Volker Stich
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Institute
Um auf steigende Kundenanforderungen und das sich änderndes Unternehmensumfeld reagieren zu können, müssen Unternehmen ihre Agilität und Reaktionsfähigkeit, insbesondere in Produktionsprozessen, erhöhen. Dafür müssen die Auswirkungen der möglichen Änderungen im Unternehmensumfeld auf die eigenen Geschäfts- und Produktionsprozesse untersucht und verstanden werden. Das Prozessverständnis allein reicht jedoch nicht: Es werden Daten aus unterschiedlichen Quellen benötigt, um die Ereignisse in der Prozess- und Lieferketten nachzuverfolgen, um das Material eindeutig zu charakterisieren und in Unternehmen vorhandene Algorithmen oder Modelle mit Eingangsdaten zu versorgen. Daher spielt die Datenverfügbarkeit eine wichtige Rolle auf dem Weg zur adaptiven Produktion. In diesem Beitrag wird die Wichtigkeit der Datenverfügbarkeit erläutert sowie ein Konzept der Datenplattform zum sicheren, überbetrieblichen Datenaustausch vorgestellt.
Zusammenfassung und Ausblick
(2012)
Zeugnis der Reife
(2018)
Aktuell sehen sich deutsche Unternehmen damit konfrontiert, dass ihre bisherigen Produktionsabläufe und Arbeitsweisen immer weniger mit der Digitalisierung und den damit veränderten Maßstäben des 21. Jahrhunderts mithalten können. Neue innovative Lösungen werden benötigt, um produktiv voranzugehen und den Wandel für sich zu nutzen.
Als Beispiel einer globalen Krisensituation zeigt die COVID-19-Pandemie eindrucksvoll die Schwachstellen heutiger Wertschöpfungsnetzwerke. Vor dem Hintergrund zunehmend komplexer und vernetzter Wertschöpfungsnetzwerke steigt für Unternehmen die Bedeutung einer resilienten Gestaltung derselben. Dabei wird davon ausgegangen, dass ähnliche Krisensituationen in Zukunft häufiger auftreten werden. Ziel dieser Expertise ist es, Unternehmen bei der Identifikation von Potenzialen und Maßnahmen für die resiliente Gestaltung ihrer Wertschöpfungsnetzwerke zu unterstützen.
Der vorliegende Beitrag beschreibt eine Vorgehensweise zur kurzfristigen Umstellung von Blended-Learning- oder Präsenzangeboten. Hierbei werden neben möglichst schnell umsetzbaren technischen Lösungen auch notwendige organisatorische Anpassungen thematisiert und anhand des E-Mas-Weiterbildungsprogramms illustriert.
Unvorhergesehene Störungen gefährden in vielen Fällen den Kundenliefertermin. Die Produktionssteuerung hat die Aufgabe, effektiv und effizient auf diese kurzfristigen Störungen zu reagieren. Der Entscheidungsprozess beruht jedoch häufig auf einer qualitativen Analyse einer komplexen Situation anhand subjektiver Einschätzungen durch den Produktionsplaner. Zur Verbesserung der Entscheidungsfindung stellt dieser Beitrag eine App vor, die auf Basis von Echtzeitdaten und einer Simulation des Produktionssystems eine quantitative Entscheidungsfindung ermöglicht.
Bemühungen um eine Verbesserung der betrieblichen Planung richten sich verstärkt auf die Planung von Terminen, Kapazitäten und Kosten aller an der Leistungserstellung beteiligten Bereiche. Ein Hilfsmittel hierzu ist im Einsatz von Planzeiten für unterschiedliche Verwendungszwecke zu sehen. Mit der vorliegenden Arbeit werden die Grundlagen für eine anforderungsgerechte zeitliche Planung mittels einer dem Aufgabenbereich des Anwender anpaßbaren Planzeitsystematik erarbeitet. Es sollen dabei insbesondere Aussagen hinsichtlich Einzel-und Gesamtgenauigkeit sowie des gezielten Eingriffs des Anwenders zur Genauigkeitssteigerung möglich werden. Dazu wurde eine mathematische Verfahrensweise aufgestellt und rechnermäßig implementiert. Um die unterschiedlichen Aufgabenstellungen des Gesamtverfahrens zu differenzieren, wurden die Komponenten Mikro-Modell, Makro-Modell und Analysemodul unterschieden. Durch Erprobung mit Daten aus einer Selbstaufschreibung im Bereich Fertigungsplanung eines Maschinenbauunternehmens wurde untersucht, welche Auswirkungen die verschiedenen Kenngrößen der Planzeiten, wie Anzahl der Datensätze, Wert der Planzeit, Verwendungshäufigkeit der einzelnen Planzeiten sowie Standardabweichung der Ist-Werte, auf die Genauigkeit der Gesamtplanzeit haben.
Understanding the Organizational Impact of Robotic Process Automation: A Socio-Technical Perspective
(2022)
Interest in AI-driven automation software is growing constantly across
all industries, as these technologies enable companies to almost automate administrative processes completely and significantly increase operational efficiency.
However, many implementation attempts fail due to a lack of understanding of how these technologies affect the various socio-technical aspects that are intertwined in an organisation. This leads to a widening gap between value propositions of automation software and the ability of companies to exploit them. For long-term
success, collaboration between humans and software robots in the organization must be optimised. Therefore, the social, technical, and organizational impact of Robotic Process Automation was investigated. Following a socio-technical systems approach, a model was developed and validated in a use case of a company in the mechanical engineering sector. Knowing the influencing factors before launching large-scale automation initiatives will help practitioners to better exploit
efficiency potentials and increase the long-term success.
Due to shorter product life cycles and the increasing internationalization of competition, companies are confronted with increasing complexity in supply chain management. Event-based systems are used to reduce this complexity and to support employees' decisions. Such event-based systems include tracking & tracing systems on the one hand and supply chain event management on the other. Tracking & tracing systems only have the functions of monitoring and reporting deviations, whereas supply chain event management systems also function as simulation, control, and measurement. The central element connecting these systems is the event. It forms the information basis for mapping and matching the process sequences in the event-based systems. The events received from the supply chain partner form the basis for all downstream steps and must, therefore, contain the correct data. Since the data quality is insufficient in numerous use cases and incorrect data in supply chain event management is not considered in the literature, this paper deals with the description and typification of incorrect event data. Based on a systematic literature review, typical sources of errors in the acquisition and transmission of event data are discussed. The results are then applied to event data so that a typification of incorrect event types is possible. The results help to significantly improve event-based systems for use in practice by preventing incorrect reactions through the detection of incorrect event data.
Reliability-centered maintenance for production assets is a well-established concept for the most effective and efficient disposition of maintenance resources. Unfortunately, the approach takes a lot of effort and relies heavily on the knowledge of individuals. Reliability data in Computerized Maintenance Management System (CMMS) is scarce and almost never used well. An automated risk assessment system would have the potential to contribute to the dissemination and effective use of risk information and analysis. The individuality of production setting, however, prevents current systems from being practically relevant for most industries. The presented approach combines ontologies to store and link knowledge, an information logistics model displaying the various information streams, and the Internet of production to take the different user systems and infrastructure layers into account. The provided model of a reference digital shadow for risk information and a detailed information logistics model will help software companies to improve reliability software, standardize and enable assets owners to establish a customized digital shadow for their production networks. [https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-030-57993-7_2]
Towards a Methodology to Determine Intersubjective Data Values in Industrial Business Activities
(2021)
This paper contributes to a valuation framework for valuing data as an intangible asset. Especially those industrial manufacturers developing and delivering holistic digital solutions are limited in calculating the true business value of data initiatives. Since the value of data is strongly dependent on the respective use case, a completely objective valuation is not possible. This complicates decision-making on the internal side regarding investments in digital transformation, and on the external side to communicate existing benefits to third parties via financial reporting. Therefore, the target is to design a valuation framework that allows industrial manufacturers to determine an intersubjective, i.e., traceable and transparent, data value. In order to develop a framework that can be applied in practice, the approach is based on industrial case study research.
The digitalization of manufacturing processes is expected to lead to a growing interconnection of production sites, as well as machines, tools and work pieces. In the course of this development, new use-cases arise which have challenging requirements from a communication technology point of view. In this paper we propose a communication network architecture for Industry 4.0 applications, which combines new 5G and non-cellular wireless network technologies with existing (wired) fieldbus technologies on the shop floor. This architecture includes the possibility to use private and public mobile networks together with local networking technologies to achieve a flexible setup that addresses many different industrial use cases. It is embedded into the Industrial Internet Reference Architecture and the RAMI4.0 reference architecture. The paper shows how the advancements introduced around the new 5G mobile technology can fulfill a wide range of industry requirements and thus enable new Industry 4.0 applications. Since 5G standardization is still ongoing, the proposed architecture is in a first step mainly focusing on new advanced features in the core network, but will be developed further later.
Data-driven transparency in end-to-end operations in real-time is seen as a key benefit of the fourth industrial revolution. In the context of a factory, it enables fast and precise diagnoses and corrections of deviations and, thus, contributes to the idea of an agile enterprise. Since a factory is a complex socio-technical system, multiple technical, organizational and cultural capabilities need
to be established and aligned. In recent studies, the underlying broad accessibility of data and corresponding analytics tools are called “data democratization”. In this study, we examine the status quo of the relevant capabilities for data democratization in the manufacturing industry.
(1) and outline the way forward.
(2) The insights are based on 259 studies on the digital maturity of factories from multiple industries and regions of the world using the acatech Industrie 4.0 Maturity Index as a framework. For this work, a subset of the data was selected.
(3) As a result, the examined factories show a lack of capabilities across all dimensions of the framework (IT systems, resources, organizational structure, culture).
(4) Thus, we conclude that the outlined implementation approach needs to comprise the technical backbone for a data pipeline as well as capability building and an organizational transformation.
This paper contributes to an assessment framework for valuing data as an asset. Particularly industrial manufacturers developing and delivering Smart Product Service Systems (Smart PSS) are comprehensively depended on the business value derived by processing data. However, there is a lack in a framework for capturing and comparing the Smart PSS data value with the purpose of increasing the accountability of data initiatives. Therefore a qualitative data value assessment approach was developed and specified on Smart PSS, based on an industrial case study research. [https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-030-57997-5_39]
The operation of CNC milling is expensive because of the cost-intensive use of cutting tools. The wear and tear of CNC tools influence the tool lifetime. Today’s machines are not capable of accurately estimating the tool abrasion during the machining process. Therefore, manufacturers rely on reactive maintenance, a tool
change after breakage, or a preventive maintenance approach, a tool change according to predefined tool specifications. In either case, maintenance costs are high due to a loss of machine utilization or premature tool change. To find the optimal point of tool change, it is necessary to monitor CNC process parameters during machining and use advanced data analytics to predict the tool abrasion. However, data science expertise is limited in small-medium sized manufacturing companies. The long operating life of machines often does not justify investments in new machines before the end of operating life. The publication describes a cost-efficient approach to upgrade legacy CNC machines with a Tool Wear Prediction Upgrade Kit. A practical solution is presented with a holistic hardware/software setup, including edge device, and multiple sensors. The prediction of tool wear is based on machine learning. The user interface visualizes the machine condition for the maintenance personnel in the shop floor. The approach is conceptualized and discussed based on industry requirements. Future work is outlined.
Task-Specific Decision Support Systems in Multi-Level Production Systems based on the digital shadow
(2019)
Due to the increasing spread of Information and Communication Technologies (ICT) suitable for shop floors, the production environment can more easily be digitally connected to the various decision making levels of a production system. This connectivity as well as an increasing availability of high-resolution feedback data, can be used for decision support for all levels of the company and supply chain. To enable data driven decision support, different data sources were structured and linked. The data was combined in task-specific digital shadows, selecting clustering and aggregation rules to gain information. Visual interfaces for task-specific decision support systems (DSS) were developed and evaluated positively by domain experts. The complexity of decision making on different levels was successfully reduced as an effect of the processed amounts of data. These interfaces support decision making, but can additionally be improved if DSS are extended with smart agents as proposed in the Internet of Production.
Die Globalisierung und der steigende Wettbewerbsdruck erfordern, dass Supply Chains heutzutage komplexe Anforderungen erfüllen. Dabei müssen sie gleichzeitig flexibel genug sein, um an kurzfristige Veränderungen angepasst werden zu können. Ein unternehmensübergreifender Datenaustausch ermöglicht den Akteuren durch schnelle Informationsweitergabe über auftretende Ereignisse entlang der Supply Chain, dynamisch auf aktuelle Gegebenheiten zu reagieren und dadurch hervorgerufene mögliche Schäden zu minimieren. Auch wenn viele Unternehmen mit der Bereitstellung von Daten noch zurückhaltend sind, gehen die Vorteile des Datenaustauschs weit über die Verkürzung der Reaktionszeit hinaus.
The technical development of the 5G mobile communication technology has been successfully completed. Now, vendor companies struggle with the analysis of industrial application and sales strategies as well as the development of business cases for their customers. Since this challenge is faced by many technology providers with innovative technologies in the “trough of disillusionment”, FIR’s information technology management has developed a methodology to bridge the gap, based on the example of 5G. This paper presents a methodology for identifying applications and defining business cases to select the most profitable ones. We also validate the methodology in the 5Gang research project.
Künstliche Intelligenz (KI) hat als Technologie in den vergangenen Jahren Marktreife erlangt. Es existiert eine Vielzahl benutzerfreundlicher Produkte und Services, welche die Anwendung von KI im Alltag und im Unternehmen vereinfachen. Die Herausforderung, vor denen Anwendende, gerade im betriebswirtschaftlichen Kontext, stehen, ist nicht die technische Machbarkeit einer KI-Applikation, sondern deren organisatorisch und rechtlich zulässige Gestaltung. Zu einer zunehmenden Dynamik in der Gesetzgebung kommt ein gesellschaftliches Interesse an der Kontrolle und Transparenz über die für KI-Modelle erhobenen Daten. Die Diskussion über Datensouveränität im geschäftlichen und privaten Alltag rückt mehr und mehr in das Zentrum der öffentlichen Aufmerksamkeit.
Datenbasierte KI-Anwendungen stehen damit in einem Spannungsfeld zwischen den Potenzialen, die das Erheben und Teilen von Daten über Unternehmensgrenzen hinweg bietet, und der Herausforderung, die Datensouveränität der involvierten Personen zu wahren. Die vorliegende Studie soll erstens über die Auswirkungen der Datensouveränität und die damit verbundenen aktuellen und kommenden Regularien auf KI-Anwendungsfälle aufklären. Dafür wurden Expertinnen und Experten aus den Bereichen Recht, KI- und Organisationsforschung befragt. Zweitens zeigt die Studie Potenziale und Best Practices von KI-Anwendungsfällen mit überbetrieblichem Datenaustausch auf. Dafür wurden Fallstudien in Unternehmen durchgeführt, die bereits erfolgreich Datenaustausch in ihre Geschäftsmodelle integriert haben, um ihre KI-Applikationen zu betreiben und zu verbessern.
Datenbasierte Services rücken durch die Vernetzung zunehmend in den Fokus von Unternehmen. Für produzierende Unternehmen jeder Größe ist es immanent, die eigenen Daten stärker zu nutzen. Durch ein historisches Wachstum des Unternehmens sind IT-Lösungen oftmals über das Unternehmen verteilt und Daten werden mehrfach gehalten. Mithilfe des Konzepts eines digitalen Schattens können die aufgezeigten Herausforderungen gelöst werden. Dessen Umsetzung erfolgt über software-definierte Plattformen. Diese ermöglichen ein Abbild der relevanten Unternehmensdaten und schaffen Transparenz über aktuelle und vergangene Ereignisse. Unter Nutzung von Datenanalyseverfahren und Visualisierungssystemen tragen sie zur Entscheidungsunterstützung im Unternehmen bei. Dieser Beitrag enthält eine Definition dieses Plattformtyps und eine Morphologie zur Einordnung verschiedener Plattformen vor. Anhand des morphologischen Kastens werden die zentralen, notwendigen Merkmale einer software-definierten Plattform herausgearbeitet und beschrieben. Integrationsanforderungen zur Einführung in Unternehmen werden in den vier Dimensionen Technik, Organisation, Prozesse sowie Anforderungen zur Datenintegration dargestellt.
Ergänzt wird diese Betrachtung um Praxiserfahrungen bei der Umsetzung einer software-definierten Plattform. Damit liefert der Artikel einen Beitrag zur Diskussion um software-definierte Plattformen und unterstützt Unternehmen bei der Einführung einer solchen.
In recent years, the complexity of the management of supply chains has increased significantly due to the growing individualization of products and dynamics of the market environment. To remain competitive, ensuring efficient and flexible processes and procedures along the entire supply chain are of particular importance for companies. Especially in the inter-company context, decisions must be made as quickly and correctly as possible. To enable good decision-making processes data must be processed and provided in a targeted manner. Currently, however, the necessary transparency is often lacking within the supply chains. In this article, a software-based assistance system for decision support on supply chain level is presented that aims to increase the transparency and efficiency of the decision-making process. A concept for decision support on supply chain level is presented. This paper focuses on the conceptual linkage of relevant decisions and data. Therefore, indicators are identified and linked with the relevant decisions. Moreover, a suitable way of visualizing the identified indicators for each decision in a user-friendly manner is defined. These results are then used to implement the software tool.
Es geht um die Entwicklung eines Software-Tools zur Unterstützung bei der Auswahl von geeigneten 3D-Druckdienstleistern im Kontext der additiven Ersatzteillogistik. Im Fokus steht der Logistikdienstleister als potentieller Nutzer des Softwaretools. Das Softwaretool erfüllt zwei zentrale Funktionen: Überprüfung ob ein Ersatzteil additiv gefertigt werden soll und Auswahl eines konkreten Produzenten durch Matchingalgorithmus.
Eine Herausforderung für produzierende Unternehmen in der Entwicklung intelligenter Produkte besteht darin, dass die Zielstellung, die mit einem intelligenten Produkt verfolgt wird, nicht expliziert ist. Zudem ist oftmals nicht spezifiziert, in welchem Anwendungsfall ein intelligentes Produkt agieren soll. Produzierende Unternehmen benötigen Unterstützung, um eine zielorientierte und folglich wirtschaftliche Melioration existierender Produkte zu gewährleisten. Ebendiese Melioration wird im Kontext von intelligenten Produkten als Smartifizierung bezeichnet und stellt damit einen Entwicklungsprozess dar, der ein bestehendes Produkt als Ausgangssituation im Sinne einer Anpassungskonstruktion expliziert. Die originäre Produktfunktion wird folglich nicht verändert, sondern das Produkt um digitale Funktionen und Dienstleistungen erweitert. Der Artikel befasst sich daher erstens mit der Beschreibung generischer Ziele für den Einsatz intelligenter Produkte im Maschinenbau. Eine Zusammenstellung und Erläuterung solcher Ziele unterstützt Unternehmen, eine Präzisierung der Zielfestlegung in der Initiierungsphase eines Smartifizierungsprojekts durchzuführen. Zweitens wird unter Anwendung der Ziel-Mittel-Beziehung ein Anwendungsfall intelligenter Produkte beschrieben. Abschließend werden beide Aspekte in einer Methode zusammengefasst, wie mittels Ziel- und Anwendungsfallbetrachtung Anforderungen abgeleitet und wie diese Elemente in Vorgehensmodelle der Produktentwicklung eingebettet werden können. Exemplarisch wird anhand einer Stanzmaschine aufgezeigt wie die Methode und die sich daraus ableitenden Ergebnisse im Smartifizierungsprozess zur Entwicklung einer intelligenten Stanzmaschine eingesetzt werden.
Eine Herausforderung für produzierende Unternehmen in der Entwicklung intelligenter Produkte besteht darin, dass die Zielstellung, die mit einem intelligenten Produkt verfolgt wird, nicht expliziert ist. Zudem ist oftmals nicht spezifiziert, in welchem Anwendungsfall ein intelligentes Produkt agieren soll. Produzierende Unternehmen benötigen Unterstützung, um eine zielorientierte und folglich wirtschaftliche Melioration existierender Produkte zu gewährleisten. Ebendiese Melioration wird im Kontext von intelligenten Produkten als Smartifizierung bezeichnet und stellt damit einen Entwicklungsprozess dar, der ein bestehendes Produkt als Ausgangssituation im Sinne einer Anpassungskonstruktion expliziert. Die originäre Produktfunktion wird folglich nicht verändert, sondern das Produkt um digitale Funktionen und Dienstleistungen erweitert. Der Artikel befasst sich daher erstens mit der Beschreibung generischer Ziele für den Einsatz intelligenter Produkte im Maschinenbau. Eine Zusammenstellung und Erläuterung solcher Ziele unterstützt Unternehmen, eine Präzisierung der Zielfestlegung in der Initiierungsphase eines Smartifizierungsprojekts durchzuführen. Zweitens wird unter Anwendung der Ziel-Mittel-Beziehung ein Anwendungsfall intelligenter Produkte beschrieben. Abschließend werden beide Aspekte in einer Methode zusammengefasst, wie mittels Ziel- und Anwendungsfallbetrachtung Anforderungen abgeleitet und wie diese Elemente in Vorgehensmodelle der Produktentwicklung eingebettet werden können. Exemplarisch wird anhand eines Energiekompensators aufzeigt, wie die Methode und die sich daraus ableitenden Ergebnisse im Smartifizierungsprozess zur Entwicklung eines intelligenten Energiekompensators eingesetzt werden.
Smart-Service-Engineering
(2019)
Die Industrie 4.0 hält viele Möglichkeiten für produzierende Unternehmen bereit, während sie zeitgleich eine Menge Herausforderungen kreiert. In diesem digitalisierten
und globalisierten Marktplatz kommen viele Unternehmen unter Druck, serviceorientierter zu werden und innovative Dienstleistungen wie Smart Services anzubieten. Die digitalen Services schaffen ihren Wert durch die Erweiterung von physischen Produkten. Jedoch haben sich die klassischen Methoden des Service-Engineerings (SE) nicht in ausreichendem Tempo an die digitalisierten Komponenten und veränderten Voraussetzungen angepasst. Hier wird das Smart-Service-Engineering (SSE) als neuer Ansatz für industrielle Smart Services vorgestellt. Smart-Service-Engineering basiert auf einem iterativen Entwicklungsmodell, das agile und kundenorientierte Methoden zur Verringerung der Entwicklungszeit implementiert, um einen frühen Markterfolg zu erreichen. Dabei liegt der Fokus auf den Service-Entwicklungsstufen und der Interaktion dieser Elemente des Smart Service. Schlussendlich illustriert der Beitrag die erfolgreiche Umsetzung des Smart-Service-Engineering-Ansatzes auf ein deutsches mittelständisches Unternehmen der Textilindustrie.
Smart Services als Enabler von Subscription-Geschäftsmodellen in der produzierenden Industrie
(2022)
[Der Sammelband] Widmet sich den in Wissenschaft und Praxis aktuell intensiv diskutierten Fragestellungen zu Smart Services. Befasst sich mit Geschäftsmodellen, Erlösmodellen und Kooperationsmodellen von Smart Services. Geht auf branchenspezifische Besonderheiten von Smart Services ein. (link.springer.com)
Ziel des Forschungsbereichs "Selbstoptimierende Produktionssysteme" ist es, sowohl technische als auch soziotechnische Produktionssysteme zu entwickeln, die durch Selbstoptimierung eine bessere Performance erreichen, als bei der Auslegung geplant und erwartet werden kann. Im Fokus steht die Steigerung der Produktivität in der Produktion direkt vor Ort. Bedeutend ist die dezentrale Entscheidungsfähigkeit der Mitarbeiter auf dem Shopfloor und in unterstützenden Bereichen, sowie der kognitiven und adaptiven Systeme und Netzwerke in der Produktion.
The industrial food production is currently caught between the increas-ing demands of numerous stakeholders, economic profitability and the challenges of digitization. A solution to face these various challenges can be seen in the aggregation of data into higher-value, independent data products that can be of-fered and sold on a buyer's market. Large amounts of heterogeneous data are already available in the value chain of the industrial food production, e.g. throughout the data-driven harvesting of primary products, further processing by interconnected production facilities and the information-intensive product distri-bution to end consumers. However, the data is usually only evaluated and used locally for the optimization of internal processes or, at the most, within compre-hensive partnerships. The purpose of this paper is to identify new revenue oppor-tunities for current and future players in the industrial food production by using data as an independent economic good (data products). For this purpose, scenar-ios for the development and use of data products via Industrial Internet of Things platforms are developed for a food technical reference process, the industrial chocolate production and its value chain. On this basis, examples for different types of data products and their value propositions are derived. The results can not only serve food producers and relevant stakeholders but all industrial produc-ers as an input for the future, yield-increasing orientation of their business models.
This paper addresses the challenge of modelling individual cyber-physical systems (CPS) for small and medium-sized enterprises (SMEs) in manufacturing industries. CPS are key technology building blocks for the implementation of Industrie 4.0. Especially for SMEs the increase of production efficiency and reduction of manufacturing costs through CPS offer potential to maintain their competitiveness and innovation capacity. Although SMEs perceive the potential of CPS, they often lack financial and human resources to acquire the necessary CPS-competencies as well as an overview of all the currently available technological solutions. To overcome this issue a matching platform will offer SMEs support in finding suitable CPS-components by letting them express their functional and technical requirements. The matching logic is based on a set of morphologies that encompasses the functional and requirement spectrum of CPS-components. The matching algorithm analyses the input for congruence of requirements and available technologies and suggests suitable technology combinations. This paper describes the methodology of the matching platform, and introduces the research work to define and to develop the technology morphologies. The presented results facilitate the selection and configuration of CPS for SMEs.
Industrie 4.0 is changing the industrial landscape in an unanticipated way. The vision for manufacturing industries is to transform to an agile company, in order to react on occurring events in real-time and make data based decisions. The realization requires also new capabilities for the information management. To achieve this goal agile companies require taking measured data, analyzing it, deriving knowledge out of this and support with the knowledge their employees. This is crucial for a successful Industrie 4.0 implementation, but many manufacturing companies struggling with these requirements. This paper identifies the required capabilities for the information management to achieve a successful Industrie 4.0 implementation. [https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-65151-4_3]
Die Variantenfließfertigung ermöglicht die Herstellung konfigurierbarer Produkte bei kurzen Durchlaufzeiten und geringen Beständen. Im Vergleich zu anderen Organisationsformen der Produktion gestaltet sich die Produktionsplanung und -steuerung aufgrund der Variantenvielfalt als anspruchsvoll. Im vorliegenden Beitrag wird der erste Schritt einer Methodik vorgestellt, welche für die Konfiguration der Reihenfolgeplanung entwickelt wurde.
Raus aus der Schockstarre!
(2019)
Nie war die Stellung von vermeintlichen Marktführern unsicherer als im Zeitalter der Digitalisierung. Die neuen technischen Möglichkeiten, in innovativen Geschäftsmodellen Wert aus der explodierenden Datenmenge zu schöpfen, wirbeln den Markt durcheinander. Wer mit dem technischen Wandel nicht mitgeht, riskiert, rasch abgehängt zu werden. Die gute Nachricht: Der Weg zur Industrie 4.0 ist ein Weg der kleinen Schritte. Überschaubare Maßnahmen heute sind allemal besser als der ganz große Wurf übermorgen.
Prozessarchitektur
(2012)
Das Aachener PPS-Modell beschreibt Aufgaben, Prozesse und Funktionen für die Produktionsplanung und -steuerung in verschiedenen Referenzsichten. Dabei liegt der Fokus auf den unterschiedlichen Aspekten der Planung und Steuerung inner- und überbetrieblicher Produktion. Die Unterscheidung in inner- und überbetriebliche Aufgaben wurde bereits im Aufgabenmodell dargestellt. Betrachtet man die Produktion in Netzwerken, so wird deutlich, dass nicht alle Aufgaben durch einen Netzwerkpartner abgedeckt werden können. Die kooperative Leistungserstellung macht es erforderlich, dass die Erfüllung einzelner Teilaufgaben durch unterschiedliche Netzwerkpartner koordiniert wird. Für die PPS in Produktionsnetzwerken werden daher die Netzwerkebene und die Ebene der einzelnen Unternehmung unterschieden.
Die Erfüllung der klassischen Aufgaben der Produktionsplanung und -steuerung (PPS) wird aufgrund der dynamischen Anforderungsprofile, die es Unternehmen abfordern, sich strukturell und operativ kontinuierlich zu verändern, zunehmend schwieriger. Der Umgang mit Dynamik und Komplexität wird vom Störfall zum Normalfall.
Vor diesem Hintergrund wird ein innovativer Ansatz für eine Produktionsplanung und -regelung vorgestellt, der das Ziel verfolgt, die den Produktionssystemen inhärente Planungskomplexität beherrschbar zu machen.
Der Lösungsansatz basiert auf kybernetischen Strukturen, die den Beschränkungen der Wandlungs- und Lebensfähigkeit. Als grundlegender Teil des Ansatzes wird die Produktionsregelung unter Berücksichtigung des Echtzeitaspektes entworfen.
In the food industry, a very large potential of data ecosystems is seen, in which data is understood, exchanged and monetized as an economic asset. However, despite the enormous economic potential, companies in the food industry continue to rely on traditional, product-oriented business models. Existing data in the value chain of industrial food production, e.g., in harvesting, logistics, and production processes, is primarily used for internal optimization and is not monetized in the form of data products. Especially the pricing of data products is a key challenge for data-based business models due to their special characteristics compared to conventional, analog offerings and multiple design options. The goal of this work is therefore to solve this issue by developing a framework that allows the identification of pricing models for data products in the industrial food production. For this purpose, following the procedure of typology formation, essential design parameters and the respective characteristics are derived. Furthermore, three types for pricing models of data products are shown. The results will serve not only stakeholders in the food industry but also manufacturing companies in general as input for an orientation of their databased business models.
Blockchain-Lösungen sind bisher vor allem im Finanzbereich bekannt
und erfolgreich. Doch ihre unbestreitbaren Vorteile bieten weit darüber
hinaus Potenzial und machen sie auch für industrielle Anwendungen
interessant. Vor allem Lieferketten mit ihren komplexen Strukturen,
vielen Beteiligten sowie verschiedensten Material-, Informations- und
Finanzströmen lassen sich mit der Technologie erheblich effizienter
gestalten.
Subscription business transforms traditional business models of machinery and plant engineering. Many manufacturing companies struggle to pull out the potential created by Industry 4.0 and make it economically usable. In addition to technological innovations, it is necessary to transform the business model. This leads to a shift from ownership-based and product-centric business models to outcome-based business models, which focus on the customer's value and thus realize a unique value proposition and competitive advantage – the outcome economy. Based on a case study analysis among manufacturing companies, this paper provides further clarification including a definition and constituent characteristics of subscription business models in machinery and plant engineering.
Organizations, of all sizes, in every domain and in all geographies, are facing growing challenges to comprehend the scope of social media based technologies for their internal process use and for their networks. To assist the CIO’s and executives, FIR has developed a tool based framework to evaluate the impact of social web based collaborative technologies to support knowledge intensive processes. The FSI framework extends organizational spectrum to three categories of Formal, Semi-formal and Informal. The FSI tool places the emphasis on both business process and IT level.
The FSI framework and approach are validated in conjunction with industrial and research clients as test cases. Initial finding, reflected in this article, show a dire mismatch between the process exploitable potential level and organizational ICT profile. At the end, a set of recommendations are included for the organizational management to consider for organizational transformation.
Die digitale Transformation hat mittlerweile alle Wertschöpfungsstufen im industriellen Sektor erfasst. So ist ein großer Teil aktuell produzierter Maschinen bereits mit Sensorik und Software ausgestattet und kommuniziert über digitale Infrastrukturen. Stetig sinkende Kosten für Sensorik , Vernetzungstechnologien, Rechen- und Speicherleistung erlauben Unternehmen die wirtschaftliche Erhebung und Verarbeitung von Daten in einem bisher nicht gekannten Ausmaß. Diese Veränderungen durch Digitalisierung und Industrie 4.0 müssen Unternehmen als Chance für den industriellen Service nutzen.
Nachhaltige Lieferketten
(2021)
Das Thema der Nachhaltigkeit ist nicht zuletzt aufgrund aktueller Entwicklungen zunehmend in den gesellschaftlichen und unternehmerischen Fokus gelangt. Pandemien, Naturkatastrophen, aber auch regulatorische Auflagen zur Erfüllung von Klimaschutzzielen haben zu einem Umdenken geführt. Im Rahmen des Thementags „Sustainable Supply-Chain-Management“ hat das FIR an der RWTH Aachen zusammen mit Expert:innen aus Wirtschaft und Forschung Thesen erarbeitet, die widerspiegeln, wie das Thema Nachhaltigkeit aktuell in deutschen Unternehmen wahrgenommen und umgesetzt wird und welche besondere Bedeutung dem Supply-Chain-Management dabei zukommt. Nachhfolgend werden diese und deren Implikationen für die Praxis vorgestellt.
Progress in the development of small electric and hybrid aircraft promises business opportunities for thin-haul air mobility services. In order to develop demand-oriented flight plan scenarios for Germany, this paper presents a model to estimate the marked volume of thin-haul air mobility. To quantify the potential demand, our model includes the steps of trip generation, trip distribution and mode choice. Trip generation and distribution takes place between 412 geographic subdivisions of Germany and is based on calibrated traffic forecast data for the year 2030. For the first time the five relevant modes of transport, namely: car, intercity train, intercity bus, commercial aircraft and thin-haul air mobility services, have been included in one model. The step of choosing the transport mode is implemented via a generalized cost approach, taking into account travel costs and travel time. Additionally, route modeling of all transport modes is enhanced by real market data using large-scale data readouts of web interfaces. As primary result we predict a market share of 6 % or 81 million trips per year for thin-haul air mobility services. The demand concentrates on a small number of airports: 30 % of the trips are estimated to be between only 20 airports. Hubs and main routes are identified to offer the potential for scheduled air services.
Ongoing digitalization and Industry 4.0 enable the development of new business models due to the increase in available data and digital connected products. A promising business model type for the machinery and plant engineering industry are subscription models, consisting of products and services offered in return for continuous payments. However, subscription-based business models are associated with extensive changes in the traditional machinery and plant engineering industry, in particular, for small and medium-sized companies (SMEs). Established concepts for the development of value propositions and business models neglect important aspects, such as the integrated development and optimization of products and services across the entire life cycle or the data infrastructure. This paper presents a concept for a methodology to support SMEs developing value propositions within subscription models. Therefore, the systematic identification of customer benefits, the determination and prioritization of subscription relevant functionalities as well as the design of product and service elements addressing those functionalities are the main aspects on which the focus is placed on. The result is a subscription value proposition canvas for SMEs to address the impact of subscription models on products and services.
Mehr als nur ein Hype
(2021)
Blockchain-Lösungen sind bisher vor allem im Finanzbereich bekannt und erfolgreich. Doch ihre unbestreitbaren Vorteile bieten weit darüber hinaus Potenzial und machen sie auch für industrielle Anwendungen interessant. Vor allem Lieferketten mit ihren komplexen Strukturen, vielen Beteiligten sowie verschiedensten Material-, Informations- und Finanzströmen lassen sich mit der Technologie erheblich effizienter gestalten.
Since 2016, the “Digital in NRW” Competence Centre has been supporting SMEs in the manufacturing industry in designing their individual digital transformation. With an Industry 4.0 maturity assessment, we define the status quo of SMEs, derive SME-specific measures from this, develop a digitalization roadmap and accompany the SME transformation. This paper presents the results of the four-year SME support. By analyzing the results of all maturity assessments, potential analysis and design workshops, we present the most frequent and most effective measures for a successful digital transformation of SMEs. The result of the paper is an action guideline for SMEs to initiate their own digital transformation based on formalized experience.
IT-Systeme zur Planung, Steuerung, Durchführung und Überwachung der komplexen Stoff- und Informationsflüsse (PPS-Systeme) sind heute für einen effizienten Produktionsablauf nahezu unverzichtbar. Mit der Weiterentwicklung zu Enterprise Resource Planning-Systemen (ERP Systeme) wurden angrenzende Aufgabenbereiche (Einkauf, Rechungswesen, Vertrieb, Lagerhaltung, usw.) integriert, sodass heute ein breites Spektrum für ERP Systeme unterschiedlichster Herkunft und Funktionalität am Markt angeboten wird.
In dem Marktspiegel werden knapp 500 der derzeit am deutschen Markt verfügbaren ERP/PPS-Lösungen untersucht.
Machine Learning
(2019)
Die Vernetzung von Mitarbeiter*innen und Maschinen sowie die zunehmende Automatisierung, auch von Wissensarbeit, wird die Rolle der Beschäftigten im industriellen Wertschöpfungsprozess fundamental verändern. Aus diesem Grund ist arbeitsbezogene Kompetenzentwicklung aus wirtschaftlicher, gesellschaftlicher sowie sozialer Perspektive ein zentraler Schlüsselaspekt für die mittelfristige Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit. Personalabteilungen haben bislang jedoch meist nur bedingt Kenntnisse über die bevorstehenden Veränderungen und die sich daraus ergebenden Kompetenzanforderungen an die Mitarbeiter*innen. Ziel des Forschungsvorhabens LidA war es, die sich aufgrund der fortschreitenden Digitalisierung verändernden Kompetenzanforderungen entlang definierter Industrie-4.0-Reifegradmodelle zu spezifizieren. Hierzu wurden Beschäftigte befähigt, indem zum einen ihre Selbstlernkompetenz gefördert wurde und zum anderen individuelle Lernpfade abgeleitet worden sind. Anschließend wurden diese mit passender Didaktik in Lehr- und Lernmodule überführt und auf einer bewährten Open-Source-Plattform für eine breite Nutzergruppe verfügbar gemacht. Diese soll einem breiten Nutzerkreis, speziell KMU, eine bedarfsgerechte Schulung der Mitarbeiter*innen im Zeitalter des digitalen Wandels gewährleisten.
Das Gegenteil von Theorie ist die Praxis. So sagt man landläufig und unterstellt damit oft, dass wissenschaftiche Erkenntnisse nicht immer für den Alltag taugen. Dass Theorie aber nicht gleich Theorie ist und Wissenschaft und Praxis trotz aller Unterschiedlichkeit aufeinander angewiesen sind, darauf weist das
FIR an der RWTH Aachen schon mit der Auflösung seines Akronyms hin: „Forschung. Innovation. Realisierung."