Forschungsprojekt DeCap

Data Science und Künstliche Intelligenz in der fähigkeitsorientierten Produktentwicklung für eine nachhaltige Produktion
 

Die Materialzirkularität sollte mit minimalem Bearbeitungsaufwand auf einer hohen Produktstrukturebene erfolgen. Dies erfordert Design for Assembly, Disassembly and Reassembly (DfADR). Laut VDI/VDE 2206 benötigen Produktentwicklerinnen und -entwickler frühzeitig ein mentales Modell des Produktionssystems. Besondere Bedeutung haben hierbei die Fähigkeiten der Mitarbeiter in Montage, Demontage und Remontage (ADR). Diese Arbeitsschritte können nicht vollständig vorgeplant werden, sondern erfordern oft situative Entscheidungen. Entwicklerinnen und Entiwckler müssen daher klären: Reichen aktuelle Fähigkeiten aus, oder erfordert das Produkt spezifische Maßnahmen, um weitere Fähigkeiten auszubauen?

Der Ansatz Design for Capabilities (DeCap) ergänzt DfADR um hybride Entscheidungsunterstützung und kombiniert Simultaneous Engineering mit Data Science und Künstlicher Intelligenz (DS/KI). Es werden aktuelle Fähigkeiten bewertet und zukünftige Anforderungen auf Basis extremer Daten aus ADR-Prozessen antizipiert. Diese Fähigkeiten gelten als Restriktionen für nachhaltige Produktkonzepte und begrenzen den Lösungsraum. Grundfertigkeiten werden oft mit Indikatoren wie Methods-Time Measurement (MTM) gemessen, während situative Entscheidungen von Prozessdaten abhängen, die fehlerbehaftet und komplex sind. Im Projekt wird hierzu ein Metadatenmodell entwickelt, das Produkteigenschaften und Mitarbeiterfähigkeiten ontologiebasiert abgleicht. Dadurch wird Nachhaltigkeit in Produktentwicklung und Wiederaufbereitung frühzeitig gesichert. Produktkonzepte profitieren von der Analyse: Welche Kompetenzen müssen gestärkt werden, um wirtschaftliche Wiederaufbereitung zu ermöglichen? Hierzu werden menschliche Fähigkeiten aus extremen Daten extrahiert und semantisch angereichert.

Zie­le des For­schungs­pro­jek­tes

  • Evaluierung von datenbasierten DS/KI-Ansätzen zur Ableitung genauer Mitarbeiterfähigkeits-Beschreibungen aus extremen ADR-Daten
  • Matching zwischen spezifischen Produktmerkmalen innerhalb eines neuen Produktdesigns und erforderlichen Fähigkeiten zur ADR-Nutzung wissensbasierter DS/KI-Ansätze
  • Integrationskonzept für Informationsverarbeitung und methodische Ansätze zur Entscheidungsunterstützung im Design for ADR

Schwer­punk­te des For­schungs­pro­jekts

  • Analyse und Integration von Metadatenmodellen zur Abbildung von Produkteigenschaften, ADR-Prozessen und Fähigkeiten
  • Auswahl und Bewertung von DS/KI-Ansätzen zur Ableitung von Fähigkeiten aus Beobachtungs- und Trackingdaten
  • Prototypische Umsetzung zur datenbasierten Identifikation und semantischen Bündelung von Fähigkeiten
  • Lösungsansatz für hybride Entscheidungsunterstützung zur Bewertung alternativer Produktdesigns im Hinblick auf Zirkularitätsgrade
  • Durchführung von Simulationen und experimentellen Studien
     

Die Projektergebnisse werden die Produktentstehung zukünftig verbessern, ...

... da die im Unternehmen vorhandenen ADR-Fähigkeiten durch Verwendung extremer Daten bereits bei der Entwicklung neuer Produkte berücksichtigt werden können.
 

For­schungs­team

Prof. Dr.-Ing. Iris Gräß­ler

Professorin Dr.-Ing. Iris Gräßler ist Lehrstuhlinhaberin des Lehrstuhls für Produktentstehung am Heinz Nixdorf Institut sowie Mitglied des Instituts für Leichtbau mit Hybridsystemen der Universität Paderborn.

Prof. Dr.-Ing. Pe­ter Ny­huis

Professor Dr.-Ing. Peter Nyhuis ist stellvertretender Geschäftsführer des Instituts für Fabrikanlagen und Logistik der Leibniz Universität Hannover sowie Teil des Vorstands des Produktionstechnischen Zentrum Hannover (PZH).

Prof. Dr.-Ing. Matt­hi­as Schmidt

Professor Dr.-Ing. Matthias Schmidt ist Leiter des Instituts für Fabrikanlagen und Logistik der Leibniz Universität Hannover.

Fe­lix Vol­lenkem­per, M.Sc.

Heinz Nixdorf Institut, Lehrstuhl für Produktentstehung

Tho­mas Hes­se, M.Sc.

Heinz Nixdorf Institut, Lehrstuhl für Produktentstehung

Tim Mei­ne­ke, M.Sc.

Institut für Fabrikanlagen und Logistik, Leibniz Universität Hannover

Pu­bli­ka­ti­o­nen & re­le­van­te Vor­pu­bli­ka­ti­o­nen

Titel

Autor

DOI

Integrating human factors in the model-based development of cyber-physical production systems I. Gräßler, D. Wiechel, D. Roesmann doi.org/10.1016/j.procir.2021.05.113
Human Factors in der integrierten Produktentwicklung I. Gräßler, D. Roesmann, J. Pottebaum doi.org/10.1515/zwf-2023-1029
Approach for determining functional flexibility of the workforce based on training losses and employee specific risks J. Ast, P. Nyhuis doi.org/10.1016/j.procir.2022.05.072