IDEV40 – INTEGRATED DEVELOPMENT 4.0

Projektlaufzeit:

Juni 2018 – April 2021

Projektleitung (Fakultät):

Herr Prof. Dr. Christoph Laroque (Wirtschaftswissenschaften)

Kontakt:

Herr Prof. Dr. Christoph Laroque
+493755363221
christoph.laroque@fh-zwickaude

Kooperationspartner:

EU, BMBF, SMWA

iDev40: Situation des Forschungsprojektes iDev40

Das Projekt iDev40 umfasst die ganze integrierte Wertschöpfungskette der Entwicklung und Fertigung von der Idee bis zum Produkt und vom Lieferanten bis zum Endkunden und deckt dabei vielfältige Entwicklungsteams unterschiedlicher Bereiche sowie vielfältige Fertigungsaufgaben über geographisch verteilte Standorte ab, mit entsprechenden unterstützenden Aktivitäten wie Auftrags-Management, Training, Service- und Anwendungs-Support. Im Rahmen des Vorhabens werden durch den Partner Westsächsische Hochschule Zwickau (WHZ) innovative Einsatzszenarien der Materialflusssimulation in der Halbleiterfertigung auf Ebene der Netzwerkplanung erschlossen werden. Auf Basis akademischer Vorarbeiten zur Rückwärtssimulation sollen konkrete Anforderungen der Industriepartner in einem Vorhersagewerkzeug umgesetzt und validiert werden. Hierzu sind die einzusetzenden Methoden erheblich zu erweitern und hinsichtlich einer Praxistauglichkeit weiterzuentwickeln.

Produktionsplanung 4.0 – effiziente Produktionsprozessgestaltung iDev40

Eine effiziente Gestaltung der Produktionsprozesse spielt eine essenzielle Rolle für erfolgreiche Produktionsplanung im Unternehmen. Herkömmliche Planungstools sollen zukünftig mit Hilfe der Rückwärtssimulation optimiert werden. Dieser Aufgabe nimmt sich nun ein Team um Prof. Dr. Christoph Laroque an der Fakultät Wirtschaftswissenschaften der Westsächsischen Hochschule

Zwickau in einem Forschungsprojekt an. Die sensiblen und umfangreichen Produktionsprozesse der Halbleiterfertigung sollen als erstes von den Ergebnissen profitieren.

Die gesamte Elektroindustrie, und insbesondere die europäische Halbleiterindustrie sind Arbeitgeber für weit mehr als hunderttausend Menschen. In Deutschland sind davon vor allem die Städte Dresden, München und Regensburg betroffen. Die Arbeitsplätze letzterer können auf lange Sicht nur gesichert werden, wenn sich die technologischen Entwicklungen und entsprechendes Know How der Fertigung am internationalen Markt identifizieren. Dies betrifft auch die Informationssysteme für die Arbeitsvorbereitung und Produktionsplanung. Die steigenden Anforderungen von Industrie 4.0 an Fertigungsunternehmen bringen die Halbleiterindustrie dazu ihre Entwicklungs-, Logistik- und Fertigungsprozesse an die zukünftigen Wertschöpfungsketten anzupassen.

Die Zielsetzungen von Unternehmen haben sich in den vergangenen Jahren von der wirtschaftlich optimalen Auslastung der Produktion bis hin zur Einhaltung von Lieferterminen verändert und weiterentwickelt. Besonders herausfordernd ist aufgrund von stark verkürzten Produktlebenszyklen die Einführung neuer Produkte. Erschwerend kommt für die Halbleiterindustrie hinzu, dass es sich um einen äußerst komplexen Produktionsablauf handelt. Es müssen unter Umständen viele Produktionsschritte und teilweise mehrfach spezielle Anlagen durchlaufen werden. Außerdem entstehen während der Produktion teilweise erhebliche Ausschüsse durch unterschiedliche Standorte. Diese müssen gegebenenfalls durch bestimmte Produktionsmengen der Baugruppen beseitigt werden. Der umfassende Produktionsablauf bringt die derzeit existierenden Werkzeuge der Ablaufplanung an ihre Grenzen.

 

Ausgangssituation

Um die Aufgaben der Ablaufplanung zu erfüllen werden unterschiedliche Praktiken zur Anwendung gebracht. Als bewährt erwiesen haben sich in der Vergangenheit Methoden wie ganzzahlige Optimierung, Heuristiken oder Voraus- und Rückwärtsplanung um erste Lösungen zu generieren, die in iDev40 herangezogen werden. Das Planungsziel bestimmt folglich eine Vorwärts- oder Rückwärtsbetrachtung. Bei der Kapazitätsstrategie wird die Planungsphase vorwärts betrachtet, um die Spanne zwischen Start und Fertigstellung zu minimieren. Bei der Planung von Terminen wird hingegen rückwärtig geplant, um die garantierten Liefertermine einhalten zu können. Den größten Nachteil der gegenwärtig genutzten Produktplanungs- und Produktsteuerungsmethoden stellt die teils erhebliche Differenz zwischen Soll- und Ist-Plan dar. Geschuldet ist das der Vereinfachung der Produktionssysteme um Planungs- und Rechenzeit zu reduzieren. Für die Lösung komplexer Modelle werden vordergründig Methoden der Heuristik verwendet, diese haben auch bei umfangreichen Problemen zumutbare Laufzeiten. Um die Erhaltung konkreter Pläne zu gewährleisten, bedient man sich der diskreten ereignisorientierten Simulation. Diese beschäftigt sich mit der Problemlösung sehr komplexer Modelle. Ausgangspunkt für die durchzuführende Simulation ist ein bestimmter Produktionsablauf. Das Ergebnis trifft eine Aussage über die Realisierbarkeit des Ablaufs und der Termine. Bei Verneinung dieser muss mithilfe von systematischen Suchen ein potenzieller Produktionsplan erarbeitet werden. DES-Modelle spiegeln die Realität präzise wider und berücksichtigen die Varianz der realen Welt. Erwähnenswert ist auch die Vielfältigkeit der Modellierungen: Ressourcenbeziehungen, Wartungen und Ablauf-, Prioritäts- oder Rüstregeln.

 

Dilemma Rückwärtssimulation

Zum Einsatz kommen Simulationen und Heuristiken vordergründig zur Analyse und Lösung vorwärts gerichteter Prozessplanungen. In rückwärts gerichteten Prozessplanungen werden die genannten Methoden trotz der Vorteile die Simulationen bieten nicht verwendet. Vorwärts- und Rückwärtssimulation stellen dabei kein gegensätzliches Wertepaar dar. Beide Funktionen können nicht gegeneinander umgeklappt werden, sie können unterschiedliche Zustände zur selben Simulationszeit aufzeigen. Um die Sicherheit und Genauigkeit der Prozesspläne zu gewährleisten werden bei der rückwärtigen Simulation auch Teile der Vorwärtssimulation einbezogen. Bis dato sind noch keine relevanten Erfahrungen zum Thema Rückwärtssimulation in Kombination mit gleichzeitig detaillierter Wartungs- und Instandhaltung bekannt geworden. Dieser Problematik wird sich das Team rund um Prof. Dr. Christoph Laroque im gegenwärtigen Forschungsprojekt iDev40 stellen.