Universität Stuttgart
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Item Open Access Lernende ereignisbasierte Optimierung der Produktionssteuerung für die komplexe Werkstattfertigung(Stuttgart : Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, 2022) Bauer, Dennis; Bauernhansl, Thomas (Univ.-Prof. Dr.-Ing.)Für produzierende Unternehmen steht heute der Kundennutzen und damit auch die Liefertermineinhaltung im Fokus der unternehmerischen Aktivitäten. Parallel steigt die Komplexität des Umfelds und der Märkte sowie innerhalb des Unternehmens. Deshalb ist bei der Leistungserstellung in Wertschöpfungsnetzwerken ein systematischer Umgang mit unvorhergesehenen Ereignissen im Fokus. Eine besondere Herausforderung ist dies für komplexe Werkstattfertigungen mit ihrer immanenten statischen und dynamischen Komplexität. Die vorliegende Arbeit adressiert die Forschungsfrage, wie eine lernende, auf Ereignissen aus dem Wertschöpfungsnetzwerk basierte Optimierung der Produktionssteuerung für die komplexe Werkstattfertigung gestaltet werden kann. Die in der vorliegenden Arbeit entwickelte Lösung optimiert die Liefertermineinhaltung bei Ereignissen aus dem Wertschöpfungsnetzwerk durch Korrekturmaßnahmen auf der Ebene der Produktionssteuerung in komplexen Werkstattfertigungen. Hierfür ist ein lernfähiges Entscheidungsmodell notwendig, das eine kontinuierliche Anpassung über die Zeit ermöglicht. Bislang bei Ereignissen aus dem Wertschöpfungsnetzwerk übliche manuelle Eingriffe in die Produktionssteuerung werden dadurch vermieden und die Resilienz des Produktionssystems gesteigert. Ergebnisse der vorliegenden Arbeit sind die Artefakte des Regelkreises, der Methode und der Architektur sowie der Implementierung als Softwareartefakt. Die Halbleiterfertigung ist die industriell wichtigste Anwendung der komplexen Werkstattfertigung. Hier zeigt sich, dass durch die lernende ereignisbasierte Optimierung der Produktionssteuerung die Liefertermineinhaltung bei Ereignissen aus dem Wertschöpfungsnetzwerk signifikant verbessert werden kann. Eine hohe Liefertermineinhaltung sorgt dabei für eine höhere Kundenzufriedenheit, der systematische Umgang mit Ereignissen sorgt für Resilienz. Beides ermöglicht perspektivisch einen Abbau von Sicherheitsbeständen im Wertschöpfungsnetzwerk.Item Open Access Methodik zur ganzheitlichen Betrachtung der Elektrifizierung der Stückgutlogistik in einem geografischen Großraum(Stuttgart : Institut für Fördertechnik und Logistik der Universität Stuttgart, 2024) Pfleger, David; Schulz, Robert (Univ.-Prof. Dr.-Ing.)Durch die Klimaschutzziele der Europäischen Union und der Zunahme des Straßengüterverkehrs wird die Umstellung auf alternative Antriebe unumgänglich. Der Trend führt derzeit zum batterieelektrischen LKW, analog zum PKW. Die Elektrifizierung des Straßengüterverkehrs schreitet jedoch nur langsam voran, was unter anderem auf die fehlende flächendeckende Ladeinfrastruktur zurückzuführen ist. Zum Ausbau von dieser Infrastruktur treten neue Akteure aus dem Energiesektor in den Straßengüterverkehr ein. Für eine frühzeitige Einbindung aller Akteure bedarf es einer einheitlichen Methodik zur ganzheitlichen Analyse der Elektrifizierbarkeit eines Logistiksegments in einem geografischen Großraum. Hierfür gibt es bisher keinen Ansatz. Die Methodik basiert auf einem logistischen Ansatz zur Abbildung des Logistiksegments in einem gewählten Gebiet, welcher zur Analyse des Energiesektors mit der Stromnetzintegration benötigt wird. Aus diesen Ergebnissen wird die Elektrifizierbarkeit logistisch sowie energetisch analysiert und optimiert. Das Ziel der Arbeit ist die Entwicklung des logistischen Ansatzes. Hierfür wird die Stückgutlogistik aufgrund des derzeitigen Potentials der Elektrifizierbarkeit als zu analysierendes Logistiksegment gewählt. Eine Übertragbarkeit auf andere Logistiksegmente wird berücksichtigt. Die Vorgehensweise basiert auf einer an das Gebiet angepassten Kundenstruktur, womit die Auftragserzeugung und Tourenplanung das synthetische Abbild der Stückgutlogistik erzeugen. Die Auftragserzeugung, entwickelt mithilfe des Wasserfallmodells, generiert synthetische Auftragslisten auf Basis von öffentlichen Daten und einer geringen Menge an realen Daten von Speditionen. Die Auftragslisten sind die Basis für die Tourenplanung, welche mit einer Tourenplanungssoftware die Touren bildet. Mit der Durchführung eines Anwendungsbeispiels am Stadtgebiet Stuttgart wird die Funktionsweise des Ansatzes bestätigt. Die logistische Elektrifizierungsrate wird ermittelt, die anschließend durch die energetische Analyse korrigiert wird und weiter optimiert werden kann. Zusätzlich wird der Ansatz mit dem Abgleich von realen Speditionsdaten verifiziert und validiert. Durch den Austausch der Datenbasis sowie Kundenstruktur wird die Übertragbarkeit auf einen anderen geografischen Großraum sowie ein anderes Logistiksegment ermöglicht.Item Open Access Techno-ökonomische Bewertung von Produktionsanlagen mit dynamischem Energieträgerwechsel(Stuttgart : Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, 2022) Köse, Ekrem; Sauer, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dipl.-Kfm.)Produktionsanlagen mit dynamischem Energieträgerwechsel können zu einer nachhaltigen und ökonomischen Unternehmensentwicklung beitragen und zeitgleich den Fortschritt der Energiewende weiter unterstützen. Der Klimawandel und die damit verbundenen eingeleiteten Maßnahmen durch die Politik zur Verlangsamung des Wandels bzw. zur Reduzierung der Einflüsse auf das Klima haben bedeutende Auswirkungen auf produzierende Unternehmen. Vor dem Hintergrund des ansteigenden Kostendrucks, dem Bedarf an Energieflexibilität und Elektrifizierung der Industrie und der Unsicherheit über die Energiepreisentwicklung beschreibt die vorliegende Arbeit eine Bewertungsmethodik, mit der Industrieunternehmen Produktionsanlagen mit einem dynamischen Energieträger-wechsel techno-ökonomisch bewerten können. Das Ergebnis der Bewertung bietet sowohl Anlagenherstellern, als auch -betreibern eine Entscheidungsgrundlage. Der Verantwortliche im betroffenen Unternehmen wird befähigt, eine fundierte Bewertung hinsichtlich einer Umrüstung des eigenen Produkts oder des zu beschaffenden Produkts bezüglich einer energieträgerflexiblen Ausstattung der Produktionsanlage durchzuführen. Produzierende Unternehmen befinden sich im Spannungsfeld zwischen energetischer und nachhaltiger Optimierung des Betriebs und ökonomischem Handeln. Die Bewertungsmethodik wird technischen und ökonomischen Anforderungen gerecht. Die Berücksichtigung der Energieeffizienz und -flexibilität der Produktionsanlage, inklusive deren Interaktion mit Energieflexibilitätsmärkten und der internen Energieerzeugung stehen im Fokus. Dabei wird die komplette Energiewandlungskette von der Erzeugung, Wandlung, Nutzung und auch der Energierückgewinnung vollständig erfasst. Die techno-ökonomische Bewertungsmethodik wurde in zwei repräsentativen Anwendungsfällen für ein Druckguss- und ein Galvanikunternehmen erfolgreich getestet. Es wird gezeigt, dass die Bewertungsmethode in der Praxis anwendbar ist und eine fundierte Entscheidungsgrundlage bietet.Item Open Access Gestaltungsrahmen von Business Ecosystems für Maschinenbauunternehmen im Kontext der digitalen Transformation(Stuttgart : Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, 2022) Geitner, Richard E.; Bauernhansl, Thomas (Prof. Dr.-Ing.)In Folge der Digitalisierung verschmelzen Kundenbedürfnisse und das Nutzerverhalten sowie das Nutzenverständnis der Kunden verändern sich schneller. Wettbewerbsfähige Wertangebote erfordern einen größeren Lösungsraum und das Bündeln von Leistungen, die oft außerhalb der bestehenden Produktarchitektur, dem Kerngeschäft bzw. Wertschöpfungssystem, aber auch der Branche liegen. Dieser Prozess der digitalen Transformation verändert Wettbewerbssituationen, die Wertschöpfungsketten der Unternehmen, deren Kultur sowie das Verständnis von kooperativer Zusammenarbeit. Dabei entstehen Business Ecosystems (BES) zur Umsetzung von kundenzentrierten visionären bzw. innovativen zentralen, übergeordneten Wertangeboten - bestehend aus einer Konfiguration von in der Vergangenheit getrennten, nicht generischen komplementären bzw. modularen Produkten und (Dienst-)Leistungen. Diese spezifische Ausprägung der Koevolution wird als Struktur-BES bezeichnet, da die Aktivitäten der multilateral interagierenden Gruppe gleichrangiger Partner auf das - in ein gemeinsames Geschäftsmodell eingebettete - Wertangebot ausgerichtet werden. Eine vorab durchgeführte Studie belegt diese Entwicklung und zeigt auf, dass den Maschinenbauunternehmen das Wissen zur Gestaltung von Struktur-BES fehlt. Deshalb wurde unter Berücksichtigung der Studie, der Implikationen und den Konsequenzen der digitalen Transformation sowie der relevanten theoretischen Grundlagen ein Gestaltungsrahmen entwickelt. Dieser Gestaltungsrahmen beschreibt das Vorgehen, die Grundsätze der Zusammenarbeit und die Handlungsfelder zur Etablierung eines auf Vertrauen, Offenheit und Gegenseitigkeit beruhenden Struktur-BES. Dies umfasst den methodischen Ansatz zur Ableitung der strategisch relevanten Partner sowie deren Bindungsintensität und Beziehungsstruktur. Ebenfalls werden ein agiles Steuerungs- und Organisationskonzept vorgestellt, einschließlich der Aufgaben zur Orchestration und den Voraussetzungen sowie Fähigkeiten der Partner von Struktur-BES.Item Open Access Sustainable test site decision-making : decision-making under technological-social-ecological considerations(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2022) Keßelring, Michaela; Riedel, Oliver (Prof. Dr.-Ing.)Sustainable technology advancements ushered in various industries and sustainable development methods have spurred. Recent technological innovations in environmental sensing, computing, and automation offer the potential to revolutionize existing industries. However, in highly innovative and therefore often high-risk fields, a principal barrier to sustainable technology adoption is the provision of a body of evidence to provide to regulatory, scientific, or investment communities. Physical test sites can serve to verify and validate technologies in their end-setting. Barriers to the development of physical test sites stem from the requirement to balance technological, social, and ecological stakeholders. The practical need for an interdisciplinary approach and the absence of theoretical work to support sustainable test site development in real environments often exceeds the capabilities of single companies or entire industries. Thus the present thesis reflects on the theorical and practical work on sustainable technology development in real environments and develops a framework for the development of test sites under technological, social, and ecological considerations.Item Open Access Ein Verfahren zum Testen der wahrgenommenen Qualität in der Entwicklung von Smart Services(Stuttgart : Fraunhofer Verlag, 2022) Neuhüttler, Jens; Spath, Dieter (Prof. Dr.-Ing Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c., i. R.)Die Entwicklung von Smart Services stellt Unternehmen vor Herausforderungen: Der Einsatz von Sensorik in sensiblen Bereichen, der erhöhte Grad an Automatisierung und schwer nachvollziehbare Algorithmen bergen kundenseitige Risiken, welche sich negativ auf die Wahrnehmung von Smart Services auswirken und so ihren Markterfolg beeinträchtigen können. Entsprechend kommt dem Sicherstellen einer hohen wahrgenommenen Qualität eine zentrale Bedeutung zu. Bislang existieren jedoch weder ein umfassendes Verständnis der Smart-Service-Qualität noch geeignete Methoden, um dieses Verständnis in Form von Gestaltungswissen in der Entwicklung systematisch zu nutzen. In der vorliegenden Arbeit wird ein Verfahren entwickelt, mit dem Unternehmen bereits während der Entwicklung die Qualitätswahrnehmung unterschiedlicher Anspruchsgruppen testen und so Fehlentwicklungen vorbeugen können. Das Verfahren umfasst ein Rahmenkonzept, welches eine Bewertung entlang von Qualitätsmerkmalen ermöglicht, und ein Vorgehensmodell, welche die Durchführung des Tests entlang fünf Phasen beschreibt. Die Praxistauglichkeit wird durch die Anwendung in drei Entwicklungsprojekten mit Unternehmen nachgewiesen.Item Open Access Die Konkretisierung, Operationalisierung und Messung Dynamischer Fähigkeiten in einem hochkompetitiven Wettbewerbsumfeld : eine empirische Studie am Beispiel der Formel 1(2024) Dürr, Tobias; Burr, Wolfgang (Prof. Dr.)Dynamische Fähigkeiten haben innerhalb des strategischen Managements in den letzten Jahren eine große Bedeutung erlangt. Sie beschreiben die Fähigkeiten eines Unternehmens, die unternehmenseigenen Ressourcen in einem sich verändernden Wettbewerbsumfeld neu zu konfigurieren und so wettbewerbsfähig zu bleiben bzw. sich einen Wettbewerbsvorteil zu erarbeiten. Dabei bleiben Dynamische Fähigkeiten selbst allerdings häufig wenig konkret und die Operationalisierung stellt die Wissenschaft weiterhin vor große Herausforderungen. An dieser Stelle setzt die vorliegende Forschungsarbeit an. Am Beispiel der Formel 1, dem anspruchsvollsten Wettbewerb des Automobilsports, wird zunächst im Rahmen einer qualitativ-empirischen Fallstudie, basierend auf Experteninterviews und einer Literaturrecherche, ein Untersuchungsmodell aufgestellt, um Dynamische Fähigkeiten zu konkretisieren und für die anschließende quantitativ-empirische Untersuchung zu operationalisieren. Außerdem wird das Konzept der Überschusskapazitäten integriert, welches aus Sicht des Autors im Kontext der Dynamischen Fähigkeiten eine zusätzliche Erklärungsleistung verspricht. Die darauffolgende quantitativ-empirische Studie nutzt einen Datensatz über 25 Jahre Formel 1, um die Hypothesen, welche im Rahmen des Untersuchungsmodells aufgestellt wurden, mit Hilfe der statistischen Auswertungsmethodik der multivariaten Regression, zu überprüfen. Dabei zeigt sich einerseits, dass das aufgestellte Untersuchungsmodell die Performance eines Formel-1-Teams zufriedenstellend erklären kann. Allerdings entfällt ein bedeutender Teil der Erklärungsleistung auf die Überschusskapazitäten. Der statistische Einfluss der Dynamischen Fähigkeiten auf die zu untersuchenden Variablen ist geringer. Abschließend werden noch einige besonders (in)effiziente Formel-1-Teams aus dem Untersuchungszeitraum betrachtet. Es fällt auf, dass die Erklärungsleistung Dynamischer Fähigkeiten im Kontext derartiger Extremfälle höher zu sein scheint. Es ist deshalb zu vermuten, dass das Konzept der Dynamischen Fähigkeiten insbesondere geeignet ist, außergewöhnlich erfolgreiche oder effiziente bzw. besonders wenig erfolgreiche oder wenig effiziente Fälle zu erklären und auf der anderen Seite weniger passend ist, einen vollständigen Markt zu analysieren.Item Open Access Backsourcing von Logistik : Motivation für und Herausforderungen beim Backsourcing von Logistik(2022) Düker, Thomas; Large, Rudolf (Prof. Dr.)Während das Outsourcing von Logistikfunktionen in der Fachliteratur bereits vielfach untersucht wurde, stellt das Backsourcing von Logistik - d. h. die Wiedereingliederung zuvor ausgelagerter Logistikfunktionen zur Selbsterstellung der Leistung - noch ein neues Feld der wissenschaftlichen Forschung dar. Dennoch ist das Phänomen beobachtbar und es können Unternehmen identifiziert werden, die Backsourcing von Logistik durchgeführt haben oder sich in der Projektumsetzung befinden. Unklar erscheinen hierbei jedoch die Motivation von Unternehmen sowie die Rahmenbedingungen und Herausforderungen beim Backsourcing. Ebenso gibt es nur wenig Informationen zu Entscheidungsprozessen und den einem Entschluss zum Backsourcing folgenden Herausforderungen bei Projektumsetzung und Reorganisation. Im Rahmen der Arbeit sollen beide Themenbereiche mittels qualitativer Forschungsmethodik ergründet werden.Item Open Access Gestaltung einer schlanken Informationslogistik im komplexen Produktionsumfeld(Stuttgart : Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, 2022) Hartleif, Silke Maria; Bauernhansl, Thomas (Prof. Dr.-Ing.)Produktionsunternehmen sind mit einem komplexer werdenden Umfeld konfrontiert, welches erhöhte Anforderungen an die Flexibilität von Produktionssysteme stellt. Mit dem Einsatz moderner Informations- und Kommunikationstechnik und der damit verbundenen Vernetzung technischer Systeme soll diesen Herausforderungen begegnet werden. Das lässt die Komplexität in betrieblichen Informationssystemen steigen und führt zu Verschwendung in der Informationsversorgung. Um dieser Problemstellung zu begegnen, wird in der vorliegenden Forschungsarbeit eine Methode zur Gestaltung schlanker Informationslogistiksysteme vorgestellt. Mit den gestalteten Informationssystemen sollen Mitarbeiter effektiv und effizient mit Informationen versorgt werden, sodass sie ihre Aufgaben richtig und schnell erfüllen können. Die Gestaltungsmethode soll außerdem die Zusammenarbeit von Informatik- und Betriebsingenieuren unterstützen. Um dieses Ziel zu erreichen, sieht der Lösungsansatz der Arbeit eine Gesamtlösung vor, die aus einer theoretischen, einer deskriptiven und einer pragmatischen Lösungskomponente besteht. Im Rahmen der theoretischen Lösungskomponente werden Wertschöpfung und Verschwendung in der Informationsversorgung voneinander abgegrenzt und Verschwendungsarten beschrieben. Darauf aufbauend wird eine Idealvorstellung für die zu gestaltenden schlanken Informationslogistiksysteme entwickelt. Die deskriptive Lösungskomponente besteht aus einem Strukturmodell, in dem Systemelemente und Relationen der Informationslogistiksysteme generisch beschrieben werden. Die pragmatische Lösungskomponente umfasst die Gestaltungsmethode bestehend aus fünf Gestaltungsschritten. Sie basiert auf den Ergebnissen der theoretischen Lösungskomponente und verwendet die generischen Gestaltungsbausteine aus dem Strukturmodell. Die Lösung wird in zwei Fallstudien validiert.Item Open Access Entwicklung einer automatisierten Methode zur Grobplanung hybrider Montagearbeitsplätze(Stuttgart : Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, 2022) Fechter, Manuel; Bauernhansl, Thomas (Prof. Dr.-Ing.)Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entscheidungsunterstützung im Zuge der Grobplanung hybrider Montagearbeitsplätze. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Ressourcenauswahl und Arbeitsteilung bei der Planung einer Mensch-Roboter-Kollaboration. Ausgehend von einer hybriden Montage wird eine Methode entwickelt, die in der Lage ist, technisch und wirtschaftlich sinnvolle Systemalternativen zu generieren, quantitativ zu bewerten und iterativ zu optimieren. Mit diesem Vorgehen soll eine Entkopplung des Planungsergebnisses vom impliziten Erfahrungswissen und Kenntnisstand des Planers erreicht werden, um hybride Montagearbeitsplätze einem breiteren Anwendungskreis zugänglich zu machen. Dafür soll der zeitintensive, vorwiegend manuell ausgeführte Prozess der Recherche passender Ressourcen, der quantitativen und qualitativen Bewertung von Lösungsalternativen und die Zuordnung von Ressourcen auf Montageschritte automatisiert werden. Das entwickelte Vorgehen orientiert sich am V-Modell des Entwurfs mechatronischer Systeme der VDI-Richtlinie 2206 und greift auf Methoden der Informationsmodellierung und mathematischen Optimierung zurück. Die Methode berücksichtigt Anforderungen aus Sicht des zu montierenden Produkts, der Ausprägung der Montageprozesse sowie der gegebenen Rand- und Umweltbedingungen der Montage. Anhand identifizierter Optimierungskriterien des hybriden Montagearbeitsplatzentwurfs wird ein iteratives Vorgehen der multi-kriteriellen Optimierung entwickelt. Aufgrund des exponentiellen Wachstums des kombinatorischen Lösungsraums und der Annahme unvollständiger Daten- und Informationsmodelle werden vornehmlich heuristische Verfahren zur Optimierung der Systemlösungen verwendet.