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maschine+werkzeug 02/2020

In Echtzeit optimieren

Fertigungsplanung

Im Rahmen des Projektes ›ProPlanE‹ haben die Forschungspartner den Prototypen einer Analyseplattform entwickelt, mit der sich die Fertigungsplanung in Echtzeit mit Process Mining optimieren lässt.

›ProPlanE‹: Eingabe der Prozessschritte per Tablet.
Bild: ›PAFnow‹/Incloud

›ProPlanE‹: Eingabe der Prozessschritte per Tablet.
Bild: ›PAFnow‹/Incloud

Bei ›ProPlanE‹ handelt es sich um eines der ersten Projekte überhaupt, bei dem die Fertigung unmittelbar mit Process Mining verknüpft wurde. ›ProPlanE‹ ist ein Verbundprojekt der Process Analytics Factory (PAF) als Konsortialführer mit der smart in die Microsoft-Power-BI-Plattform integrierten Process-Mining-Anwendung ›PAFnow‹ von Incloud als Entwicklungspartner für die integrierte Softwarearchitektur sowie dem Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) als Forschungspartner mit seiner Expertise im Bereich des Geschäftsprozessmanagements und der Prozessanalytik.

Anwendungspartner von ›ProPlanE‹ ist Brabant & Lehnert aus Wadern. Das Unternehmen fertigt unter Einsatz von CAD-Technologien komplexe Werkzeuge und Vorrichtungen, hauptsächlich als kundenspezifische Einzellösungen für die Automobil- und Automobilzulieferindustrie.

Eine Produktionsplanung in Echtzeit war aufgrund der fehlenden Datenintegrationen im Unternehmen bisher nur mit hohem manuellem Aufwand möglich. So entstand ein Zeitversatz von Stunden bis Tagen vor Beginn der eigentlichen Fertigung. Dies kann zur Folge haben, dass gegenüber Kunden zugesagte Liefertermine in manchen Fällen nicht fristgerecht eingehalten werden.

Daten zusammengeführt

Während des zweijährigen Projektzeitraumes wurden bei Brabant & Lehnert bis dato nicht verwertbare Daten unterschiedlicher Systeme der Geschäftsprozess- und Prozess-Steuerungsebene, wie zum Beispiel ERP-, Produktionsplanungs- oder Maschinendaten, zusammengeführt und die integrierten Daten mithilfe von Process-Mining-Algorithmen analysiert, um sie für eine Produktionsplanung in Echtzeit zu verwenden.

»Die Nutzung von Methoden des Process Mining in Prozessen der Produktionsplanung und Fertigungssteuerung ist höchst relevant und innovativ. Produktionsmaschinen an Process-Mining-Anwendungen anzubinden, ist Pionierarbeit«, so Prof. Dr. Peter Fettke, Leiter der BPM-Forschungsgruppe am DFKI, zum innovativen Charakter des Projektes. Durch die Kopplung der verschiedenen Softwaresysteme konnten komplexe Abhängigkeiten zwischen verschiedenen Informationen – zum Beispiel zu Auftragslage, Personal und Maschinenverfügbarkeiten – herangezogen und automatisiert für die Planung berücksichtigt werden.

»Die Analyse der Prozesslogdaten zum Identifizieren von langen Liegezeiten schätzen wir als sehr sinnvoll und hilfreich ein. Bei uns als Einzelfertiger sind längere Liegezeiten für bestimmte Einzelteile aufgrund unserer bisherigen Planungsmethode zwar nicht unüblich, allerdings erhalten wir durch die Prozessdatenanalyse wichtige Einblicke in mögliche, bisher unbekannte Prozessablaufschwierigkeiten«, erklärt Prof. Bernhard Lehnert, Geschäftsführer von Brabant & Lehnert.

Prozessdaten erfassen

Trotz der großen Potenziale einer digitalisierten Fertigung sind die gängigen ERP-Systeme heute in vielen Betrieben noch nicht mit der eigentlichen Fertigung verknüpft, sodass den Unternehmen keine digitalen, verknüpften Daten zur Auslastung der Produktion vorliegen. Erst wenn ein fertiges Produkt am Ende der Fertigung wieder eingebucht wird, erscheint es erneut im ERP-System.
Manufacturing-Execution-Systeme verknüpfen zwar die Fertigung mit ERP-Systemen, sammeln jedoch in der Regel keine Prozessdaten, sondern lediglich große Mengen an reinen Maschinendaten, wie Druck, Temperatur etc. Die Informationsfülle macht die Implementierung sehr kostspielig. Zudem verfügt der Maschinenpark – wie auch bei Brabant & Lehnert – oftmals nicht über die erforderlichen Schnittstellen.

»Die im Zuge von ›ProPlanE‹ entwickelte Plattform ist hingegen bei minimalem Implementierungsaufwand in der Lage, die Prozessdaten auf dem Shopfloor zu sammeln. Hier haben wir uns eines ebenso einfachen wie wirkungsvollen Kunstgriffes bedient, um zu Event-Daten zu gelangen: Die Maschinenanwender verzeichneten jeden Prozessschritt während der Produktion mit wenigen Gesten in einer speziellen App auf einem mitgeführten Tablet«, erläutert Steffen Müller, Inhaber und Geschäftsführer bei Incloud. Der Fokus liegt entsprechend auf der Sammlung der Lauf- und Prozessdaten, um Fragen dazu beantworten zu können, welcher Auftrag an welcher Station wie viel Zeit verbringt und welche Stationen in welcher Reihenfolge angesteuert werden.
Die Daten werden unmittelbar in der Software-Plattform aggregiert und können von dort an das ERP-System, aber auch direkt an Analysesysteme wie das von PAF entwickelte Process-Mining-Tool ›PAFnow‹ weitergegeben werden.

Blick auf die Prozesse

Mithilfe der Process-Mining-Methode ›Process Discovery‹ werden in ›PAFnow‹ zunächst die tatsächlichen Ist-Prozesse in all ihren Varianten ermittelt und anschaulich durch einen Prozessgrafen visualisiert. Anschließend vergleicht das Tool mittels der Process-Mining-Funktion »Conformance Checking« die vorliegenden Prozessvarianten mit den ursprünglich geplanten Soll-Prozessen. Auf strategischer Ebene spielt für Fertigungsunternehmen hier nicht nur der prozessuale Ablauf eine Rolle, sondern ebenfalls die Dimensionen Zeit, Kosten und weitere Ressourcen wie Personaleinsatz oder Maschinenverfügbarkeit.

»Process Mining zeigt die tatsächlichen Ist-Prozesse. Über diese vollständige Sicht auf den gelebten Ist-Prozess lassen sich in Minuten Schwachstellen und Optimierungspotenziale präzise aufdecken. ›PAFnow Process Mining‹ bringt die Erkenntnisse von Prozessanalysen dabei direkt zum verantwortlichen Endnutzer und erlaubt ihm über Data Alerts und Workflow-Automatisierung die direkte Prozessoptimierung in Echtzeit«, so Tobias Rother, CEO der PAF, zu den Besonderheiten der Prozessoptimierung per Process Mining.

www.dfki.de

Unternehmensinformation

Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz GmbH (DFKI)

Trippstadter Straße 122
DE 67663 Kaiserslautern
Tel.: 0631-20575-0
Fax: 0631-20575-5030

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