No abstract

On the one hand, Industry 4.0 provides possibilities to address arising challenges such as globalisation, individualisation and shortening product lifecycles. On the other hand, it also increases changes and challenges in planning and operation processes of production systems.The paper discusses the changes in digital work in the areas of planning, operating and improving smart production systems. Current research approaches show that especially in planning processes and supportive tasks a high dynamic is evident, but also the work on the shop floor is changing. Automation technology and intelligent algorithms as a base for production planning and control up to factory-as-a-service concepts reduce operational room for manual actions, but require new digital planning, implementation and maintenance tasks. Furthermore, technologies like cobots enable new forms of flexible coexistence between human and machine in production systems. Due to the increasing complexity of products and production systems, conventional improvement approaches from the fields of Lean Management and Six Sigma are reaching their limits, as the analyses are often limited to simple relationships and correlations. Data science in the industrial environment enables new opportunities to analyse large volumes of data to identify multivariate patterns and correlations. All of this leads to new requirements for competences, roles and work organisation.

Product life cycles change, market developments and quantities are increasingly difficult to predict, as is the case in the production of charging stations. For these reasons, scalable assembly concepts with an adaptable degree of automation are becoming increasingly important. Currently, charging stations are still manufactured manually. With increasing quantities, however, manual production is no longer economical. New technologies such as lightweight robotics offer a great potential for making production more flexible in terms of quantity. At the same time, new challenges arise because these requirements must be taken into account from the very beginning of product development and process planning. Currently, there are no planning approaches and recommendations for action that take this into consideration. Therefore, the research project “Simultaneous product and process development of a charging station outlet module suitable for automation” (SUPPLy) develops an integrated, digital and simultaneous product and process development of a modular charging station suitable for automation. The aim of the project is to develop an assembly process which enables an economic production of charging stations in case of fluctuating sales figures. The focus is not only on changes in the production process but also on a product design that is suitable for automation. The paper presents the ideas on a conceptual level.

Die Entwicklung hin zu individualisierten Produkten stellt insbesondere den Hochlohnstandort Deutschland in Bezug auf die Variabilität in den Produktionsprozessen vor neue Herausforderungen (Delang et al. 2017). Diese können durch konventionelle Automatisierungslösungen aufgrund hoher Flexibilitätsanforderungen nicht bewältigt werden (Berg/Reinhart 2017). Ein großes Potenzial hingegen verspricht eine engere Zusammenarbeit zwischen Mensch und Roboter, die bis zur Interaktionsform Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) ausgeprägt werden kann (Müller et al. 2019). Die zu diesem Zweck entwickelten Leichtbauroboter (LBR) rücken daher im Zuge der Digitalisierung und Industrie 4.0 verstärkt in den Fokus. Die Anwendungen solcher Systeme in der Industrie nehmen stetig zu, sind jedoch in den Unternehmen noch nicht flächendeckend verbreitet (Oubari et al. 2018; Selevsek/Köhler 2018). Als Gründe sind insbesondere aufwändige Planungsprozesse, die für einen wirtschaftlichen Einsatz von Arbeitsplätzen mit MRK heute noch zwingend erforderlich sind, zu nennen (Ranz et al. 2017). Eine im Rahmen des Forschungsvorhabens „KoMPI“ entwickelte digitale Planungsunterstützung für hybride Arbeitssysteme verkürzt diesen Planungsprozess (BMBF 2017). Die Basis der Planungsunterstützung bildet die Software „ema Work Designer“, welche ein realitätsgetreues Abbild von MRK-Systemen ermöglicht. Ziel der Nutzung einer digitalen Simulation ist die zielgerichtete Konzeption der Schnittstellen zwischen Mensch, Technik und Organisation. Auf diese Weise sollen die Stärken des Menschen wie Flexibilität, Kreativität und Sensitivität mit den Vorteilen des Roboters wie Kraft, Ausdauer und Präzision kombiniert werden, sodass ein sicheres und wirtschaftliches System entsteht. Die Planungsunterstützung ist in ein ganzheitliches Planungskonzept eingebunden, das alle Interaktionslevel von der Koexistenz bis hin zur Kollaboration berücksichtigt (vgl. Bauer et al. 2016). Zur Sicherung der Anwendungsfreundlichkeit und Eignung für KMU fand während der Entwicklung der einzelnen Schritte ein intensiver Austausch mit Anwenderunternehmen statt.