Entwicklung eines Customization Frameworks für cloudbasierte Shopfloor Management Systeme. Wie digitale Produkte für Kunden individualisierbar bleiben

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung und Motivation

1.1 Ziel der Arbeit

1.2 Methodik und Aufbau der Arbeit

2 Grundlagen zur Thematik

2.1 Definition Digitalisierung

2.2 Definition Industrie 4.0

2.2.1 Themenfelder und Strategie

2.2.2 Technologieansatz

2.3 Cloud Computing

2.3.1 Kernmerkmale von Cloud Computing

2.3.2 Betreibermodelle

2.3.3 Bereitstellungsmodelle

3 Herleitung der Framework-Methodik

3.1 Grundsätze der menschzentrierten Gestaltung

3.1.1 Partizipation der Nutzer

3.1.2 Iterativ zyklisches Vorgehen

3.1.3 Benutzerzentrierte Evaluation

3.1.4 Berücksichtigung der User Experience

3.1.5 Interdisziplinäre Kompetenzen

3.2 Phasen und Gestaltungsaktivitäten

3.2.1 Nutzenkontextanalyse

3.2.2 Anforderungsanalyse und -ermittlung

3.2.3 Entwurf von Gestaltungslösungen und Implementierung

3.2.3.1 Aufgabenangemessenheit

3.2.3.2 Selbstbeschreibungsfähigkeit

3.2.3.3 Steuerbarkeit

3.2.3.4 Erwartungskonformität

3.2.3.5 Individualisierbarkeit

3.2.3.6 Lernförderlichkeit

3.2.4 Evaluierung

3.3 Abgeleitete Framework-Struktur

4 Nutzenkontext

4.1 Systemumgebung

4.1.1 Schlanke Produktion

4.1.2 Shopfloor Management

4.2 Zielgruppe

4.2.1 Persona 1: Feinwerkmechanik Klein GmbH

4.2.2 Persona 2: Kaiser Metallverarbeitung Ulm GmbH

4.2.3 Persona 3: Groß Getriebe AG

4.2.4 Übersicht Persona

4.3 SFMS Digital Teamboard

4.3.1 Methodischer Ansatz

4.3.2 Systemarchitektur

4.3.2.1 Backend

4.3.2.2 Frontend

4.3.2.3 Bereitstellung

5 Anforderungsermittlung

5.1 Modularisierung

5.1.1 Funktionale Modularität: Funktionsumfang

5.1.1.1 Fixer Bereich

5.1.1.2 Nutzerverwaltung

5.1.1.3 Basiseinstellungen

5.1.1.4 Dashboard

5.1.1.5 Variable Bereiche

5.1.1.6 News

5.1.1.7 Maßnahmen

5.1.1.8 Problemlösung

5.1.1.9 KPI

5.1.1.10 Leistungsdialog

5.1.1.11 Qualifikationsmanagement

5.1.1.12 Schichtenplaner

5.1.1.13 Funktionale Abhängigkeiten

5.1.2 Bauliche Modularität: Architekturvarianten

5.1.2.1 Variantendefinition

5.1.2.2 Architektureigenschaften

5.1.2.3 Architektur 1: Public Cloud

5.1.2.4 Architektur 2: Private Fog

5.1.2.5 Architektur 3: Hybrid Fog

5.1.2.6 Übersicht und Vergleich

5.2 Standardisierung der Anforderungsadaption

5.2.1 Adaption des Funktionsumfangs

5.2.1.1 Erweiterungen der Funktionsmatrix

5.2.1.2 Schnittstellenmultiplikator

5.2.1.3 Berücksichtigung von funktionalen Abhängigkeiten

5.2.1.4 Ergebnis der Funktionsadaption

5.2.2 Anforderungsadaption durch Priorisierung von Systemeigenschaften

5.2.2.1 Erweiterungen der Eigenschaftsmatrix

5.2.2.2 Bewertungsverfahren der Eigenschaften

5.2.2.3 Anzahl der Schnittstellen als weitere Eigenschaft

5.2.2.4 Gewichtung

5.2.2.5 Gewichtete Bewertung

5.2.2.6 Ergebnis der Priorisierung

6 Implementierung

6.1 Eigenschaften des Konfigurators

6.2 Konfigurationsformular

6.3 Auswertung und Ergebnis des Konfigurators

7 Evaluation

7.1 Ergebnis für die Groß AG

7.2 Ergebnis für die KMU GmbH

7.3 Ergebnis für die Klein GmbH

7.4 Kritische Würdigung der Ergebnisse

8 Fazit und Ausblick

8.1 Ausblick

Zielsetzung & Themen

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Customization Frameworks für ein digitales Shopfloor Management System, um dessen Skalierbarkeit, Standardisierung und Flexibilität innerhalb einer cloudbasierten Systemarchitektur sicherzustellen und den Kunden bei der Konfiguration zu unterstützen.

• Herleitung eines menschzentrierten Framework-Modells basierend auf DIN EN ISO 9241-210.
• Analyse des Nutzenkontextes und Definition von Personas zur Zielgruppenbestimmung.
• Funktionale und architektonische Modularisierung sowie Standardisierung der Anforderungsadaption.
• Implementierung eines Konfigurators zur automatisierten, kundenspezifischen Systemauswahl.
• Evaluation des Konfigurators anhand verschiedener Unternehmensszenarien.

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 Einleitung und Motivation: Einführung in die Herausforderungen der Digitalisierung in der Industrie 4.0 und Zielsetzung der Arbeit zur Entwicklung eines Customization Frameworks.

2 Grundlagen zur Thematik: Definition der für die Arbeit relevanten Begriffe Digitalisierung, Industrie 4.0 und Cloud Computing.

3 Herleitung der Framework-Methodik: Vorstellung der Methodik der menschzentrierten Gestaltung nach DIN EN ISO 9241-210 und Ableitung der Framework-Struktur.

4 Nutzenkontext: Analyse der Systemumgebung (Shopfloor Management), Definition der Zielgruppe durch Persona-Szenarien und Vorstellung des SFMS Digital Teamboard.

5 Anforderungsermittlung: Funktionale Modularisierung des Systems und Herleitung von Architekturvarianten sowie Standardisierung der Anforderungsadaption.

6 Implementierung: Entwicklung des Produktkonfigurators zur Bereitstellung der Framework-Methodiken für den Kunden.

7 Evaluation: Validierung des Konfigurators anhand der zuvor definierten Persona-Szenarien.

8 Fazit und Ausblick: Zusammenfassendes Ergebnis der Framework-Entwicklung und Ausblick auf künftige technische Herausforderungen bei der Implementierung.

Schlüsselwörter

Shopfloor Management, Industrie 4.0, Cloud Computing, Customization Framework, Modularisierung, Anforderungsadaption, Digitale Transformation, Menschzentrierte Gestaltung, Konfigurator, Systemarchitektur, Fog Computing, Lean Production, Schnittstellenmanagement, Software as a Service.

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es in der Arbeit grundlegend?

Es geht um die Entwicklung eines Customization Frameworks, um ein digitales Shopfloor Management System flexibel, skalierbar und standardisiert für verschiedene Kundenanforderungen in einer Cloud-Umgebung bereitstellen zu können.

Was sind die zentralen Themenfelder?

Die zentralen Themen sind Shopfloor Management, Cloud Computing-Modelle, industrielle Modularisierung und nutzerzentrierte Systemgestaltung.

Was ist das primäre Ziel der Arbeit?

Das Ziel ist die Herleitung eines Frameworks, das es ermöglicht, digitale Shopfloor-Systeme durch einen Konfigurator so an die Kundenbedürfnisse anzupassen, dass sowohl funktionale Anforderungen als auch technische Rahmenbedingungen berücksichtigt werden.

Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?

Die Arbeit basiert primär auf dem menschzentrierten Gestaltungsprozess nach DIN EN ISO 9241-210 und nutzt Design Structure Matrices (DSM) zur Analyse funktionaler Abhängigkeiten.

Was wird im Hauptteil behandelt?

Der Hauptteil behandelt die theoretische Herleitung der Framework-Methodik, die Analyse des Nutzenkontextes, die funktionale und bauliche Modularisierung des Systems sowie die praktische Konzeption und Evaluierung eines Software-Konfigurators.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Wichtige Begriffe sind unter anderem Shopfloor Management, Cloud Computing, Customization Framework, Modularisierung, Anforderungsadaption und der menschzentrierte Gestaltungsansatz.

Warum ist das Fog-Modell für das Framework relevant?

Das Fog-Modell dient als Grundlage für die Architekturvarianten, da es die Flexibilität einer Cloud-Lösung mit der notwendigen lokalen Echtzeitverarbeitung industrieller Daten verbindet.

Welchen Zweck erfüllt der Konfigurator?

Der Konfigurator hilft Kunden dabei, aus dem funktionalen Funktionsumfang und verschiedenen Architekturvarianten (z. B. Public Cloud oder Hybrid Fog) eine valide und technisch realisierbare Systemkonfiguration zu wählen.

Wie werden funktionale Abhängigkeiten im Framework gehandhabt?

Diese werden mittels Design Structure Matrices (DSM) analysiert, um sicherzustellen, dass bei der Konfiguration automatisch notwendige Basismodule ergänzt werden, falls ein vom Nutzer gewähltes Modul davon abhängig ist.