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AAuuttoommaattiissiieerrttee IInndduussttrriieepprroozzeessssee
SprSinpgrienrg-VereWrliaegn NW eiweYn oGrkm bH
Univ.-Prof. DI Df. Geffried Zeichen
Univ.-Ass. DI Df. Karl FtifSt
Institut fUr flexible Automation, Technische Universităt Wien, bsterreich
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© 2000 Springer-Verlag Wien
Urspriinglich erschienen bei Springer-Verlag Wien New York 2000
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Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme
Ein Titelsatz fUr diese Publikation ist bei
Der Deutschen Bibliothek erhăltlich
ISBN 978-3-211-83560-9 ISBN 978-3-7091-6348-1 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-7091-6348-1
Vorwort
Hermann Simon und Tom Cannon haben mit Ihren Buchern: "Hidden
Champions" bzw. "Welcome to the Revolution" in vorbildlicher Weise
erfolgreiche Fuhrungsprinzipien der Industrie aus der Sicht der Unterneh
mensstrategien und Managementmethoden publiziert und mit beweisen
den Beispielen aus der Praxis untermauert. Ihre branchenubergreifenden
AusfUhrungen haben uns angeregt, auch fur die planenden und opera
tiven Industrieprozesse die vernetzten Zusammenhange zu untersuchen
und allgemein gUltige Thesen zu entwickeln.
In unseren Vorlesungen uber Flexible Automation, Prozessleittechnik
und Qualitatssicherung an der Fakultat Elektrotechnik und Informations
technik der TU-Wien sowie in vielen Diplom- und Dissertationsprojek
ten mit der Industrie arbeiten wir seit Jahren an der Umsetzung und
Beherrschbarkeit technologischer und wettbewerbsbestimmter Neuerun
gen und der damit unvermeidbaren Defizite in industriellen Prozessen.
1m vorliegenden Buch fassen wir mehrere unserer Erkenntnisse zu
sammen und verfolgen dabei im Prinzip zwei neue Ansatze: Zum ersten
sind es Analogien zwischen den klar definierbaren technischen Prozesspa
rametern wie Geometrie, Druck, Temperatur, Produktivitat etc. einer
seits und schwer quantifizierbaren Prozesseigenschaften wie z.B. Design,
Flexibilitat, Kundennutzen, Belastbarkeit etc. andererseits.
Wir haben festgestellt, dass diese schwer quantifizierbaren Prozes
sparameter sehr groBen Einfluss auf den industriellen Erfolg haben und
zeigen hier erstmals die Moglichkeit auf, diese Parameter mit Analogien
aus der exakten Sensorik und Aktorik beherrschbar zu machen. (siehe
Kapitel 4.5 und Kapitel 5.6)
Zum zweiten beschaftigen wir uns in unserem Buch mit dem konse
quenten Einsatz der Informationstechnik zur Vernetzung der rein techni
schen Funktionen mit den wirtschaftlichen und sozialen Notwendigkeiten
v
VI
des industriellen Unternehmens. Fur diesen Ansatz zeigen wir im Kapi
tel 6 die groBe infromationstechnische Verantwortung der technischen
Produktplanung und beschreiben im Kapitel 7 einige diesbezugliche, in
Entwicklung befindliche, "Decision Support Tools".
Wir wid men die Dokumentation in erster Linie unseren derzeitigen
und ehemaligen Studenten, insbesondere den Horern der Vorlesung "Fle
xible Automation" und "Prozessleittechnik". Sie mogen an Hand dieses
Buches die vernetzten Zusammenhange im industriellen Teamwork ver
stehen und wiederholen konnen.
Wir widmen dieses Buch aber auch der osterreichischen Industriellen
vereinigung (siehe Seite 207) und jenen Industrien, die die Institutsarbeit
an der Fakultat fur Elektrotechnik durch vertrauensvolle Zusammen
arbeit bei Forschungsprojekten unterstutzt haben, besonders FESTO,
Deutschland und Osterreich und ROCKWELL AUTOMATION, USA.
Sie sind Vorbilder fUr die multidisziplinare Zusammenarbeit.
Zur Verbesserung des Verstandnisses werden Schema, Bilder und ei
nige Fotos von Beispielen angeboten, die in abstrahierter Form das allge
mein GUltige betonen. Diese Darstellungen wurden von unseren Kollegen
Thomas Berndorfer, Stefan Chroust und Gerhard Schuchnigg gezeich
net. Fur das wichtige Kapitel 3.5 Modellierung und Simulation hat Dr.
Markus Vorderwinkler von unserer befreundeten Forschungsgesellschaft
PROFACTOR in Steyr, Oberosterreich (siehe Seite 209) , essentielle
Beitrage beigesteuert. Die Assistenten der Gruppe IKON (Intelligente
Konstruktion, siehe Seite 208) haben wertvolle Beitrage zu den Kapi
teln 6 und 7 geliefert.
Zusammenhange zu gestalten, sollte nicht nur der technokratischen
Verantwortung wegen interessant sein. Es sollte auch Freude machen,
wenn technisches und humanistisches Arbeitswissen gemeinsam an der
Losung gesellschaftlicher Herausforderungen arbeiten. In diesem Sinne
soli das Buch, geschrieben von zwei Ingenieuren, auch ein Angebot an
Organisations-, Wirtschafts- und Sozialwissenschafter in der Industrie
und fUr die Industrie sein.
Wien, im Juli 2000
Gerfried Zeichen, Karl Furst
VIII
Die Industrie braucht kluge Kopfe und zuverlassige Aktoren ...
IX
... und beherrschbare Prozesse!
Inhaltsverzeichnis
1 Ziele des Buches 1
2 Methodische Engineeringprozesse 5
3 Industrieprozesse als komplexe Systeme 17
3.1 Grundlagen und Definitionen . . . . . 18
3.2 Das Ebenenmodell . . . . . . . . . . . 25
3.3 Horizontale und vertikale Regelkreise . 29
3.4 Taylorismus versus Holistic Engineering 37
3.5 Modellierung und Simulation von Prozessen . 40
3.5.1 Grundlagen und Definitionen 41
3.5.2 e-Prototyping ohne reale Grenzen . . 50
3.5.3 Iterative Prozessverbesserung durch Simulations-
einsatz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 51
3.5.4 Vorgehensmodell zur DurchfUhrung einer Simu
lationsstudie . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 54
3.5.5 Beispiel einer Simulationsstudie fUr einen Mon
tageprozess. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 56
3.5.6 Theoretische Prozessanalyse eines kontinuierlichen
Prozesses . . 59
3.5.7 GLitekriterien................... 62
4 Sensoren:
Erkennen - Erfassen - Bewerten 67
4.1 Ubersicht Sensorische Prozesserfassung . . . . . . . .. 67
4.2 Einbindung von Sensoren in kontinuierliche Verfahrens-
und diskontinuierliche Fertigungsprozesse 74
4.3 Sensorklassifikation und -definition 77
XI
XII INHAL TSVERZEICHNIS
4.4 Sensorik fur die Feldebene . . . . . . . . . . . . . . 80
4.4.1 Einzelgeometriesensorik . . . . . . . . . . . 80
4.4.2 Integrale geometrische GroBen (Bildsensorik) 83
4.4.3 Temperatursensorik .......... 87
4.4.4 Druck- und Durchflussmengensensorik . 90
4.4.5 Prasenzdetektoren/Stuckzahlsensorik . 95
4.4.6 Sensoren fur chemische GroBen . . . . 97
4.5 Erkennen und Bewerten der schwer quantifizierbaren Kenn
groBen von Industrieprozessen . . . . . . . . . . . . .. 99
5 Aktoren, Mechatronik, Roboter:
Agieren - Handeln - Steuern 105
5.1 Grundlagen, Definitionen und KenngroBen. . . . . . . . 106
5.2 Direkte Aktoren fur Materialfluss- und Materialbehand-
lungsprozesse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110
5.3 Direkte Aktoren fur die Beeinflussung von Energiestromen 116
5.4 Zusammengesetzte Mechatronische Aktoren 119
5.5 Das Aktorsystem Roboter . . . . . . . . . . . . . .. 123
5.5.1 Robotikgrundlagen und -definitionen ..... 123
5.5.2 Charakteristische Anwendungen und Beispiele . 135
5.6 Aktoren fUr Informationsprozesse ........... 141
6 I nformationsprozesse:
Entwickeln - Planen - Organisieren 145
6.1 Grundlagen und Definitionen . . . 147
6.2 Kernprozesse ........... 148
6.2.1 Produkt- und Prozessentwicklung 148
6.2.2 Unternehmensplanung 152
6.2.3 Organisationsplanung 155
6.2.4 Logistik ........ 158
6.3 Informationssysteme ..... 161
6.3.1 Computer Aided Design (CAD) 162
6.3.2 Computer Aided Manufacturing (CAM) 166
6.3.3 Computer Aided Planning (CAP) .. 167
6.3.4 Dokumentenmanagement (OM) . . . 168
6.3.5 Workflowmanagement (WM, WFM) 170
6.3.6 Projektmanagement (PM) ..... 172
6.3.7 Produktdatenmanagement (PDM) 174
INHAL TSVERZEICHNIS
XIII
6.3.8 Enterprise Resource Planning (ERP) ... 177
6.3.9 Supply Chain Management (SCM) .... 179
6.3.10 Computer Aided Quality Assurance (CAQ) 181
6.3.11 Informationssysteme zur Vetriebsunterstutzung (CAS.
SFA. CRM) 182
6.4 Systemintegration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183
7 Entscheidungstools:
Entscheiden - Fiihren 187
7.1 Entscheidungstools fUr die Produkt- und Prozessentwick-
lung ........................... 187
7.1.1 IDS - Konstruktionsbegleitende Kalkulation . . . 187
7.1.2 Beispiel: DEXPERT - Expertensysteme im CAD-
Bereich . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189
7.2 Entscheidungstools fUr die Unternehmensplanung . 193
7.2.1 Beispiel: Optimaler Betriebspunkt . . . . . 195
7.3 Entscheidungstools fur den Verkauf . . . . . . . . 196
7.3.1 Beispiel: Projekt KnowingPlant - Unterstutzung
im Anlagengrobentwurf . . . . . . . . . . . . . 197
8 Basisliteratur 201
9 Schlusswort und Sparringpartner 205
