Gegenstand der Arbeit ist die Untersuchung des Systems Verarbeitunganlage mit Methoden der Systemtheorie und die Formulierung wesentlicher Randbedingungen für die Neuentwicklung solcher Anlagen. Ausgangspunkt ist die Feststellung, dass sich die Konsumgüterproduktion in einem Umbruch befindet, der neue Anforderungen an Verarbeitungsanlagen stellt. Die Arbeit untersucht zunächst die aktuelle Situation der Konsumgüterproduktion und formuliert daraus in einem allgemeinen Lastenheft die grundlegenden, neuen Anforderungen an Verarbeitungsanlagen. Sie führt bekannte Lösungskonzepte für diese Probleme auf und stellt etablierte Systemmodelle der Verarbeitungstechnik vor. Es folgt eine Einführung in die Methodik der Systemtheorie sowie eine Betrachtung des Aufbaus und der Eigenschaften von Systemen. Auf dieser Grundlage wird anschließend ein systemtheoretischer Ansatz für Verarbeitungsanlagen erarbeitet, der Funktions-, Struktur- und Hierarchiemodelle umfasst und insbesondere auf die Flexibilität, Variabilität, Stabilität und Komplexität von Verarbeitungsanlagen eingeht. Mit Hilfe dieses Modells werden die eingangs beschriebenen Anforderungen an Verarbeitungsanlagen abstrahiert und auf diesem Wege Randbedingungen für die Neugestaltung von Verarbeitungsanalgen abgeleitet, die die Gestaltungsprinzipe Modularisierung, Miniaturisierung und Parallelisierung umfassen. Das Lösungskonzept wird abschließend einer einfachen, ökonomischen Bewertung unterzogen. Die Modelle und Thesen werden exemplarisch an einer Verpackungsanlage für Schokoladenprodukte veranschaulicht.:Aufgabenstellung Kurzreferat Abstract Inhaltsverzeichnis Formelzeichen Abkürzungen 1 Einleitung 1.1 Problemstellung 1.2 Zielstellung und Lösungsansatz 1.3 Aufbau der Arbeit 2 Die aktuelle Situation der Konsumgüterproduktion 2.1 Einführung – Produktionsformen der Konsumgüterproduktion 2.2 Die Situation der Nahrungsmittelindustrie 2.2.1 Marktstruktur 2.2.2 Forderungen der Verbraucher 2.3 Die Situation des Nahrungsmittel- und Verpackungsmaschinenbaus 2.4 Problemstellungen für die Konsumgüterproduktion 3 Stand der Wissenschaft und Technik 3.1 Lösungskonzepte des Maschinen- und Anlagenbaus 3.1.1 Einführung – Etablierte und neue Konzepte 3.1.2 Baukastensysteme und Modularisierung 3.1.3 Adaptive und selbstoptimierende Prozessregelung 3.1.4 Miniaturisierte Produktionssysteme 3.1.5 Parallele und vernetzte Stoffströme 3.2 Systembeschreibungen für Verarbeitungsanlagen 3.2.1 Einführung – Verarbeitungstechnik als Querschnittsdisziplin 3.2.2 Verarbeitungssystem als Blackbox 3.2.3 Funktionsstruktur von Verarbeitungssystemen 3.2.4 Die Wirkpaarung 3.2.5 Das Innermaschinelle Verfahren 3.2.6 Zuverlässigkeitsmodell für Verarbeitungsanlagen 4 Präzisierung der Aufgabenstellung 4.1 Allgemeines Lastenheft 4.2 Präzisierte Aufgabenstellung 4.3 Anwendungsbeispiel der Untersuchungen 5 Grundzüge des systemtheoretischen Ansatzes 5.1 Systemtheorie als Universalwissenschaft 5.2 Modellbildung mit Hilfe systemtheoretischer Methoden 5.3 Der Systembegriff 6 Aufbau und Eigenschaften von Systemen 6.1 Systemaufbau und Modelle 6.1.1 Funktion 6.1.2 Struktur 6.1.3 Hierarchie 6.2. Das Konzept des offenen Systems 6.2.1 Offene und geschlossene Systeme 6.2.2 Fließgleichgewicht und Äqui1nalität 6.2.3 Dynamische Strukturauffassung 6.3 Systemeigenschaften 6.3.1 Varietät 6.3.2 Stabilität 6.3.3 Komplexität 7 Systemmodelle für Verarbeitungsanlagen 7.1 Systemtheoretischer Ansatz für Verarbeitungsanlagen 7.1.1 Einführung neuer Begriffsdefnitionen 7.1.2 Ziel der Modellbildung 7.1.3 Formale Probleme der Modellbildung 7.1.4 Modellansatz 7.2 Systemmodelle für Verarbeitungsanlagen 7.2.1 Funktionsmodell 7.2.2 Ablaufstruktur des Aufgaben- und Funktionssystems 7.2.3 Aufbaustruktur der Wirkpaarung – Wirkpaarungsmodell 7.2.4 Aufbaustruktur des verarbeitungstechnischen Systems 7.2.5 Hierarchische Ordnung von Verarbeitungsanlagen 7.3 Verarbeitungsanlagen als offene Systeme 7.3.1 Gründe für ein offenes Systemkonzept 7.3.2 Gleichgewicht und Systemziel von Verarbeitungsanlagen 7.3.3 Dynamische Auffassung des Systems Verarbeitungsanlage 7.4 Systemverhalten von Verarbeitungsanlagen 7.4.1 Variabilität und Flexibilität von Verarbeitungsanlagen 7.4.2 Stabilität von Verarbeitungsprozessen 7.4.3 Komplexität von Verarbeitungsanlagen 8 Systemtheoretische Untersuchung des Standes der Technik des Verarbeitungsmaschinenbaus 9 Vorschläge zur Neugestaltung von Verarbeitungsanlagen 9.1 Systemtheoretische Untersuchung des allgemeinen Lastenheftes 9.1.1 Systemtheoretische Interpretation der Anforderungen 9.1.2 Resultierende systemtheoretische Fragestellung 9.2 Randbedingungen für die Neuentwicklung von Verarbeitungsanlagen 9.2.1 Vorüberlegungen 9.2.2 Grundkonzept 9.3 Gestaltungsprinzipe – Modularisierung, Miniaturisierung, Parallelisierung 9.4 Technologische Mittel zur Umsetzung 9.4.1 Plug&Produce-Module und Plattformbauweise 9.4.2 Adaptive Wirkpaarungen 9.4.3 Flexible Verkettung 9.4.4 Exemplarischer Vorschlag für das Anwendungsbeispiel 9.5 Allgemeines Pflichtenheft 10 Bewertung des Lösungskonzeptes 10.1 Ökonomische Bewertung 10.1.1 Die Produktion in der Ökonomie 10.1.2 Arbeit 10.1.3 Rohstoffe und Zwischenprodukte 10.1.4 Betriebsmittel 10.2 Bewertung im Bezug auf die Situation der Konsumgüterproduktion 11 Fazit 10.1 Zusammenfassung 10.2 Ausblick Eidesstattliche Erklärung Thesen Literaturverzeichnis Tabellenverzeichnis Abbildungsverzeichnis Anhang / The object of the presented diploma thesis is the analysis of the system of manufacturing plants based on methods of sytem theory and the formulation of basic conditions for new developments of such plants. It is motivated by the diagnosis that the manufacturing industry stands at a point of fundamental change which requests plants of different characteristics as they usually have so far. Starting with an analysis of the current situation of consumer goods industry the thesis frames fundamental, new requirement specifications of manufacturing plants. It presents established concepts which may meet these requirements and gives a résumé of the state of the art of system modells in the field of manufacturing technology. An introduction into the methodes of system theory mentions the composition and characterisitcs of systems in general. Based on this considerations an approach in system theory for manufacturing plants is elaborated which comprises functional, structural and hierarchical models and especially goes into flexibility, variability, stability and complexity of manufacturing plants. These models serve for abstracting the requirements on manufacturing plants and for deducing principle conditions for new developments of manufacturing plants such as modularization, miniaturization and parallelization. A simple economic analysis finally assesses the outlined concept. All models and theses are illustrated by a wrapping plant for chocolate candies.:Aufgabenstellung Kurzreferat Abstract Inhaltsverzeichnis Formelzeichen Abkürzungen 1 Einleitung 1.1 Problemstellung 1.2 Zielstellung und Lösungsansatz 1.3 Aufbau der Arbeit 2 Die aktuelle Situation der Konsumgüterproduktion 2.1 Einführung – Produktionsformen der Konsumgüterproduktion 2.2 Die Situation der Nahrungsmittelindustrie 2.2.1 Marktstruktur 2.2.2 Forderungen der Verbraucher 2.3 Die Situation des Nahrungsmittel- und Verpackungsmaschinenbaus 2.4 Problemstellungen für die Konsumgüterproduktion 3 Stand der Wissenschaft und Technik 3.1 Lösungskonzepte des Maschinen- und Anlagenbaus 3.1.1 Einführung – Etablierte und neue Konzepte 3.1.2 Baukastensysteme und Modularisierung 3.1.3 Adaptive und selbstoptimierende Prozessregelung 3.1.4 Miniaturisierte Produktionssysteme 3.1.5 Parallele und vernetzte Stoffströme 3.2 Systembeschreibungen für Verarbeitungsanlagen 3.2.1 Einführung – Verarbeitungstechnik als Querschnittsdisziplin 3.2.2 Verarbeitungssystem als Blackbox 3.2.3 Funktionsstruktur von Verarbeitungssystemen 3.2.4 Die Wirkpaarung 3.2.5 Das Innermaschinelle Verfahren 3.2.6 Zuverlässigkeitsmodell für Verarbeitungsanlagen 4 Präzisierung der Aufgabenstellung 4.1 Allgemeines Lastenheft 4.2 Präzisierte Aufgabenstellung 4.3 Anwendungsbeispiel der Untersuchungen 5 Grundzüge des systemtheoretischen Ansatzes 5.1 Systemtheorie als Universalwissenschaft 5.2 Modellbildung mit Hilfe systemtheoretischer Methoden 5.3 Der Systembegriff 6 Aufbau und Eigenschaften von Systemen 6.1 Systemaufbau und Modelle 6.1.1 Funktion 6.1.2 Struktur 6.1.3 Hierarchie 6.2. Das Konzept des offenen Systems 6.2.1 Offene und geschlossene Systeme 6.2.2 Fließgleichgewicht und Äqui1nalität 6.2.3 Dynamische Strukturauffassung 6.3 Systemeigenschaften 6.3.1 Varietät 6.3.2 Stabilität 6.3.3 Komplexität 7 Systemmodelle für Verarbeitungsanlagen 7.1 Systemtheoretischer Ansatz für Verarbeitungsanlagen 7.1.1 Einführung neuer Begriffsdefnitionen 7.1.2 Ziel der Modellbildung 7.1.3 Formale Probleme der Modellbildung 7.1.4 Modellansatz 7.2 Systemmodelle für Verarbeitungsanlagen 7.2.1 Funktionsmodell 7.2.2 Ablaufstruktur des Aufgaben- und Funktionssystems 7.2.3 Aufbaustruktur der Wirkpaarung – Wirkpaarungsmodell 7.2.4 Aufbaustruktur des verarbeitungstechnischen Systems 7.2.5 Hierarchische Ordnung von Verarbeitungsanlagen 7.3 Verarbeitungsanlagen als offene Systeme 7.3.1 Gründe für ein offenes Systemkonzept 7.3.2 Gleichgewicht und Systemziel von Verarbeitungsanlagen 7.3.3 Dynamische Auffassung des Systems Verarbeitungsanlage 7.4 Systemverhalten von Verarbeitungsanlagen 7.4.1 Variabilität und Flexibilität von Verarbeitungsanlagen 7.4.2 Stabilität von Verarbeitungsprozessen 7.4.3 Komplexität von Verarbeitungsanlagen 8 Systemtheoretische Untersuchung des Standes der Technik des Verarbeitungsmaschinenbaus 9 Vorschläge zur Neugestaltung von Verarbeitungsanlagen 9.1 Systemtheoretische Untersuchung des allgemeinen Lastenheftes 9.1.1 Systemtheoretische Interpretation der Anforderungen 9.1.2 Resultierende systemtheoretische Fragestellung 9.2 Randbedingungen für die Neuentwicklung von Verarbeitungsanlagen 9.2.1 Vorüberlegungen 9.2.2 Grundkonzept 9.3 Gestaltungsprinzipe – Modularisierung, Miniaturisierung, Parallelisierung 9.4 Technologische Mittel zur Umsetzung 9.4.1 Plug&Produce-Module und Plattformbauweise 9.4.2 Adaptive Wirkpaarungen 9.4.3 Flexible Verkettung 9.4.4 Exemplarischer Vorschlag für das Anwendungsbeispiel 9.5 Allgemeines Pflichtenheft 10 Bewertung des Lösungskonzeptes 10.1 Ökonomische Bewertung 10.1.1 Die Produktion in der Ökonomie 10.1.2 Arbeit 10.1.3 Rohstoffe und Zwischenprodukte 10.1.4 Betriebsmittel 10.2 Bewertung im Bezug auf die Situation der Konsumgüterproduktion 11 Fazit 10.1 Zusammenfassung 10.2 Ausblick Eidesstattliche Erklärung Thesen Literaturverzeichnis Tabellenverzeichnis Abbildungsverzeichnis Anhang