Problemstellung: Anlagenplanung im
Automobilbau

Die Marktanteile sind unter den weltweit führenden
Automobilherstellern hart umkämpft. Das führt zu Bestrebungen,
für jeden Kundenwunsch das passende
Produkt anzubieten und damit zu einer beispiellosen
Modelloffensive der einzelnen Hersteller. Neben innovativen
Baukastenkonzepten der einzelnen Fahrzeugentwicklungen
verlangt diese Strategie auch neue und
flexiblere Ansätze für die Fertigungsanlagen [5] [2].

Aufgrund der zunehmenden Komplexität und den steigenden
Investitionen bei automatisierten Fertigungsanlagen
stehen die Anlagenbetreiber (OEMs) vor der
Herausforderung, längere Betriebszeiten sowie die
Herstellung unterschiedlicher Modelle auf einer Anlage
zu ermöglichen [5].
Daraus folgt, dass Fertigungsanlagen in Zukunft flexibel
in Bezug auf Anpassungen an neue Anforderungen
der verschiedenen Produktgenerationen ausgelegt
werden müssen.

Damit eine Fertigungsanlage ihren Zweck optimal
erfüllt, müssen die technischen Anforderungen und
Konzepte vom Anlagenbetreiber in einem Anlagenplanungsprozess
definiert werden.
Mit steigenden Anforderungen an die Anlagen (Flexibilität,
Ausfallsicherheit, Automatisierung modernster
Fertigungsprozesse) steigen auch die Anforderungen
an die Anlagenplanung. Gleichzeitig erhöht die zunehmende
technologische Komplexität der einzelnen
Automatisierungslösungen den Planungsaufwand, da
Schnittstellen und Kompatibilität abgestimmt werden
müssen (siehe hierzu auch [4]).
Umauch weiterhin die Beeinflussung der Anlagenkonstruktion
durch den Anlagenbetreiber und dadurch das
Sicherstellen einer auf Einsatz und Kosten optimierten
Lösung zu ermöglichen, bedarf es neuer Ansätze für
die Anlagenplanung, die dieser steigenden Komplexität
Rechnung tragen.

Zielsetzung: Gezielte Vorgaben und
Wiederverwendung

Auch bei weiter steigender Komplexität von Produkt
und Anlagentechnik muss der Anlagenbetreiber in der
Lage sein, seine Anforderungen gegenüber dem Anlagenbauer
hinreichend genau zu formulieren.
Ziel ist es, neue Methoden zu finden, mit welchen die
Anlagenplanung in der Lage ist, die Konstruktion der
Anlage durch den Anlagenbauer genau an den Stellen
zu beeinflussen, die für den optimalen Einsatz von Bedeutung
sind. Alle anderen weniger entscheidenden
konstruktiven Teillösungen kann der Anlagenbauer
dann in Eigenregie erarbeiteten und im Pflichtenheft
darlegen.
Aufgrund der zunehmenden Anforderungen an die
Planung sollen die erarbeiteten Planungsinhalte für die
Abwicklung mehrerer Neu- und Umbauprojekte wieder
verwendbar sein.

Durchführung

Als Lösung zeichnet sich die Definition einer Planungsebene
ab, auf der viele technische Details einer konkreten
Lösung ausgeblendet werden können.
Dies eröffnet dem Planer die Möglichkeit, für ein bestimmtes
Problem einmalig eine detaillierte Lösung zu
erarbeiten und diese dann in einer wieder verwendbaren
„Planungskomponente“ (hier: Standard-Planungskomponente
(SPK)) zu spezifizieren.
Bei der Anforderungsdefinition für eine konkrete Anlagenplanung
muss sich der Planer dann nicht mehr mit
den Details auseinandersetzen, sondern braucht nur
noch die passende Komponente anhand ihrer Fähigkeiten
auszuwählen.

Methode: Abstraktion und Kapselung in Planungskomponenten

Die in diesem Ansatz entwickelte Standard-Planungskomponente
spezifiziert Anforderungen und Konzepte.
Ihr Zweck besteht darin, den Planer bei der Lastenhefterstellung
zu unterstützen, indem sie eine Art wiederverwendbare
Datenbasis für den Planungsprozess
darstellt. Daher ist sie weder ein fertiges Lastenheft,
noch eine bestimmte Realisierung im Sinne einer
Konstruktion oder eines Softwarebausteins.
Sie ist die Grundlage, auf der der Planer seine Abstimmungen
im Planungsprozess mit dem Ziel durchführt,
als Ergebnis dieser Abstimmung ein konkretes Lastenheft
zu erstellen.

Das bietet folgende Vorteile:

• Der Planer geht mit einer fertigen, standardisierten
  Lösung in den Abstimmungsprozess. Da für jedes
  Projekt unterschiedliche Rahmenbedingungen gelten,
  wäre ein vollständiges Lastenheft oft zu unflexibel.
• Durch die Planungskomponente schafft der Planer
  eine Plattform, auf der die Abstimmung über Forderungen
  der Instandhaltung und Realisierungsmöglichkeiten
  der Lieferanten stattfinden kann.
  Hierdurch wird die Position des Planers als Vordenker
  und Richtungsweiser gestärkt.
• Da die Planung und vor allem Umplanung von
  Anlagen in Zukunft noch an Bedeutung gewinnt,
  ist mit Hilfe der Planungskomponenten ein Anlagenkonfigurationsmanagement
  denkbar. Dadurch können Umbauten und Erweiterungen der Anlage
  auch bei komplexer Technik auf einfache und
  schnelle Art und Weise von der Planung überblickt
  und angestoßen werden.
• Durch die Flexibilität der Planungskomponenten
  ist Wiederverwendung möglich. Dadurch spart der
  Planer Zeit und die Lösungen stehen früher im Projektverlauf
  zur Verfügung.

Nach Favre-Bulle [3] ist eine allgemeine automatisierungstechnische
Komponente aus einem Leitrechner,
Sensorik und Aktorik sowie je einer Schnittstelle zum
Fertigungsprozess und einer Schnittstelle zur übergeordneten
Leitebene aufgebaut.
Darin integriert ist der Mensch, der Teilaufgaben im
Fertigungsprozess übernimmt und / oder diesen überwacht.

Aufgrund ihrer Allgemeinheit ist diese Definition gut
geeignet, die Struktur einer Standard-Planungskomponente
zu unterteilen. In Verbindung mit dem „Audi
Produktions System“ [1] rückt der Mensch in die Mitte
des Automatisierungssystems, wodurch die Bedeutung
einer nach ergonomischen Gesichtspunkten optimierten
Lösung unterstrichen wird.
Besonders im Montageprozess, in welchem nach wie
vor ein hoher manueller Arbeitsaufwand vorherrscht,
kann der Werker auf diese Weise gut in die Komponenten-
bzw. Anlagenstruktur integriert werden. Denn
zur Erreichung einer hohen Prozesssicherheit sowie
der Qualitätsziele muss der Planer besonderes Augenmerk
auf die Mensch-Maschine-Schnittstelle und die
Werkerführung legen.

Eine typische Planungskomponente ist zum Beispiel
ein Roboter, eine Schweißzange oder ein EC-Schraubsystem
(siehe Abb. 2).
Die Planungskomponenten werden anhand ihrer Fähigkeiten
beschrieben, wodurch die Auswahl einer
konkreten Komponente im Planungsprozess möglich
ist, ohne auf deren technische Realisierung eingehen
zu müssen.

Ziel bei der Spezifikation der Komponente ist es, eine
möglichst hohe Wiederverwendbarkeit zu erreichen.
Gegebenenfalls notwendige Varianten können dabei
bereits zu Beginn vorgesehen werden.
Diese Varianten sind ausschlaggebend für die Praktikabilität
des Ansatzes, da sich gezeigt hat, dass auch bei
einem im Unternehmen festgelegten Standard immer
wieder Änderungen und Anpassungen, beispielsweise
auf Grund von technologischen Innovationen, kultureller
Unterschiede oder verschiedenen technischen Lösungen,
an den Standorten notwendig sind.
Da das Standardisieren einer ganzen Planungskomponente
in Bezug auf die Wiederverwendung also oft
nicht zielführend erscheint, werden „Technologische
Module“ eingeführt, aus welchen eine Planungskomponente
aufgebaut ist.
Die technologischen Module realisieren die Fähigkeiten
einer Komponente und implementieren jeweils
eine inhaltlich abgeschlossene Teillösung.
Die Gesamtheit aller zusammengehörender technologischen
Module bildet eine Planungskomponente, wobei
unterschiedliche Varianten eines Moduls denkbar
sind.

Vorgehen: Anlagenplanung mit Planungskomponenten

Aufgabe der Anlagenplanung ist es, Konzepte zu erarbeiten,
Anforderungen zu benennen und diese in Lastenheften
zu dokumentieren. Um diese Aufgabe zu erfüllen, bedarf es
vieler Abstimmungen sowie eines disziplin- und
organisationsübergreifenden Verständnisses der jeweiligen
Erfordernisse. Damit der Anlagenplaner nicht nur als Mittler
zwischen den Fronten agiert und Gefahr läuft, durch die zunehmende
Komplexität den Überblick zu verlieren, ist die
Standard-Planungkomponente als zentrales Objekt im
Planungsprozess zu sehen, um das sich die jeweiligen
Abstimmungen drehen.
Besteht also beispielsweise die Aufgabe darin, einzelne
Takte einer Montagelinie mit einem EC-Schraubsystem
auszustatten, gehen die Anforderungen an die Anlage
aus den jeweilig zusammengestellten technologischen
Modulen hervor.

Diese und weitere Anforderungen müssen dann mit allen
betroffenen Bereichen abgestimmt werden.
Die Planungskomponente unterstützt diesen Abstimmungsprozess,
da sie viele der Anforderungen direkt
aufzeigt.
Dazu beinhaltet die Komponente neben der technologischen
Spezifikation auch einen Integrationsteil.
Abbildung 3 zeigt die beiden Teile der Planungskomponente
und gliedert diese in das Planungsvorgehen ein.

Im Verlauf des Planungsvorgehens werden nach Auswahl
der richtigen Modulvarianten durch den Planer
- gemäß Planungsauftrag - die notwendigen Anforderungen
an die Anlagenumgebung sofort deutlich. Die
Abstimmung über diese Anforderungen sowie sonstige
projektbezogene Abstimmungen bilden die Arbeitspakte,
die im Laufe der Anlagenplanung abgearbeitet
werden müssen.
Die Lastenhefte werden als Ergebnis der Planung aus
den Abstimmungen und den Standard-Planungskomponenten
erzeugt und dienen der formalen Dokumentation
der Inhalte sowie der Klärung der Kunden-/Lieferantenbeziehung.

Literaturverzeichnis

[1] AUDI AG: Audi Produktions System. APS Handbuch
2004.

[2] Bretthauer, G.; Westerhamp, D.: Automation Technology
2010: Challenges and Chances – Nine Theses
Concerning Future Development. In: Automatisierungstechnik
at 54, Heft 9, 2006,
S. 459 – 461.

[3] Favre-Bulle, B.: Automatisierung komplexer Industrieprozesse:
Systeme, Verfahren und Informationsmanagement,
Springer, 2004.

[4] Hirzle, A.; Garcia, A. A.; Burkhardt, A.: Steuerungstechnische
Standards als Fundament für die Leittechnik.
In: Automatisierungstechnische Praxis atp 50, Heft
9, 2008, S. 42 – 47.

[5] ZVEI (Hrsg.): Integrierte Technologie-Roadmap Automation
2015+. Frankfurt 2006.