Production Control

Information-Based Coordination of Production Orders


The Production Control unit investigates concepts of production control in combination with methods of data analysis and Industrie 4.0. The term "production control" refers to the transfer of the principle of the control loop to the planning and control of production orders. The control system attempts to return the system to a stable state and to keep possible effects of malfunctions as low as possible and, if necessary, to reverse them.

The concept of production control

Regardless of whether a company manufactures individual customer orders or series products: With increasing variant diversity, shorter product life cycles, and decreasing batch sizes, the number of decisions to be made on the shop floor is increasing. This is due to deviations and malfunctions in increasingly complex production systems and networks. We develop and investigate strategies for coping with this flood of decisions, taking into account current technological developments. The vision is to set up a production control system, i.e. to link data acquisition and data analysis with production control concepts. This concept takes its cue from the control cycle and extends control by a component in order to stablilize the processing and completion of production orders. The effects of a possible malfunction is thus to be minimized. The concept is targeted at the areas of scheduling, i.e. the dispatch of orders according to various criteria, work preparation, personnel resource planning, and production controlling. The work of these departments is characterized by a continuous evaluation and monitoring of the actual state compared to the target state. Any identified deviations are automatically taken into account in future decisions, where possible, and may lead to changed input data for future planning. In addition to the PPS software for production planning and controlling, in recent years, Manufacturing Execution Systems have established themselves on the market, which contain a range of tools for monitoring and controlling production orders as well as for the preparation of data.

Production Control: Research Fields

The unit's research activities can be classified with the help of an ordering framework with two dimensions: On the one hand, the applicability and further development of established concepts for order monitoring and production control are being investigated. On the other hand, regarding production control, FIR investigates process models and application cases for the evaluation of manufacturing order data. A synthesis of these research streams is to result in a model of production control.

Ausgangspunkt der Forschung ist die Schaffung eines hochauflösenden Abbilds des Auftragsfortschritts und der Ressourcenverfügbarkeit für eine „hochauflösende Auftragsüberwachung“. Hochauflösend meint in diesem Kontext sowohl die Bestimmung des notwendigen Detailgrads in Abhängigkeit von den zu treffenden Entscheidungen und verfügbaren Handlungsoptionen als auch die erforderliche Aktualität. Hierbei gilt es den Begriff der Echtzeitfähigkeit gemäß den Aufgaben entsprechend zu definieren: Während für die technische Prozessüberwachung Verzögerungen im Millisekunden Bereich notwendig sind, ist der Begriff für die Produktionssteuerung eher als Verzögerung zur Erfassung definierter Ereignisse zu verstehen. Neben der Bestimmung der Datenbedarfe fällt auch die Gestaltung einer prozessintegrierten Datenerfassung im Sinne cyberphysischer Systeme in diesen Themenkomplex. Beiträge hierzu leisten die abgeschlossenen Forschungsprojekte ProSense und BigPro.

Anknüpfend an ein möglichst umfassendes Datenmodell über die Abläufe in der Produktion beschreibt das Konzept der datengestützten Produktionssteuerung die Verknüpfung der Datenlage mit einer automatisierten Entscheidungsfindung. Hierzu werden die verschiedenen auftretenden Abweichungen und gangbare Lösungsoptionen möglichst exakt beschrieben. Diese Entscheidungen werden anschließend bei der Verfahrensgestaltung berücksichtigt. Sie bewirken keine Rückführung in Form von Umplanungen, sondern sollen auch in die Planungsgrundlage für die Zukunft einfließen. Populäres Beispiel für einen solchen Regelkreis ist das Kanban-Verfahren, welches jedoch eine hohe Robustheit gegenüber Nachfrageschwankungen und Variantenzahl voraussetzt. In anwendungsorientierten Forschungsprojekten sollen die Verfahrensgrenzen durch Anwendung von hochauflösenden Daten erweitert werden. Im Projekt iProd untersuchen wir potenzielle Anwendungsfälle der Data Analytics und KI in diesem Feld.

Neben der Nutzung der Daten für die Produktionsregelung ergeben sich durch neue Verfahren der Datenanalyse und die Verfügbarkeit geeigneter Softwarelösungen mit besserer Bedienbarkeit auch Potenziale für die Datenauswertung. Vor dem Hintergrund sinkender Losgrößen und einer Vielzahl neuer Produkte bzw. Produktvarianten stößt die klassische statistische Datenaufbereitung an ihre Grenzen. Vielmehr ergibt sich vor allem für die Ursachenforschung bei Abweichungen die Notwendigkeit nach einer Production Analytics, welche Muster und damit Gemeinsamkeiten in vermeintlich unterschiedlichen Aufträgen und Störungssituationen erkennt. Wir forschen daher aktiv an der Entwicklung von Methoden zur Auswertung von Rückmeldedaten aus der Produktion. Dies umfasst die Anforderungsdefinition an die Daten, die Auswahl geeigneter Anwendungen und Verfahren zur Auswertung sowie zur Aufbereitung der Ergebnisse. Auch dies ist Bestandteil des Projekts iProd und dem abgeschlossenen Projekt BigPro.

Die Synthese der Erkenntnisse aus den Feldern Production Analytics und der datengestützten Produktionssteuerung führen schließlich zu einer Produktionsregelung i.S. einer datengetriebenen Entscheidungsunterstützung und Elementen automatisierter Entscheidungsprozesse. Dabei werden Abweichungen kontinuierlich auf Muster untersucht, um daraus geeignete Handlungsoptionen ableiten zu können. Neben der Entscheidungsfindung ist auch der Einbezug der Mitarbeiter zur Realisierung derartiger Konzepts unabdingbar. Entscheidungen sind daher möglichst nachvollziehbar aufzubereiten. Das Projekt APACHE und die Dissertation Adaptives Abweichungsmanagement in der Fertigungssteuerung bei Kleinserien leisten hierzu einen wertvollen Beitrag.

Fazit Produktionsregelung

Das von der Fachgruppe beabsichtigte Konzept einer Produktionsregelung hält Methoden bereit, mit der sich die Produktionsabläufe – im Idealfall auf Arbeitsgangebene – kontinuierlich überwachen und beeinflussen lassen. Abweichungen werden erkannt und systematisch kompensiert. Dabei steht die Automatisierung dieser Kompensation im Vordergrund. Das Ziel der Forschungsaktivitäten ist die Entwicklung und Verstetigung geeigneter Konzepte und Lösungen zur Beherrschung der Fertigungsauftragsabwicklung im turbulenten Umfeld produzierender Unternehmen. Die Entwicklung und der Ergebnistransfer erfolgen dabei im Sinne der Anwender, das heißt sowohl von Anbietern betrieblicher Anwendungssysteme als auch von produzierenden Unternehmen selbst.