Analyse und Entwicklung einer Prozesskette für die Prototypenfertigung auf Grundlage von Industrie 4.0-Paradigmen

Inhaltsverzeichnis

1. Einleitung

1.1 Motivation der Arbeit

1.2 Zielsetzung

1.3 Aufbau der Arbeit

2. Stand der Technik und Begriffsklärung

2.1 Begriffsgrundlagen: Prozess, Prozesskette, Prozessnetz

2.2 Produktentstehungsprozess und Prototypen

2.2.1 Produktlebenszyklusmodelle

2.2.2 Prototypen als Instrument zur Produktoptimierung

2.3 Anforderungen und Requirements Engineering

2.4 Industrie 4.0

2.4.1 Fünf Paradigmen der Industrie 4.0

2.4.2 Potentiale und Chancen für den Prototypenbau

2.5 Fertigungsverfahren im Prototypenbau und der Produktentwicklung

2.5.1 Einteilung der Fertigungsverfahren nach DIN 8580

2.5.2 Geeignete Verfahren für den Prototypenbau

3. Analyse des Markts für Prototypenbau

3.1 Use-Case-Diagramm der Unified Modelling Language

3.2 Beobachtbare Unternehmenskonzepte

3.2.1 Produktentwicklungsdienstleister

3.2.2 Prototypenhersteller mit Unterstützung in der Produktentwicklung

3.2.3 Fertigungsdienstleister

3.2.4 Vermittler

3.2.5 Vergleich der Konzepte

4. Anforderungsentwicklung für Produkt und Prozesskette

4.1 Produktanforderungen

4.1.1 Anforderungen an die Funktion

4.1.2 Anforderungen an die Lebensdauer

4.1.3 Anforderungen an die Entsorgung und Wiederverwertbarkeit

4.2 Prozesskettenanforderungen

4.2.1 Anforderungen an die Ökonomie

4.2.2 Anforderungen an die Ökologie

4.2.3 Anforderungen an den Datenschutz

4.2.4 Anforderungen durch den Gestaltungsrahmen Industrie 4.0

5. Konzeptionierung einer Prozesskette für die Prototypenfertigung

5.1 Prozesskettendokumentation

5.1.1 Anwendbare Modellierungssprachen

5.1.2 Vergleich und Auswahl der Modellierungsoptionen

5.1.3 Erweiterung der Modellierungssprache

5.2 Prozesskettenentwicklung

5.2.1 Grundlagen

5.2.2 Element Vermittlung

5.2.3 Element Fertigungsdienstleister

5.2.4 Element Prototypenhersteller

5.2.5 Element Produktentwicklungsdienstleister

6. Bewertung der entwickelten Prozesskette

6.1 Berücksichtigung von Produktanforderungen

6.2 Umsetzung der Prozessanforderungen

6.2.1 Ökonomische Eigenschaften

6.2.2 Ökologische Eigenschaften

6.2.3 Datenschutz

6.2.4 Industrie 4.0 Paradigmen

6.3 Prägende Anforderungen für die Prozesskettenentwicklung

7. Fazit und weiterer Forschungsbedarf

8. Literatur

Zielsetzung & Themen

Das Hauptziel dieser Bachelorarbeit ist die Entwicklung einer optimierten Prozesskette für die Prototypenfertigung unter Berücksichtigung moderner Industrie 4.0-Paradigmen. Forschungsleitend ist dabei die Frage, wie durch Automatisierung, Digitalisierung und eine veränderte Ablaufstruktur Medienbrüche minimiert und die Effektivität sowie Effizienz in der Prototypenentstehung gesteigert werden können, ohne die notwendige Flexibilität für individualisierte Kleinserien zu verlieren.

• Analyse und Kategorisierung bestehender Unternehmenskonzepte im Prototypenbau
• Methodische Ableitung von Anforderungen an Produkt und Prozess im Industrie 4.0-Kontext
• Modellierung einer durchgängigen, digitalisierten Prozesskette unter Verwendung von BPMN
• Bewertung des Prozessketten-Konzepts hinsichtlich ökonomischer und ökologischer Kriterien

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1. Einleitung: Dieses Kapitel motiviert die Arbeit vor dem Hintergrund der zunehmenden Marktdynamik und definiert die Zielsetzung zur Entwicklung einer prozesssicheren Kette für den Prototypenbau.

2. Stand der Technik und Begriffsklärung: Hier werden zentrale Begriffe wie Prozess, Prozesskette und Industrie 4.0 eingeführt sowie der Nutzwert von Prototypen in der Produktentwicklung erläutert.

3. Analyse des Markts für Prototypenbau: Es folgt eine Untersuchung verschiedener Unternehmenskonzepte (z.B. Dienstleister, Vermittler), um Best Practices und Schwachstellen in den aktuellen Abläufen zu identifizieren.

4. Anforderungsentwicklung für Produkt und Prozesskette: In diesem Teil werden spezifische Produktanforderungen und Prozesskettenanforderungen abgeleitet, die als Bewertungsmaßstab für das neue Konzept dienen.

5. Konzeptionierung einer Prozesskette für die Prototypenfertigung: Dieses Kapitel dokumentiert die methodische Entwicklung der Prozesskette unter Einsatz der BPMN-Notation und der Integration cloudbasierter Datenmodelle.

6. Bewertung der entwickelten Prozesskette: Abschließend wird die neue Prozesskette anhand der zuvor definierten Kriterien auf ihre Praxistauglichkeit und die Erfüllung der Industrie 4.0-Paradigmen geprüft.

7. Fazit und weiterer Forschungsbedarf: Zusammenfassung der Ergebnisse und Ausblick auf zukünftige Herausforderungen und Forschungsfelder.

Schlüsselwörter

Industrie 4.0, Prototypenbau, Prozesskette, BPMN, Anforderungsentwicklung, Digitale Fabrik, Cyber-physische Systeme, Additive Fertigung, Virtuelle Produktentstehung, Prozessmodellierung, Wirtschaftsinformatik, Innovationsmanagement, Requirements Engineering, Datenintegrität, Wertschöpfungsnetzwerk

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in dieser Arbeit grundsätzlich?

Die Arbeit fokussiert sich auf die Herausforderung, Fertigungsprozesse im Prototypenbau durch moderne Ansätze der Industrie 4.0 effizienter, transparenter und flexibler zu gestalten.

Welche zentralen Themenfelder werden bearbeitet?

Die Arbeit behandelt die Schnittstelle zwischen Produktentwicklung und Prototypenfertigung unter besonderer Einbeziehung von Digitalisierungstrends, Prozessoptimierung und modernen Modellierungsmethoden.

Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?

Ziel ist die Entwicklung einer durchgängigen, automatisierten Prozesskette, die durch den Einsatz von Paradigmen der Industrie 4.0 die bisherigen, oft manuellen und medienbruchbehafteten Prozesse im Prototypenbau verbessert.

Welche wissenschaftliche Methode wird zur Prozessabbildung verwendet?

Zur Modellierung der Prozessketten wird die "Business Process Model and Notation" (BPMN 2.0) eingesetzt, um eine präzise und ausführbare Darstellung von Informations- und Materialflüssen zu erreichen.

Was sind die wesentlichen Aspekte im Hauptteil der Arbeit?

Der Hauptteil gliedert sich in eine fundierte Marktanalyse existierender Dienstleister, die Ableitung eines Anforderungskatalogs für Prozessketten und die dedizierte Konzeption einer neuen, IT-unterstützten Prozesskette.

Welche Schlüsselbegriffe charakterisieren die Arbeit?

Zentrale Begriffe sind der "Digitale Zwilling", die vertikale und horizontale Integration, "Rapid Prototyping", "Anforderungsmanagement" und "Smart Services".

Wie unterscheidet sich diese Arbeit von klassischen Ansätzen des Prototypenbaus?

Im Gegensatz zu isolierten oder medienbruchbehafteten manuellen Abläufen integriert dieser Ansatz den Kunden und die gesamte Wertschöpfungskette durch cloudbasierte Datenhaltung und einen "Digitalen Zwilling".

Warum spielt der "Digitale Zwilling" eine so große Rolle im Modell?

Der digitale Zwilling dient als zentrales, konsistentes Abbild des Produkts über den gesamten Lebenszyklus hinweg, wodurch eine automatisierte Fertigung und kontinuierliche Optimierung erst ermöglicht werden.

Was bedeutet das "Pay-Per-Use"-Konzept im Kontext der Arbeit?

Es beschreibt ein Geschäftsmodell, bei dem der Kunde leistungsgerecht nur für die tatsächlich genutzten Ressourcen oder erbrachten Dienstleistungen bezahlt, was die finanzielle Hemmschwelle für Innovationen senkt.

Welche Grenzen der Automatisierung sieht der Autor im Prototypenbau?

Der Autor stellt fest, dass kreative Phasen wie die initiale Anforderungsanalyse und Konzeptfindung aufgrund ihrer hohen Komplexität und notwendigen Individualität nur schwer vollständig maschinell automatisierbar sind.