Using production logistics analytics as microservices in personalized production

Abstract

Enterprises that want to remain competitive in the near future need to be able to offer personalized products in the same quantities and delivery times as for mass produced articles. While this certainly presents a challenge to the manufacturing technology, the required organizational functions are of equal (or even greater) importance. To keep up with increasing complexity, the IT tools supporting these tasks - such as production planning and control (PPC) solutions - must evolve into flexible and intelligent systems. This work describes a novel approach for using data analytics-based components to create such systems. Although these analytical functionalities offer several capabilities for dealing with complexity, applying them successfully is problematic, which is mainly due to their implementation as software monoliths. The solution presented to these problems is to make use of microservices to provide a flexible and evolving structure that matches the requirements of both the production environment and the employed analytical functionalities. A reference model of this solution containing the main functions is derived and illustrated. The work concludes with a critical evaluation of the microservices-based approach, comparing it to other possible solutions in several application scenarios.

Für den Erhalt ihrer Wettbewerbsfähigkeit wird es für viele Unternehmen in den kommenden Jahren entscheidend sein, personalisierte Produkte in vergleichbaren Mengen und Lieferzeiten anbieten zu können wie Massenartikeln. Dies hat nicht nur einen Einfluss auf die Fertigungstechnologien der Unternehmen, sondern stellt auch eine große Herausforderung für die Gestaltung der organisatorischen Funktionen eines Produktionssystems dar, die sich einer wachsenden Komplexität gegenüber sehen. Um dieser Problemstellung begegnen zu können, müssen die zur Unterstützung solcher Funktionen eingesetzten IT-Werkzeuge zu flexiblen und intelligenten Systemen weiterentwickelt werden. Dies betrifft unter anderem Lösungen für die Produktionsplanung und -steuerung (PPS). Diese Arbeit beschreibt einen Ansatz, solche Systeme durch die Anwendung von Data-Analytics-Komponenten zu gestalten. Obwohl die verwendeten analytischen Verfahren verschiedene Funktionen bieten, die den Umgang mit Komplexität ermöglichen, ist ihre Nutzung oft problematisch. Dies ist meist auf ihre Implementierung als Software-Monolithen zurückzuführen. Die analysierte Lösung stellt anhand von Microservices hingegen eine flexible Struktur bereit, die sowohl den Anforderungen der Produktionsumgebung als auch den eingesetzten Data-Analytics-Komponenten gerecht wird. Ein Referenzmodell der Lösung mit den Hauptfunktionalitäten wird im Rahmen der Arbeit abgeleitet und veranschaulicht. Die Arbeit schließt mit einer kritischen Würdigung des entwickelten microservice-basierten Ansatzes durch einen Vergleich mit anderen relevanten Lösungen in verschiedenen Anwendungsszenarien.