Simulate
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.92
NX
NX CAD
http://www.adciv.org/upload/e/e4/UGS-NX-5-ActiveMockUp.JPG
NXNX CAD
NX CAM
- Erstellung von 2D- und 3d-Konstruktionen
- Hohe Konstruktions-geschwindigkeit, Leistung und Anwenderfreundlichkeit
- Active-Mock-Up: Baugruppen in Echtzeit
- Automatische Konstruktionsprüfung
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.93
NX CAM
http://www.pmcorp.com/portals/5/DotNetNukeStudyImages/NX%20CAM.jpg
http://techdesign.com.ec/techw/wp-content/flashxml/3d-carousel-menu-fx/images/nx.jpg
- Erzeugung von NC-Code
- Simulation des Materialabtrags der Prozesse Drehen, Fräsen, Bohre, etc.
- Optimierung des Produktionsprozesses TTM
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.94
Mechatronics Concept Designer
http://www.plm.automation.siemens.com/de_de/Images/Mechatronics-Concept-Designer_tcm73-196013.jpg
- Software zur Entwicklung komplexer Maschinen
- Basiert auf Computerspiele-Technologie und NX
- Parallele Simulation elektronischer und mechanischer Komponenten
- Echtzeitsimulation
- Automatische Stücklistenerstellung
- Automatische Generierung von Schaltplänen
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.95
Siemens Plant Simulation
Plant Simulation
- Materialflusssimulation,
- Optimierungen
- Simulation unterschiedlichster Fertigungsszenarien
- Automatisierte Suche nach optimalen Lösungen für komplexe Produktionssysteme
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Beispiele
- Sitz: Spanien
- Mitarbeiter: 13.000
- Umsatz: 8 Mrd. Euro
- Niederlassungen in mehr als 70 Ländern
- Seit 2004 Digitalisierung der Fertigungsprozesse
- SEAT Leon
- Anwendung verschiedener Softwaretools von Tecnomatix (Process Designer, Process Simulate und Plant Simulation)
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Beispiele
- „Prototyp-Stadium“ komplett virtuell (Aerodynamik-und Crash-Tests)
- Time-to-Market um 20% reduziert
- SEAT Leon kürzeste Entwicklungszeit in der europäischen Automobilindustrie
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- Sitz: Tschechien
- Mitarbeiter: 25.000
- Umsatz: 12 Mrd. Euro
- ~ 1 Mio. Fahrzeuge / Jahr
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Beispiele
- Ziel: Zeitgleiche Fertigung des Roomster, der Superb-Fahrzeuge und des Geländewagens Yeti
- Austausch der Entwicklungsdaten während der Planungsphase
- 40.000 Datensätze pro Fahrzeug
- Anwendung von Tecnomatix-Softwaretools
- Heute: Einsatz der Tecnomatix-Software über die gesamte Lieferkette und Logistikplanung.