Konzept eines Cyber-Physischen Logistiksystems in einer schlanken Produktion am Beispiel einer Reihenfertigung mit Kanban

Master's Thesis , 2013 , 155 Pages , Grade: 1,0

Engineering - Industrial Engineering and Management

Die vorliegende Masterarbeit enthält ein Fachkonzept für ein Cyber-Physisches Logistiksys-tem (CPLS) in einer schlanken Produktion. Der Fokus des Fachkonzeptes liegt hierbei auf dem Einsatz des CPLS in einem Kanban-System bei einer Reihenfertigung. Cyber-Physische Systeme (CPS) sind neuartige, vernetzte, eingebettete Computersysteme. Da bis dato keine Definition für ein solches System in der Logistik existiert, wurde zusätzlich eine Definition für ein CPLS erarbeitet.

Das Fachkonzept umfasst Anwendungsfälle und Anforderungen an ein CPLS, welche aus den Zielen und Schwachstellen der schlanken Produktion sowie Herausforderungen bei der Gestaltung von CPS hergeleitet wurden. Das anschließend erarbeitete Modell verwendet das für die Entwicklung von selbststeuernden Logistiksystemen entwickelte ALEM-P Vorgehensmodell. In sieben Schritten wird das CPLS aus fünf verschiedenen Sichten mit Hilfe der UML-Notation beschrieben. Die Übertragung auf ein Beispielunternehmen zeigt des Weiteren Herausforderungen bei der technischen Implementierung auf.

Wesentliche Erkenntnis der Arbeit ist, dass ein CPLS für ein Kanban-System aus fünf Arten von CPS besteht, welche durch Wahrnehmung der Umgebung und Austausch von digitalen Kanban den Warenfluss steuern. Das verwendete Vorgehensmodell ALEM-P unterstützt durch eine strukturierte, gut dokumentierte Vorgehensweise die Entwicklung, benötigt aber Anpassungen, um die Entwicklungsphase von CPLS zu unterstützen. Des Weiteren zeigte sich, dass die bis dato bekannten Herausforderungen für die Gestaltung von CPS, wie die Komplexität und das zeitliche Verhalten, auch für CPLS gelten. Für die Implementierung eines CPLS in der Praxis sind ferner Anpassungen an die Gegebenheiten notwendig.

Das Dokument enthält die Masterarbeit exkl. Anhänge.

Inhaltsverzeichnis

• 1 Einleitung
• 1.1 Potential der Informations- und Kommunikationstechnologie in der Intralogistik
• 1.1.1 Einfluss und Potential von eingebetteten Computersystemen in der heutigen Zeit
• 1.1.2 Vorteile und Grenzen der schlanken Produktion
• 1.1.3 Verbindung von CPS und schlanker Produktion zu CPLS
• 1.2 Fachkonzept für ein CPLS als Ziel der Arbeit
• 1.2.1 Status Quo in der Literatur
• 1.2.2 Ziel und Abgrenzung der Arbeit
• 1.3 Sechs Bestandteile der Arbeit
• 2 Grundlagen
• 2.1 CPS: Vernetzte, eingebettete Systeme
• 2.1.1 Historische Entwicklung von CPS
• 2.1.2 Definition und Abgrenzung von artverwandten Begriffen
• 2.1.3 Definition und Bestandteile eines CPS
• 2.1.4 Zusammenfassung der bestehenden Erkenntnisse zu CPS
• 2.2 CPLS: Ein CPS in der Logistik
• 2.2.1 Vorgehen zur Definition eines CPLS
• 2.2.2 Definition der Logistik und dessen Entwicklung
• 2.2.3 Bestehende Definitionen für ein CPLS
• 2.2.4 Zusammenführung der Logistik- und CPS-Definition in einem CPLS
• 2.3 Design von CP(L)S: Bestehende Vorgehensmodelle und Architekturen
• 2.3.1 Bestehende Vorgehensmodelle für die Entwicklung von CP(L)S
• 2.3.2 Bestehende Referenzarchitekturen für den Aufbau von CP(L)S
• 2.3.3 Bestehende Modellierungsnotationen für die Beschreibung von CP(L)S
• 2.3.4 Zusammenfassung des Status Quo zur Entwicklung von CP(L)S
• 2.4 Schlanke Produktion: Das Produktionssystem von Toyota
• 2.4.1 Historische Entwicklung der schlanken Produktion
• 2.4.2 Methoden und Prinzipien der schlanken Produktion
• 2.4.3 Zusammenfassung der schlanken Produktion
• 2.5 Kanban: Die Produktionssteuerung der schlanken Produktion
• 2.5.1 Stellenwert und Aufgaben von Kanban in der schlanken Produktion
• 2.5.2 Funktionsweise des Kanban-Systems
• 2.5.3 Unterschiedliche Arten von Kanban-Systemen
• 2.5.4 Abgrenzung von eKanban und CPLS
• 2.5.5 Zusammenfassung des Kanban-Systems
• 3 Anforderungen an ein CPLS und das Vorgehensmodell
• 3.1 Festlegung von ALEM-P als verwendetes Vorgehensmodell
• 3.2 Ziele und Schwachstellen der schlanken Produktion
• 3.2.1 Ziele der schlanken Produktion und deren Zusammenhänge
• 3.2.2 Heutige Schwachstellen der schlanken Produktion
• 3.3 Bestandteile und Designanforderungen an ein CPLS
• 3.3.1 Notwendige Elemente eines CPLS
• 3.3.2 Anforderungen an das Design von CPLS
• 3.4 Lastenheft für ein CPLS in einer schlanken Produktion
• 3.4.1 Übergeordnete Aufgabenbeschreibung eines CPLS
• 3.4.2 Anwendungsfälle für ein CPLS
• 3.4.3 Funktionale und nicht-funktionale Anforderungen an das CPLS
• 4 Konzept für ein CPLS in der schlanken Produktion
• 4.1 Schritt 1: Vertiefen der Ziele
• 4.2 Schritt 2: Festlegen der Struktur
• 4.3 Schritt 3: Zuordnen der Fähigkeiten je Objekt
• 4.4 Schritt 4: Beschreiben des Prozesses
• 4.4.1 Zielsetzung des Schrittes und Erläuterung des Vorgehens
• 4.4.2 Beschreibung der Ergebnisse
• 4.4.3 Zusammenfassung des Prozesses
• 4.5 Schritt 5: Identifizieren der zu treffenden Entscheidungen
• 4.5.1 Zielsetzung des Schrittes und Erläuterung des Vorgehens
• 4.5.2 Beschreibung der Ergebnisse
• 4.5.3 Zusammenfassung der zu treffenden Entscheidungen
• 4.6 Schritt 6: Bestimmen der notwendigen Informationen
• 4.6.1 Zielsetzung des Schrittes und Erläuterung des Vorgehens
• 4.6.2 Beschreibung der Ergebnisse
• 4.6.3 Zusammenfassung der benötigten Informationen
• 4.7 Schritt 7: Beschreiben der Kommunikation
• 4.7.1 Zielsetzung des Schrittes und Erläuterung des Vorgehens
• 4.7.2 Beschreibung der Ergebnisse
• 4.7.3 Zusammenfassung der Kommunikation im CPLS
• 5 Übertragung des CPLS auf ein Beispielunternehmen
• 5.1 Beschreibung der Ist-Situation
• 5.2 Übertragung des Konzeptes auf das Beispielunternehmen
• 6 Fazit
• 6.1 Zusammenfassung der Arbeit
• 6.2 Kritische Betrachtung der Ergebnisse und des Vorgehens
• 6.3 Ausblick und weiterer Forschungsbedarf für CPLS

Zielsetzung und Themenschwerpunkte

Diese Masterarbeit entwickelt ein Fachkonzept für ein Cyber-Physisches Logistiksystem (CPLS) in schlanker Produktion, speziell für ein Kanban-System in der Reihenfertigung. Das Ziel ist, die Stärken der schlanken Produktion zu erhalten und gleichzeitig deren Schwächen, insbesondere im Umgang mit schwankenden Nachfragen, zu adressieren. Das Konzept soll die Eignung eines CPLS zur Erweiterung der Einsatzmöglichkeiten von Kanban untersuchen.

• Definition und Abgrenzung eines CPLS
• Anforderungen an ein CPLS in einer schlanken Produktion
• Entwicklung eines fachlichen Modells für ein CPLS mit UML
• Übertragung des Konzeptes auf ein reales Unternehmen
• Herausforderungen bei der Implementierung eines CPLS

Zusammenfassung der Kapitel

Kapitel 2 liefert grundlegende Informationen zu Cyber-Physischen Systemen (CPS), definiert ein CPLS, und gibt einen Überblick über bestehende Vorgehensmodelle, Architekturen und Modellierungsmethoden. Es werden außerdem die Prinzipien der schlanken Produktion und des Kanban-Systems erläutert. Kapitel 3 beschreibt das Vorgehensmodell (ALEM-P) zur Konzepterstellung und legt die Anforderungen an das CPLS fest, ausgehend von den Zielen und Schwachstellen der schlanken Produktion. Kapitel 4 entwickelt das CPLS-Konzept, wobei die einzelnen Schritte von ALEM-P (Zieldefinition, Struktur, Fähigkeiten, Prozesse, Entscheidungen, Informationen, Kommunikation) detailliert beschrieben werden. Kapitel 5 zeigt anhand eines Beispielunternehmens die Herausforderungen bei der Implementierung des Konzeptes.

Schlüsselwörter

Cyber-Physisches Logistiksystem (CPLS), Cyber-Physisches System (CPS), Schlanke Produktion, Lean Production, Kanban, Reihenfertigung, ALEM-P, UML, Modellgetriebene Architektur, Autonome Logistik, Industrie 4.0.

• College: University of Bremen (BIBA - Bremer Institut für Produktion und Logistik)
• Grade: 1,0
• Author: Dennis Kolberg (Author)
• Publication Year: 2013
• Pages: 155
• Catalog Number: V276264
• ISBN (eBook): 9783656691242
• ISBN (Book): 9783656691235
• Language: German
• Tags: industrie 4.0, logistik, lean production, schlanke produktion, kanban, cyber-physische systeme, cps, internet der dinge, intralogistik