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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO
Innovative Methoden der Zeitwirtschaft –von Industrial Engineering zu Industrial Data Science
1
Dr.-Ing. Julian Schallow
Institut für Produktionssysteme, TU Dortmund
Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 2
Vorstellung des IPS
Innovative Methoden zur Zeitermittlung
Zusammenfassung und Ausblick
Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 3
Vorstellung des IPS
Innovative Methoden zur Zeitermittlung
Zusammenfassung und Ausblick
Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO
Institutsleitung
Univ.-Prof. Dr.-Ing.
Jochen Deuse
4
Gegründet 2012
Forschung im Bereich Industrial
Engineering seit den 1980er
Jahren durch die Vorgänger-
lehrstühle LFV und APS
Aktuell ca. 40 wissenschaftliche
und technische Mitarbeiter der
Fachgebiete
Wirtschaftsingenieurwesen
Maschinenbau
Logistik
Informatik
Mathematik
Kooperation
Institut für Produktionssysteme (IPS) der TU Dortmund
4
Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO
Arbeitsgebiete des IPS
5
ArbeitssystemgestaltungArbeits- und Zeitstudium
Digitale Fabrik
Mensch-Roboter-
Kollaboration
Industrial Data ScienceFactory Dynamics
Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 6
Zeitwirtschaft – Kernaspekte und Zusammenspiel
II. Anforderungen und
Ermittlung
III. Integrierte Verwaltung
IV. Nutzung und
innovative Methoden
I. Grundaufbau und
Strukturierung
Prozessdaten-
management
Quelle: IPS Engineers GmbH
Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 7
Zeitwirtschaft – Kernaspekte und Zusammenspiel
II. Anforderungen und
Ermittlung
III. Integrierte Verwaltung
IV. Nutzung und
innovative Methoden
I. Grundaufbau und
Strukturierung
Prozessdaten-
management
Quelle: IPS Engineers GmbH
Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 8
Vorstellung des IPS
Innovative Methoden zur Zeitermittlung
Zusammenfassung und Ausblick
Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO
Methoden der Zeitermittlung
9
Methoden der Zeitermittlung
Ist-Zeiten
erfassen
Soll-Zeiten
ermitteln
Soll-Zeiten
vereinbaren
Anteile von
Zeitarten ermitteln
Ist-Zeiten
Durch
Messen
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Ist-Zeiten
Durch
Befragen
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Soll-Zeiten
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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO
Methoden der Zeitermittlung
10
Methoden der Zeitermittlung
Ist-Zeiten
erfassen
Soll-Zeiten
ermitteln
Soll-Zeiten
vereinbaren
Anteile von
Zeitarten ermitteln
Ist-Zeiten
Durch
Messen
erfassen
Ist-Zeiten
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Befragen
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zusammen-
setzen
Soll-Zeiten
durch
Berechnen
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Soll-Zeiten
durch
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Soll-Zeiten
durch
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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO
Planmäßig, unmittelbar zur
Erfüllung der Arbeitsaufgabe
Planmäßig, mittelbar zur
Erfüllung der Arbeitsaufgabe
Vorkommen oder Ablauf
nicht vorausbestimmt
planmäßiges Warten
störungsbedingte
Unterbrechung
Erholung infolge der Be-
anspruchung des Menschen
Mensch
im
Einsatz
außer
Einsatz
(längerfr.)
Betriebs-
ruhe
nicht erkennbar
Tätigkeit
Unterbrechung
der Tätigkeit
Haupttätigkeit
Nebentätigkeit
zusätzliche Tätigkeit
ablaufbedingtes
Unterbrechen
störungsbedingtes
Unterbrechen
Erholung
persönlich bedingtes
Unterbrechen
MH
MN
MZ
MA
MS
ME
MP
MX
11
Selbstaufschreibung
Betriebsdatenerfassung
8%
61%
21%
10%
Ablaufbed. Unter-
brechung
Haupttätigkeit
Störungsbed.
Unterbrechung
Neben
tätigkeit
Quelle: REFA
Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 12
Selbstaufschreibung
Tablets als Assistenzsystem
1. Soll-/Istzeit Vergleich
2. Hilfe-Funktion
3. Start-/Stopp Funktion
4. Visualisierte
Auftragsdetails
1
2
34
Quelle: Huppertz MSP
Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 13
Arbeitsplatz mit
Bilderkennung (OPTIMUM
datamanagement solutions
GmbH)
Qualitätskontrolle
Arbeitsfortschrittsbasierte
Montageanleitung
Zeitermittlung
Selbstaufschreibung
Optische Bilderkennung
Quelle: LP-Montagetechnik
Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO
Selbstaufschreibung
Zeitermittlung im IE-TC des IPS
14
Zeitstempel
Fertigmeldung
Anfangsbestand
Prozessdaten
Qualitätsdaten
Statusmeldungen
Eingangsdaten Auswertung
Nutzungsgrad
Auftragsstatus
Ausbringungsmenge
Stillstandszeiten
Bestände
Zykluszeiten/
Taktzeitspreizungen
MRK-Systeme
Verkettete manuelle Arbeitssysteme
Automatisierte SystemeAuftragsidentifikation
Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO
Nutzung bestehender Sensorik:
Einsatz von Low-Cost Sensorik:
Selbstaufschreibung
OEE-Ermittlung durch Sensorik
15
Kommunikations-
schnittstellenkarte
Ethernet
SCHULZ
Integrationsmodul
Sensormodul
RaspberryPi SenseHat
Trägheitsmesseinheit (IMU):
Beschleunigungs-
aufnehmer
Gyroskop
Magnetometer
Luftdrucksensor
Temperaturfühler
Feuchtigkeitssensor
Verfügbarkeitsverluste
Leistungsverluste
Qualitätsverluste
Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO
Selbstaufschreibung
Prädiktive Instandhaltung im Automobilbau
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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 17
Selbstaufschreibung
IoT Architekturen in der Anwendung
+ +
Low-Cost-Sensorkit IoT-Architektur Data Analytics Erhöhung der
Verfügbarkeit
Anwendung
Training
Sensordaten
SPS Daten
Daten-bereinigung
Daten-transoformation
Lernen des Modells
Anwenden
des Modells
Sensordaten
SPS Daten
historische
Datensätze
neu zu verarbeitender
Datensatz
Feature
Extractionund -Selection
Ergebnis-
ausgabeDaten-
bereinigung
Daten-transoformation
Feature Extraction
Sensorkits
Stör- und MeldesystemSteuerung
Instandhaltungssystem
e
Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO
Methoden der Zeitermittlung
18
Methoden der Zeitermittlung
Ist-Zeiten
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Soll-Zeiten
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Soll-Zeiten
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Anteile von
Zeitarten ermitteln
Ist-Zeiten
Durch
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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO
Methoden der Zeitermittlung
19
Methoden der Zeitermittlung
Ist-Zeiten
erfassen
Soll-Zeiten
ermitteln
Soll-Zeiten
vereinbaren
Anteile von
Zeitarten ermitteln
Ist-Zeiten
Durch
Messen
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Ist-Zeiten
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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 20
Systeme vorbestimmter Zeiten
Einsatz entlang des PEP
Functional BOM Engineering BOM Manufacturing BOM Manufacturing BOMProduktplanung Produktentwicklung Prozessplanung Produktion
Operation 1
…
Process 1
Process 3
Process 2
Operation 2
Operation 1
Operation 1
Operation 2
Process data structure
Part 1
…
Assembly 3
Assembly 2
Part 2
Part 1
Part 1
Part 2
Product data structure
Assembly1
”GBOP“
Reference scenario II
Reference scenario I
”PAI“
Implementation
in
Digital Factory
Implementation in
CAD environment
Pro
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Assembly time
Weight 15,5 kg
Consumed space 30 x 30 x 15 cm
Element count 23 St.
Category Make
Assembly Time
Torque 25 Nm
Additive Loctite
Sequence Indifferent
Add items 1x BGR 4711
4x Washer
2x Torus
2 Screws M10x100
Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO
Auszug relevanter CAD Attribute
mittels Creo-API oder XML-Import
21
DFMA
BewertungDFM
AZeitwer
tZeitanalys
e
Systeme vorbestimmter Zeiten
Integration von CAD- und Montageassistenten
Quelle: Forschungsprojekt ProMondi
Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO
Festlegung von Montagehemmnissen
und RahmenbedingungenDefinition der Montagereihenfolge
und resultierender Prozesse
22
eitwert
Systeme vorbestimmter Zeiten
Schlüsselfunktionen des Montageassistenten
Quelle: Forschungsprojekt ProMondi
Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO
Verwendung von unternehmens-
spezifischen Prozessbibliotheken
Feedback von Montagebewertung
und -zeiten
23
DFMA Bewertung
DFMA
DFMA Bewertung
Zeitwert
Zeitanalys
e
Systeme vorbestimmter Zeiten
Montagebewertung
Quelle: Forschungsprojekt ProMondi
Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO
Methoden der Zeitermittlung
24
Methoden der Zeitermittlung
Ist-Zeiten
erfassen
Soll-Zeiten
ermitteln
Soll-Zeiten
vereinbaren
Anteile von
Zeitarten ermitteln
Ist-Zeiten
Durch
Messen
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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 25
Prozesskette der Zeitwirtschaft
Datenbank
CAPP Knowledge
Formelbausteine
Grundbausteine
MTM-UAS
AA´s aus Zeitstudie
…
Analysen
MTM-UAS
Zeit-studien
Analysen
Normal-
arbeitsplan
Planzeit-bausteine
Zeitstudien
Datenbank I
Datenbank II
Datenbank …
Verwendung
Prozess-
aufnahme Zeitstudie PCO
Quelle: dmc-ortim GmbH
Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO
Methoden der Zeitermittlung
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Methoden der Zeitermittlung
Ist-Zeiten
erfassen
Soll-Zeiten
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Soll-Zeiten
vereinbaren
Anteile von
Zeitarten ermitteln
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Durch
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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 27
Vergleichen und Schätzen
Globale Planung mittels generischer Prozesslisten
”GBOP“
Reference scenario II
Reference scenario I
”PAI“
Implementation in
Digital Factory
Implementation in
CAD environment
Pro
du
ktd
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Pro
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ten
Product A Product BOP A Product B
Generic Bill of Processes
Product BOP B
Plant BOP 1 Plant BOP 2
Standard
Processes
Standard
Tool Requirements
source: Siemens PLM
Functional BOM Engineering BOM Manufacturing BOM Manufacturing BOMProduktplanung Produktentwicklung Prozessplanung Produktion
Quelle: Siemens PLM
Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 28
Vergleichen und Schätzen
Auswahl eines ähnlichen Bauteils mittels Data Mining
Auswahl der bevorzugten
produktspezifischen
Prozessliste
Detaillierte Darstellung
der produktspezifischen
Prozessliste
Bauteilzuweisung basierend auf
automatisierter Klassifikation
Quelle: Forschungsprojekt
ProMondi
Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 29
Vergleichen und Schätzen
Erzeugung des Montageplans
Verfeinerung des produkt-
spezifischen Prozessplans
Zuteilung und digitale Abbildung
eines initialen Montageplans
Quelle: Forschungsprojekt ProMondi
Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO
Methoden der Zeitermittlung
30
Methoden der Zeitermittlung
Ist-Zeiten
erfassen
Soll-Zeiten
ermitteln
Soll-Zeiten
vereinbaren
Anteile von
Zeitarten ermitteln
Ist-Zeiten
Durch
Messen
erfassen
Ist-Zeiten
Durch
Befragen
erfassen
Fre
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Soll-Zeiten
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Soll-Zeiten
durch
Berechnen
ermitteln
Soll-Zeiten
durch
Schätzen
ermitteln
Soll-Zeiten
durch
Simulation
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Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 31
Simulation –
Human- und Robotersimulation
Soll-Zeitbestimmung
Integrierte Ergonomiebewertung
Quelle: rorarob
Quelle: Forschungsprojekt KoMPI
Quelle: Forschungsprojekt KoMPI
Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 32
Eingangsgrößen:
Zykluszeit, Rüstzeit
Losgrößen
Störungen
…
Simulation
Materialflusssimulation
Ausgangsgrößen
Durchlaufzeit
Betriebsmittelauslastung
Personaleinsatzplanung
Pufferdimensionierung
…
0,0%
20,0%
40,0%
60,0%
80,0%
100,0%
Arbeitend
Wartend
Ausgefallen
Bsp. Auswertung der
Mitarbeiterauslastung
Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 33
Simulation
Dynamische Engpassprognose auf MES-Daten
Echtzeit-Entscheidungsunterstützung
Monitoring des Produktionssystems
Historische
Datensätze
Produktions-DB
Struktu-
rierte
Daten-
sätze
Lernen des Prognose-Modells
Sensordaten
SPS-Daten
Daten-
aufbereitung
Data Mining Modell-
erstellung & Evaluation
Verwendung des Prognose-Modells
Verwendung
des ModellsDatenaufbereitung
Sensordaten
SPS-Daten
Resultate
Prognose-
modell
Engpass-
vorhersage
Neue
Daten-
sätze
Simulation von Produktionssystemen
[Felsomat 2014]
Überwachtes Lernen
Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 34
Vorstellung des IPS
Innovative Methoden zur Zeitermittlung
Zusammenfassung und Ausblick
Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 35
Ausblick
Zeitdatenermittlung mittels Motion Capturing
Bewegungsnachahmung durch Roboter
Deep Learning
zur Bewegungsklassifikation
Inertiales Motion Capturing
Bewegungsnachahmung
durch Roboter
Motion Capturing
Quelle: Humanoid Robots Lab
Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO 36
Ausblick
Advanced Lean Production mittels Data Analytics
Dynamischer Engpass
Dynamische Engpassanalyse
Dr.-Ing. Julian Schallow – 04.07.2019www.IPS.DO
Strukturwandel im Ruhrgebiet:
Data Mining statt Coal Mining
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!
37
Kontakt:
Julian Schallow [email protected] 0231 9700 711
Institut für Produktionssysteme, TU Dortmund