Evaluierung und Erweiterung des Modells der Fertigung (MFERT)

Diplomarbeit von Jan Petersen

Einleitung:

Vor dem Hintergrund der aktuellen Entwicklungstendenzen eines sich verschärfenden Wettbewerbs, immer kürzerer Entwicklungs- und Produktzyklen wie auch komplexerer Produkte und Fertigungsprozesse werden für die Fertigung verbesserte Methoden und Werkzeuge zur Überwachung und Steuerung benötigt, die eine kostengünstige und prozesssichere Produktion gewährleisten. Durch die Entwicklung des Modells der Fertigung (MFERT) am Lehrstuhl „Wirtschaftsinformatik, insbesondere CIM“ von Professor Dangelmaier wird der Fertigung ein solches Werkzeug bereitgestellt.

In dieser Arbeit wurde, auf Basis einer Analyse der Anforderungen aus Sicht von Fertigung und Anwender, eine Evaluierung des Modells der Fertigung durchgeführt und Handlungsbedarf bei der Strukturierung und Kennzeichnung der Elemente des Modells ermittelt. Auf Basis der Geschäftsprozessmodellierung mittels Unified Language Modeling (UML) und eigener, durch den Umgang mit dem Modell der Fertigung entstandener Ideen wurde eine Erweiterung des Modells durchgeführt. Als Ergebnis dieser Diplomarbeit resultiert ein in Struktur und Übersicht verbessertes Modell der Fertigung.

Zusammenfassung:

Zunächst erfolgte eine Einführung in das am Lehrstuhl für „Wirtschaftsinformatik, insbesondere CIM“ von Professor Dangelmaier entwickelte Modell der Fertigung, kurz MFERT, das der Modellierung von Fertigungsabläufen dient. Das Modell ermöglicht die detaillierte Darstellung einer Fertigung mit allen seinen lenkungsrelevanten Merkmalen bzw. Zuständen in einem diskreten Zeitmodell. Das Modell der Fertigung setzt sich aus einem statischen und einem dynamischen Teil zusammen. Der statische Teil des Modells (die Ablaufstruktur) beinhaltet die F-Elemente und F-Vorgänge, die zu Klassen zusammengefasst und als Knoten im Fertigungsablauf visualisiert werden. Die einzelnen Knoten werden durch gerichtete Kanten miteinander verbunden, die die Austauschbeziehungen zwischen den Knoten repräsentieren. Zusätzlich können die Kanten auch an die Grenzen des Modells gehen, um Lenkungsanweisungen und Zustände zu übertragen. Durch die Schalterfunktion der FE-Knoten werden die F-Elementströme, die über die Kanten fließen, zusammengefasst und verteilt sowie mengenmäßige oder zeitliche Differenzen ausgeglichen. Die FV-Knoten hingegen synchronisieren die F-Elementflüsse. Durch die Darstellung der Zeit (orthogonal zur Ablaufstruktur) und der Ereignisse auf den Zeitachsen wird der dynamische Teil der Fertigung beschrieben. Die Visualisierung der Ereignisse auf den Zeitachsen ermöglicht die Modellierung der Vorgänge und Zustände eines Fertigungsablaufs. Abschließend werden in diesem Abschnitt zwei Beispiele erläutert, um die Anwendung des Modells der Fertigung zu erläutern.

Um Anregungen für eine Erweiterung und Modifizierung des Modells der Fertigung zu sammeln, wurde im zweiten Abschnitt die Geschäftsprozessmodellierung auf Basis der UML beschrieben. Ein zentrales Element der Geschäftsprozessmodellierung auf Basis der UML ist der Akteur, auch Ereignis genannt. Der Akteur interagiert mit dem modellierten System und kann in aktive und passive Geschäftspartner und innen- und außenorientierte Geschäftsmitarbeiter unterschieden werden. Zur Geschäftsprozessmodellierung werden die Modelle Anwendungsfall-, Aktivitäts- und Geschäftsklassenmodell verwendet. Um die Beziehungen zwischen Anwendungsfällen und Akteuren darzustellen, wird sich des Anwendungsfallmodells bedient. Es beschreibt einen Arbeitsablauf aus Sicht der Akteure und verwendet zur Strukturierung und Vereinfachung der Darstellung die Elemente „Spezialisierung“, „Realisierung“, „Enthält- und Assoziationsbeziehung“. Das Anwendungsfallmodell beinhaltet für eine detaillierte Darstellung der Beziehung zu den Akteuren verschiedene Anwendungsfälle. Um komplexe Vorgänge eines Unternehmens darzustellen, wird das Aktivitätsmodell verwendet. Dazu werden die Abläufe mit Hilfe von Aktivitäten und Transitionen beschrieben. Weiterhin werden Aktivitäten mit einer Aktivitätsbeschreibung spezifiziert sowie zur hierarchischen Strukturierung im Aktivitätsmodell die Generalisierung bzw. Spezialisierung hinzugezogen. Abschließend wird das Geschäftsklassenmodell erläutert, das die existierenden geschäftlichen Konzepte und Gegenstände sowie deren Beziehungen zueinander beschreibt. Dazu werden Klassen definiert, die Objekte, die die gleichen Attribute, Operationen und Semantik beinhalten, zusammenfassen. Zusätzlich erfolgt eine separate Darstellung der Zuständigkeiten bzw. Verantwortlichkeiten einer Klasse. Um das Geschäftsklassenmodell vereinfachen und strukturieren zu können, werden die Spezialisierung, Enthält- und Assoziationsbeziehung sowie Schnittstellen verwendet.

Systematisch wurden im dritten Abschnitt die Anforderungen, die aus Sicht der Fertigung und des Anwenders an das Modell der Fertigung gestellt werden, ermittelt und beschrieben. Nachfolgend wurde das Modell der Fertigung auf Basis dieser Anforderungen evaluiert und der Handlungsbedarf für die Erweiterung und Modifizierung ermittelt. Die Anforderungen aus Sicht der Fertigung sind eine eindeutige Darstellung der Erzeugnisstruktur, der Fertigungsauslösung und der Dispositionsart. Aus Sicht des Anwenders ergeben sich zusätzliche Anforderungen hinsichtlich Übersichtlichkeit und Strukturierbarkeit des Modells der Fertigung sowie der eindeutigen Kennzeichnung von Ereignissen, FV- und FE-Knoten. Auf Basis der ermittelten Anforderungen in Kapitel 4.3 wird weiterhin die Evaluierung des Modells der Fertigung durchgeführt und abschließend der Handlungsbedarf aus Sicht von Fertigung und Anwender präzisiert.

Die Erweiterung und Modifizierung des Modells der Fertigung war Gegenstand des vierten Abschnitts. Der ermittelte Handlungsbedarf in Kombination mit Anregungen aus der UML und eigenen Ideen bildete die Grundlage dafür. Um eine übersichtlichere Darstellung der FV-Knoten unter Einbeziehung der Knotenpunkte und Zeitachsen zu erreichen, wird die Anzahl der Knotenpunkte von drei auf fünf verringert. Dazu werden die Knotenpunkte „Zugang“ und „beginnende Transformation“ sowie „endende Transformation“ und „Abgang“ für die Darstellung zusammengefasst, dennoch als eigenständige Punkte am Knoten behandelt. Dementsprechend wird die Definition „Punkte an Knoten“ für die veränderte Darstellung der FV-Knoten erweitert. Ebenso erfolgt eine eindeutige Kennzeichnung der FV-Knoten, indem eine Kennzeichnungssystematik unter Berücksichtigung der DIN 8580 „Einteilung der Fertigungsverfahren“ zur Anwendung kommt. Diese setzt sich zusammen aus eindeutigen Symbolen auf Basis der DIN 8580 sowie einer individuellen Möglichkeit der Erweiterung und einem Nummernsystem, ähnlich den in Firmen verwendeten Nummernsystemen, um eine logische Identifizierung zu gewährleisten. Um dem Anwender eine weitere verbesserte Darstellung des Modells zu ermöglichen, wird zum einen der Transportvorgang so definiert, dass Leerfahrten vom Fahrzeugpuffer zum Startpunkt des Transportvorgangs und vom Zielpunkt zum Fahrzeugpuffer Berücksichtigung finden, und zum anderen eine Kennzeichnung von Engpässen eingeführt, die Probleme im Fertigungsablauf signalisiert. Für die FE-Knoten findet eine der Kennzeichnung von FV-Knoten ähnliche Systematik Verwendung. Hier werden die FEV- und FEG-Knoten durch ein jeweiliges Symbol differenziert und zusätzlich durch ein logisches Nummernsystem gekennzeichnet. Weiterhin werden die möglichen Richtungen von Ein- und Austritt der FEG-Elemente am FV-Knoten erweitert. Die Darstellung der Kanten erhält dahingehend eine Modifizierung, indem der Hauptfertigungsablauf von den ihn unterstützenden Prozessen visuell unterschieden wird, mehrfach identisch vorhandene Elemente des Modells ausgegliedert und in der Legende abgebildet, die Zuständigkeiten für Bring- oder Holpflicht der Knoten dargestellt und Kanten, die an die Grenzen des Modells gehen, als Schnittstellen eindeutig definiert und abgebildet werden. Die von den FV-Knoten übernommenen Aufgaben der Teilung, Synchronisation und Verzweigung von F-Elementflüssen an die nachfolgenden FE-Knoten werden bei Bedarf im Modell abgebildet, um kritische Vorgänge im Fertigungsablauf zu verdeutlichen. Zur expliziten Darstellung der Ereignisse auf den Zeitachsen wird ein einfaches Nummernsystem eingeführt, das dem Anwender nun eine eindeutige Identifizierung der Ereignisse ermöglicht. Abschließend werden ausgewählte Vorschläge zur Erweiterung und Modifizierung der Ablaufstruktur des Modells der Fertigung in zwei Abbildungen miteinander verglichen und erläutert.

Die in dieser Diplomarbeit erarbeiteten Vorschläge zur Erweiterung des Modells der Fertigung ermöglichen eine verbesserte Darstellung des statischen und dynamischen Teils einer Fertigung. Dem Anwender werden verschiedene Möglichkeiten gegeben, um eine Fertigung strukturierter darzustellen. Weiterhin ist eine eindeutige Kennzeichnung und Identifizierung der Ereignisse sowie der FV- und FE-Knoten gegeben.

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