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Flexible Automation and Intelligent Manufacturing: Establishing Bridges for More Sustainable Manufacturing Systems

Proceedings of FAIM 2023, June 18–22, 2023, Porto, Portugal, Volume 2: Industrial Management

  • 2024
  • Buch

Über dieses Buch

Dieses Buch berichtet über Spitzenforschung und Entwicklungen in der Fertigung und legt dabei besonderen Wert auf Lösungen, die Automatisierung, Nachhaltigkeit und Gesundheit, Sicherheit und Wohlbefinden am Arbeitsplatz fördern. Themen sind Analyse und Optimierung von Fertigungsprozessen, Supply Chain Management, Qualitätskontrolle sowie menschliche Faktoren und Logistik. Sie beleuchten die Rolle und Vorteile intelligenter Systeme und Technologien und diskutieren aktuelle Best Practices und Herausforderungen, mit denen wir in naher Zukunft fertig werden müssen. Auf der Grundlage der 32. Ausgabe der Internationalen Konferenz über flexible Automatisierung und intelligente Fertigung, FAIM 2023, die vom 18. bis 22. Juni 2023 in Porto, Portugal, stattfand, bietet dieser zweite Band eines zweibändigen Sets Wissenschaftlern und Fachleuten umfassende Informationen über innovative Strategien für industrielles Management im Zeitalter der Industrie 5.0.

Inhaltsverzeichnis

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  1. Frontmatter

  2. Maintenance

    1. Frontmatter

    2. Maintenance Strategy Selection: An Approach Based on Equipment Criticality and Focused on Components

      Humberto Nuno Teixeira, Isabel Silva Lopes, Rafael Nunes Pires
      Das Kapitel stellt einen neuartigen Ansatz für die Auswahl der Wartungsstrategie vor, der Gerätekomponenten auf der Grundlage kritischer und quantitativer Kriterien priorisiert. Im Gegensatz zu komplexen Methoden wie RCM vereinfacht dieser Ansatz den Prozess, indem er Daten verwendet, die üblicherweise in CMMS-Systemen aufgezeichnet werden. Die Methodik umfasst die Klassifizierung von Vermögenswerten in Kategorien auf der Grundlage von Ausfallfolgen und Unterkategorien auf der Grundlage quantitativer Kriterien wie Korrekturmaßnahmen, Ausfallzeiten und Wartungskosten. Decision-Making Grids (DMGs) werden eingesetzt, um die gemeinsame Analyse von Entscheidungskriterien zu unterstützen und Instandhaltungsstrategien festzulegen. Die Methodik wurde durch eine Fallstudie in einer Produktionsstätte validiert, die ihre Wirksamkeit bei der dynamischen Unterstützung von Wartungsplanung und Strategieanpassungen zeigte. Das Kapitel schließt mit der Hervorhebung der Vorteile der Methodik, einschließlich ihrer Anpassungsfähigkeit, Einfachheit der Integration in CMMS und der Fähigkeit, Wartungsstrategien auf Komponentenebene schnell zu definieren.
    3. A Model Identification Forensics Approach for Signal-Based Condition Monitoring

      Masoud Jalayer, Ardeshir Shojaeinasab, Homayoun Najjaran
      Das Kapitel führt einen forensischen Ansatz zur modellgestützten Zustandsüberwachung ein, der sich auf die Gesundheit von Maschinen und Robotern im industriellen Umfeld konzentriert. Sie unterstreicht die entscheidende Rolle der Zustandsüberwachung für die Betriebssicherheit, die Systemleistung und die Lebensdauer der Anlagen. Der Aufsatz behandelt zwei zentrale Herausforderungen: Feature Engineering und Modelloptimierung sowie die Erklärbarkeit von Entscheidungen, die durch maschinelles Lernen oder Deep Learning Agents getroffen werden. Verschiedene Methoden der Feature-Extraktion werden diskutiert, darunter statistische Merkmale, Zeit-Häufigkeits-Analysen und Empirical Mode Decomposition. Das vorgeschlagene Rahmenwerk verwendet Shapley Additive exPlanations (SHAP), um die Transparenz von Entscheidungen und die Erklärbarkeit von Modellen zu verbessern. Das Framework umfasst Feature-Extraktion, Fehlerdiagnose mittels einer dualdirektionalen Convolutional Long-Short-Term Memory (CLSTM) -Architektur, einen XAI-basierten Modelloptimierer und ein signalbasiertes CM-Interpretationssystem. Experimentelle Ergebnisse zeigen die Effektivität der vorgeschlagenen Methode bei der Reduzierung von Dimensionalität, Komplexität und der Verbesserung der Diagnoseleistung auf verschiedenen Datensätzen. Das Kapitel schließt mit der Betonung der Bedeutung von Maschinen und robotergestützter Zustandsüberwachung und des Potenzials des vorgeschlagenen Ansatzes für leichtgewichtige CM-Lösungen in Online- und Edge-Computing-Systemen.
    4. Specification of a Collaborative Platform for Intercompany Maintenance Information Sharing: A Case Study

      Pedro Pinto Martins, Isabel da Silva Lopes, Humberto Nuno Teixeira, Marco Ferreira
      In diesem Kapitel werden die Spezifikationen einer kollaborativen Plattform zur Erleichterung des unternehmensübergreifenden Informationsaustauschs über die Wartung vorgestellt, wobei der Schwerpunkt auf einem Holzderivateunternehmen liegt, das weltweit mehrere Anlagen betreibt. Die Plattform zielt darauf ab, Wissen unter Instandhaltungstechnikern und Entscheidungsträgern zu erfassen und zu verbreiten und dabei Industrie-4.0-Konzepte wie datengestützte Entscheidungsfindung und fortschrittliche Informationstechnologien zu nutzen. Die Studie unterstreicht die Notwendigkeit einer verbesserten Datenqualität und die potenziellen Vorteile gemeinschaftlicher Arbeit bei der Verbesserung der Wartungsleistung und Zuverlässigkeit. Das Kapitel enthält auch eine detaillierte Analyse der Anforderungen der Plattform, der Informationsarchitektur und der Prototypenentwicklung, wobei die praktischen Anwendungen und potenziellen Auswirkungen der vorgeschlagenen Lösung dargestellt werden.
    5. Development and Implementation of Autonomous and Preventive Maintenance in the Rubber Area of a Cork Industry

      António Henriques, Ana Luísa Ramos, Liliana Ávila, João Matias
      Das Kapitel stellt einen umfassenden Ansatz zur Verbesserung der Wartungspraxis im Kautschukbereich einer Korkindustrie durch die Umsetzung der Prinzipien der Total Productive Maintenance (TPM) dar. Es beginnt damit, die entscheidende Rolle der Wartung bei der Steigerung von Produktivität, Produktqualität und pünktlicher Lieferung hervorzuheben. Die Autoren stellen die autonome und vorbeugende Wartung als wichtige Säulen der TPM vor und erklären, wie diese Vorgehensweisen die Effizienz der Ausrüstung optimieren und Ausfallzeiten minimieren können. Die angewandte Methodik umfasst Aktionsforschung und partizipatorische Beobachtung, die ein tiefes Verständnis der Produktions- und Wartungsprozesse ermöglichen. Die Fallstudie beschreibt die Entwicklung und Umsetzung von Plänen für autonome Instandhaltung (AM) und vorbeugende Instandhaltung (PM), einschließlich Gerätecodierung, Schulung des Bedienpersonals und Planung von Wartungsaktivitäten. Die Ergebnisse zeigen eine deutliche Verringerung der Interventionsanfragen und eine Erhöhung der Verfügbarkeit von Ausrüstung, was die Wirksamkeit der TPM-Prinzipien unterstreicht. Das Kapitel schließt mit der Hervorhebung der Vorteile von TPM, während gleichzeitig die während des Projekts aufgetretenen Herausforderungen und Beschränkungen anerkannt werden.
    6. Analysis and Improvement of the Maintenance Activity in the Molding Process of a Company in the Cork Industry

      Gonçalo Silva, Liliana Ávila, Carina Pimentel, João C. Matias
      Das Kapitel konzentriert sich auf die Analyse und Verbesserung der Instandhaltungsaktivitäten im Formpressverfahren eines Korkunternehmens. Es führt die Prinzipien der totalen produktiven Instandhaltung (Total Productive Maintenance, TPM) und der schlanken Wartung ein, um Herausforderungen wie schlechte Wartung von Geräten und ineffiziente Arbeitsabläufe zu bewältigen. Die Studie umfasst einen Fallstudienansatz, bei dem anfängliche Probleme diagnostiziert und gezielte Verbesserungsmaßnahmen umgesetzt wurden. Zu diesen Maßnahmen gehörten die Erstellung standardisierter Wartungspläne, die Verbesserung der Kommunikation zwischen Bedienern und Technikern und die Änderung des Gerätelayouts. Die Ergebnisse zeigten einen Trend zur Verbesserung der Wartungs-KPIs wie Gesamtausrüstungseffektivität (Overall Equipment Effectiveness, OEE), Mean Time Between Failure (MTBF) und Mean Time Between Repair (MTTR). Das Kapitel schließt mit einer Diskussion über die Bedeutung der Kommunikation und die Abstimmung mit den organisatorischen Zielen für eine effektive Wartung sowie über mögliche zukünftige Verbesserungen und den Wert der Zusammenarbeit zwischen Industrie und Universität.
    7. Using Process Mining as a Tool for Process’ Digital Twin to Perform Strategic Maintenance Decisions

      Cleiton Ferreira dos Santos, Alef Berg de Oliveira, André Luiz Micosky, Eduardo de Freitas Rocha Loures, Eduardo Alves Portela Santos
      Dieses Kapitel befasst sich mit der Anwendung von Process Mining als strategisches Werkzeug innerhalb des digitalen Zwillingsrahmens zur Verbesserung von Wartungsentscheidungen. Zunächst wird die Bedeutung datengetriebener Entscheidungen in modernen Industrien hervorgehoben und die Rolle von Process Mining und digitalen Zwillingen bei der Optimierung von Instandhaltungsstrategien hervorgehoben. Das in diesem Kapitel vorgeschlagene Rahmenwerk leitet den Erwerb und Verbrauch von synthetischen Ereignisprotokollen und nutzt multikriterielle Entscheidungsmethoden, um verschiedene Wartungsszenarien zu analysieren und zu vergleichen. Eine Fallstudie, die einen diskreten Herstellungsprozess umfasst, zeigt die Wirksamkeit des Rahmenwerks auf und zeigt, wie unterschiedliche Gewichtungen von Kriterien zu unterschiedlichen Wartungsmaßnahmen führen können. Das Kapitel schließt mit der Erörterung der Vorteile und Grenzen des vorgeschlagenen Ansatzes und schlägt zukünftige Richtungen für Forschung und praktische Umsetzung vor.
    8. Interoperability Assessment Model in Industrial Maintenance According to Digital Twin Concept Based on Multicriteria Decision Support Methods

      Alexandre Helmann, Ricardo Pacheco Leal Junior, Lucas Raduy Gomes de Camargo, Leonnardo Massimo Tiepolo, Fernando Deschamps, Eduardo de Freitas Rocha Loures
      Dieses Kapitel befasst sich mit der Integration von Digital-Twin-Konzepten in die industrielle Instandhaltung und konzentriert sich dabei auf das Industrie-4.0-Paradigma. Er diskutiert die Bedeutung der Interoperabilität für Modelle der vorausschauenden Wartung und bewertet die Kompatibilität zwischen der RAMI 4.0- und der DTaaS-Architektur. Der Einsatz multikriterieller Entscheidungsunterstützungsmethoden wie AHP und PROMETHEE II wird hervorgehoben, um funktionale Anforderungen und ihre Relevanz für die digitalen Zwillingsschichten zu beurteilen. Das Kapitel endet mit praktischen Empfehlungen für Unternehmen, die ihre Wartungskapazitäten durch die Einführung von Digital Twin verbessern wollen.
    9. The Implementation of Preventive Maintenance in a Product-Service System (PSS) Business Model

      Alisson Kuroki, Valdir H. Cardoso, Geraldo C. Oliveira Neto, Marlene Amorim
      In diesem Kapitel wird die Bedeutung der Wartung bei vorbeugenden Wartungsarbeiten innerhalb eines Geschäftsmodells von Product-Service-Systemen (PSS) untersucht. Er diskutiert die Entwicklung der Digitaltechnologie und die vierte industrielle Revolution und zeigt, wie Big Data Analytics eingesetzt werden kann, um Maschinenausfälle vorherzusagen und zu verhindern. Die Methodik beinhaltet einen quantitativen experimentellen Ansatz, der deskriptive Statistiken und Pearsons Korrelation zur Analyse von Daten aus einem Produktionsprozess verwendet. Die Studie identifiziert fünf Arten unabhängiger Fehler und zeigt die Wirksamkeit der Python-Programmierung für die Datenanalyse auf. Das Kapitel skizziert auch die Erstellung eines vorbeugenden Wartungsplans und betont die Bedeutung der Datenerhebung, -analyse und strategischen Planung, um Wartungsarbeiten zu verbessern und Kosten zu senken. Die Schlussfolgerung unterstreicht die kritische Beziehung zwischen Big Data Analytics und Business Intelligence bei der Erleichterung datengesteuerter Wartungsentscheidungen und trägt sowohl theoretisch als auch praktisch zum Wartungsmanagement bei.
    10. Anomaly Detection with a LSTM Autoencoder Using InfluxDB

      João Peixoto, João Sousa, Ricardo Carvalho, Martinho Soares, Ricardo Cardoso, Ana Reis
      Das Kapitel geht auf die entscheidende Rolle ein, die die Erkennung von Anomalien in der Fertigungsindustrie spielt, und betont die Notwendigkeit der Vermeidung von Fehlern in Echtzeit, um Effizienz und Produktivität zu steigern. Es stellt den LSTM-Autoencoder als leistungsstarkes Werkzeug zur Erfassung komplexer Zeitbeziehungen in maschinellen Zeitreihendaten vor und übertrifft damit traditionelle statistische Methoden. Die Studie vergleicht verschiedene Algorithmen zur Erkennung von Anomalien anhand eines industriellen Datensatzes aus der realen Welt und demonstriert die überlegene Leistung des LSTM-Autoencoders. Darüber hinaus präsentiert es eine praktische Implementierungsarchitektur, die InfluxDB und Telegraf zur Erkennung von Anomalien in Echtzeit nutzt, was das Potenzial für industrielle Anwendung und Kosteneinsparungen unterstreicht. Das Kapitel schließt mit der Betonung der breiteren Anwendbarkeit des LSTM-Autoencoders in anderen Anwendungsfällen, was ihn zu einem Pflichtlektüre für Fachleute macht, die innovative Lösungen zur Erkennung von Anomalien suchen.
    11. Selecting the Method for Setting the Calibration Intervals of Metrological Devices

      Margarida Sousa, Isabel Lopes, Cláudia Pires, João Pedro Mendonça
      Das Kapitel behandelt die entscheidende Rolle von Kalibrierungsintervallen bei der Sicherstellung der Produktqualität und der organisatorischen Leistung. Er überprüft verschiedene Methoden zur Definition von Kalibrierintervallen, einschließlich statistischer Ansätze, und führt einen neuartigen Ansatz ein, der sowohl methodische Merkmale als auch spezifische Faktoren im Zusammenhang mit den Messgeräten berücksichtigt. Anhand einer Fallstudie zeigt der Ansatz seine Effektivität bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Messzuverlässigkeit und bietet eine praktische Lösung zur Optimierung des Kalibriermanagements im industriellen Umfeld.
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Titel
Flexible Automation and Intelligent Manufacturing: Establishing Bridges for More Sustainable Manufacturing Systems
Herausgegeben von
Francisco J. G. Silva
Luís Pinto Ferreira
José Carlos Sá
Maria Teresa Pereira
Carla M. A. Pinto
Copyright-Jahr
2024
Electronic ISBN
978-3-031-38165-2
Print ISBN
978-3-031-38164-5
DOI
https://doi.org/10.1007/978-3-031-38165-2

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    Bildnachweise
    Schmalkalden/© Schmalkalden, NTT Data/© NTT Data, Verlagsgruppe Beltz/© Verlagsgruppe Beltz, ibo Software GmbH/© ibo Software GmbH, Sovero/© Sovero, Axians Infoma GmbH/© Axians Infoma GmbH, genua GmbH/© genua GmbH, Prosoz Herten GmbH/© Prosoz Herten GmbH, Stormshield/© Stormshield, MACH AG/© MACH AG, OEDIV KG/© OEDIV KG, Rundstedt & Partner GmbH/© Rundstedt & Partner GmbH, Doxee AT GmbH/© Doxee AT GmbH , Governikus GmbH & Co. KG/© Governikus GmbH & Co. KG, Vendosoft/© Vendosoft, Conceptboard Cloud Service GmbH/© Vendosoft, Videocast 1: Standbild/© Springer Fachmedien Wiesbaden, givve Bezahlkarte - digitale Effizienz trifft menschliche Nähe/© givve