P03 - Probenlogistik

P03 - Planung und Steuerung von Einfärbe- und Prüfprozessen

Im Teilprojekt P03 werden die Prozessschritte der unterschiedlichen Urform-, Einfärbe- und Prüfverfahren in einem ganzheitlichen Planungs- und Steuerungsansatz logistisch verbunden. Ziele sind die Generierung eines maximalen Gesamtdurchsatzes unter Berücksichtigung zusätzlicher Restriktionen und die schnelle Bewertung der Eigenschaften einzelner Legierungen. Zu den berücksichtigten Restriktionen gehören unter anderem ein variables Anlagenlayout des Hochdurchsatzsystems sowie ein dynamischer Prüfaufwand. In Teilprojekt P03 wird eine Methode entwickelt, die mithilfe einer detaillierten Belegungsplanung und systematischen Fertigungssteuerung die logistischen Zielgrößen des Hochdurchsatzsystems optimiert. In diesem Rahmen ist die Entwicklung eines Steuerungsalgorithmus notwendig, der die Aufgaben der Erzeugung, Freigabe und Reihenfolgebildung von einzelnen Prüfaufträgen vornimmt. Darüber hinaus ist eine Belegungsplanung für die Bestimmung der Auslastung unabdingbar. Diese Planungs- und Steuerungsaufgaben werden durch zusätzliche Restriktionen seitens der Werkstoffprüfung in einem Hochdurchsatzsystem erheblich erweitert. Durch die hohe Dynamik des Systems aufgrund von Ad-Hoc-Planänderungen durch eine revolvierende Anpassung der Versuchspläne in Teilprojekt P02, sind hohe Anforderung an die Belegungsplanung zu erfüllen. Insbesondere das spontane Wiederholen von einzelnen Teilprozessen, Veränderungen des Prüfumfangs sowie temporär getaktete Sequenzen sind zu berücksichtigen. Daraus resultierend sind die Prüffolgen von Aufträgen, die sich bereits in dem Hochdurchsatzsystem befinden, variabel. Diese dynamischen Änderungen des Prüfaufwandes müssen ebenfalls in der Fertigungssteuerung berücksichtigt werden. Die zentrale Aufgabe der Belegungsplanung ist dabei eine gleichmäßige Auslastung aller Arbeitssysteme zu erreichen, die zeitlichen Veränderungen zu minimieren (siehe Abbildung) und gleichzeitig den Durchsatz des Systems deutlich zu steigern. Zusätzlich müssen strukturelle Restriktionen des Hochdurchsatzsystems berücksichtigt werden, die eine Verschiebung der geplanten Fertigstellungszeit t1 (siehe Abbildung) einer Prüfung bedingen. Bei Strukturänderungen treten prozessbedingte, temporäre Verkettungen einzelner Prüfsequenzen auf, die eine Kopplung nachfolgender Prozesse verursachen und zu Auslastungsverlusten führen. Eine Verschiebung der Prüfzeitpunkte innerhalb einer Station wird hingegen durch Ad-Hoc-Neuplanungen und Re-Routings induziert. Hier erfolgt eine kurzfristige Anpassung der Prüfreihenfolge sowie der Anzahl zu prüfender Proben, sodass Abweichungen von dem geplanten Auftragsdurchlauf erzwungen werden. Planungsgrundlagen für das Routing der Prüfaufträge in dem Hochdurchsatzsystem bilden Erkenntnisse aus dem Hypothesensystem und Ergebnisse der Prädiktorfunktion aus Teilprojekt P01 sowie die in Teilprojekt P02 ermittelten Versuchspläne. Basierend auf diesen Grundlagen wird eine Prüfreihenfolge ermittelt, die den Durchsatz erhöht. Nach Abschluss jeder Prüfung wird die Prüfreihenfolge in Teilprojekt P02 revolvierend ermittelt und von einer in Teilprojekt P03 zu entwickelnden Belegungsplanung umgesetzt. Dieser ganzheitliche Ansatz ermöglicht die Ad-hoc-Neuplanung, wenn sich durch Einbeziehung des jeweils aktuellsten Versuchsergebnisses, die nachfolgend durchzuführenden Prüfabfolgen ändern und sich zum Beispiel im Rahmen eines Re-Routings wiederholen. Erkenntnisse, etwa über den Durchsatz, werden an das Teilprojekt P01 zurückgemeldet für eine Berücksichtigung in dem Hypothesensystem. Der Prozess der Hochdurchsatzprüfung weist dabei eine komplexe Materialflussstruktur mit Rückflüssen, Prozessalternativen sowie zeitlich gekoppelten Sequenzfolgen der Teilprozesse auf. Durch eine Berücksichtigung der Einflussgrößen und Restriktionen - z.B. variierende Bearbeitungszeiten und Störungen - in der Planung und Prozesssteuerung wird ein Optimum aus kurzen Durchlaufzeiten, hohem Durchsatz und hoher Auslastung erreicht.

Publikationen

A. Bader, A.-K. Onken, K. Tracht: Conceptual Approach of Robustness in Logistical Control, Conference on Production Systems and Logistics 2020 .

A. Bader, F. Meiners, K. Tracht: Accelerating High-Throughput Screening for Structural Materials with Production Management Methods, materials 2018, 11, 1330.

Bader, A., Onken, A.-K., Tracht, K. Order Release for Temporary Paced Sequences in Flexible High Throughput Systems. Procedia CIRP, Vol. 72 (2018) 689-694.

Bader, A., Lorenz, J., Tracht, K. Logistische Steuerung für Hochdurchsatzsysteme: Struktur einer Belegungsplanung für strukturell dynamische Hochdurchsatzsysteme. wt-online, 11/12 (2017) 847-851.

Onken, A.-K.; Bader, A.; Tracht, K.: Logistical Control of Flexible Processes in High-throughput Systems by Order Release and Sequence Planning. In: Procedia CIRP, 52 (2016), S. 245-250.