Prof. Dr.-Ing.

Schuh, Günther

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  • Publication
    Identification and Analysis of Patterns of Machine Learning Systems in the Connected, Adaptive Production
    ( 2022)
    Schuh, Günther
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    Scholz, Paul
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    Portik, Johannes
    Over the past six decades, many companies have discovered the potential of computer-controlled systems in the manufacturing industry. Overall, digitization can be identified as one of the main drivers of cost reduction in the manufacturing industry. However, recent advances in Artificial Intelligence indicate that there is still untapped potential in the use and analysis of data in industry. Many reports and surveys indicate that machine learning solutions are slowly adapted and that the process of implementation is decelerated by inefficiencies. The goal of this paper is the systematic analysis of successfully implemented machine learning solutions in manufacturing as well as the derivation of a more efficient implementation approach. For this, three use cases have been identified for in- depth analysis and a framework for systematic comparisons between differently implemented solutions is developed. In all three use cases it is possible to derive implementation patterns as well as to identify key variables which determine the success of implementation. The identified patterns show that similar machine learning problems within the same use case can be solved with similar solutions. The results provide a heuristic for future implementation attempts tackling problems of similar nature.
  • Publication
    A two-step digitalization level assessment approach for manufacturing companies
    ( 2021)
    Schuh, Günther
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    Scheuer, Thomas
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    Nick, Gábor
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    Szaller, Ádám
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    Várgedő, Tamás
    Manufacturing companies are facing the fourth industrial revolution, which concerns itself with the real-time data-based communication and connection between cyber-physical systems and people. To initiate a successful digital transformation, many organizations turn to Industry 4.0 maturity models for orientation and advice. This paper aims to enable companies to find the model that suits them best. Therefore, several existing models are introduced and two of them, a quick-assessment model (CCMS) and a more extensive approach (Industry 4.0 Maturity Index), are described in detail. These two complementing models are combined into a new resource-efficient approach to assessing Industry 4.0 maturity.
  • Publication
    Always Beta - DevOps für cyber-physische Produkte
    ( 2020)
    Schuh, Günther
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    Ays, Johanna
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    Becker, Annika
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    Britz, Alexander
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    Dölle, Christian
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    Hegener, Guido
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    Hermann, Ulrich
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    Wlecke, Shari
    Agile Entwicklungsmethoden beschreiben das iterative Entwickeln, Testen und Validieren von Produktinkrementen. Diese für die Entwicklung von cyber-physischen Produkten neuartigen Entwicklungsmethoden werden hauptsächlich in der Entstehungsphase genutzt. Dabei bietet besonders die Nutzungsphase enorme Potenziale zum Erkenntnisgewinn über Produkte und deren Nutzung. In der Softwarebranche wird durch DevOps die Zusammenarbeit der Bereiche Entwicklung und Betrieb beschleunigt, sodass die kurz-zyklische Weiterentwicklung von Produkten während der Nutzungsphase umgesetzt werden kann. Dieses Vorgehen übertragen auf cyber-physische Produkte stellt die zentrale Grundlage für Always Beta dar. Dabei beschreibt Always Beta den kontinuierlich weiter-entwickelbaren Zustand einer Produktversion als Basis für das jeweils darauffolgende, optimierte Produktrelease. Somit unterstützt DevOps eine neuartige Möglichkeit, auf Kundenbedürfnisse zu reagieren und die Produkte gezielt weiter zu entwickeln. Dementsprechend können die Potenziale der Agilität nochmals signifikant gesteigert werden. Das Internet of Production bietet die Infrastruktur für die Umsetzung von DevOps für cyber-physische Produkte. Entwicklungs- und Nutzungszyklus werden verbunden, indem Daten aus der Produktnutzung strukturiert in die Entwicklung zurückgeführt werden. Somit können Optimierungspotenziale systematisch identifiziert und in Form von Software- und Hardware-Releases in das Produkt implementiert werden. Durch eine gezielte Produkt-weiterentwicklung können Zielgrößen wie die Overall Equipment Efficiency gesteigert und zur Schonung von Ressourcen beigetragen werden.
  • Publication
    Worldwide Lab - Garantierte Produktivitätssteigerung durch Lernen im Netzwerk
    ( 2020)
    Schuh, Günther
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    Burggräf, Peter
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    Gottschalk, Sebastian
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    Gützlaff, Andreas
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    Dannapfel, Matthias
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    Thomas, Katharina
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    Ebade Esfahani, Matthias
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    Geukes, Corinna
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    Welsing, Martin
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    Klein, Andreas
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    Tschöpe, Sebastian
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    Henrichs, Marco
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    Weber, Wolfgang
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    Holtbrügge, Johannes
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    Benninghaus, Christoph
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    Feike, Sebastian
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    Mairl, Paul
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    Hülsmann, Nikolas
    Als Konsequenz und Reaktion auf die Globalisierung haben viele Unternehmen ihre Wertschöpfung auf globale Produktionsnetzwerke verteilt. Zur Optimierung solcher Produktionsnetzwerke wurden in der Vergangenheit insbesondere die Aktivitäten und Aufgaben der einzelnen Standorte untersucht und verbessert. Neue Optimierungspotentiale bietet das Zusammenspiel und der Informationsaustausch der jeweiligen Standorte im Netzwerk. Insbesondere durch die zunehmende Vernetzung der Produktion im Rahmen von Industrie 4.0 und der weltweiten Verfügbarkeit dieser Daten in Cloudumgebungen können mehr Informationen zwischen den einzelnen Standorten ausgetauscht und somit auch genutzt werden. Auf dieser Grundlage wurde im Rahmen des Forschungsprojektes Internet of Production (IoP) das Konzept d es Worldwide Labs erarbeitet. Das Worldwide Lab sieht vor, dass sämtliche Datenpunkte in globalen Produktionsnetzwerken verfügbar gemacht und wie experimentelle Beobachtungsdaten behandelt werden, um Produktivitätssteigerungen zu erreichen. Der Vorteil dieser Datenbasis ist die große Anzahl an Faktoren, die berücksichtig werden können, da die Anzahl an potentiellen Experimentaldaten so deutlich gesteigert wird. Zudem können bereits vorhandene Daten ex post zur Validierung von Hypothesen genutzt werden. Für die erfolgreiche Einführung und Nutzung des Worldwide Labs in produzierenden Unternehmen müssen verschiedene Aspekte beachtet werden, die in den einzelnen Unterkapiteln erläutert und mit Praxisbeispielen veranschaulicht werden. Zunächst muss mit nutzbaren Daten die technische Grundlage geschaffen werden. Zur Realisierung dieses Nutzens muss das Unternehmen zudem in lernenden Prozessen operieren, die von flexiblen Teams umgesetzt werden.
  • Publication
    Case study on technological applications for production planning and control in the context of industry 4.0
    ( 2020)
    Schuh, Günther
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    Scholz, Patrick
    In the course of the fourth industrial revolution, a rapid technological change proceeds in the manufacturing industry. Numerous new technologies enable multiple opportunities for industrial applications. In order to keep pace with this development, companies are forced to cope with a high amount of new technologies and arising application trends. For a successful positioning, knowledge of the industrial relevance of possible applications and the technologies associated with their implementation is required in particular. In this context, the Fraunhofer Institute for Production Technology IPT and the Centre of Excellence in Production Informatics and Control (EPIC CoE) conducted a two-stage case study to identify and evaluate promising industry 4.0 based application fields, such as self-optimizing production scheduling. The case study is proceeded as part of the European Union's Horizon 2020 research project under grant No. 739592. Within the first stage of this project a systematic screening for industrial application fields was conducted. Several potential application fields were identified and their advantages and disadvantages outlined. Furthermore, the application fields were evaluated according to their potential industrial impact and maturity level. In the second stage, technologies for the implementation of the most promising application fields were identified. At this, technologies were investigated and evaluated according to their readiness level for the identified application fields. In this paper, the methodology as well as the results of the first stage of the study are presented.
  • Publication
    Case Study for the Integrated Development of a Modular System for Vehicle Superstructures of Battery Electric Light Commercial Vehicles
    ( 2020)
    Schuh, Günther
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    Dölle, Christian
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    Kreutzer, Ramon
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    Patzwald, Marc
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    Koch, Jan
    Considering fossil fuel scarcity, future transportation is a core challenge for industry and society. With increasing urbanization, the issue of emission-free transportation is of particular relevance for metropolitan areas. To reduce pollution, environmental zones have been set up in numerous German cities. These affect small and medium-sized companies (SMEs) that operate within the city centers, but whose logistics are diesel-based. At the same time, battery electric light commercial vehicles (BELCVs) are more expensive than diesel vehicles. Apart from component costs, this is partly due to lower volumes and limited economies of scale. In the context of vehicle structures in BELCVs, new possibilities for installation space design arise. This paper aims to modularize this installation space tailored to SMEs needs. Since purchasing is the primary cost driver for SMEs, the presented case study pursues the goal of realizing "car-sharing" for BELCVs via modularization, so that capital investments can be distributed among several parties. Thus, the objectives of the present paper are sharing the lessons learned of the case study and contributing to the validation of the modular system design methodology used.
  • Publication
    Subskriptionsmodelle im Maschinen- und Anlagenbau
    ( 2020)
    Schuh, Günther
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    Boshof, Julian
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    Dölle, Christian
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    Kelzenberg, Christoph
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    Tittel, Jonas
    Die Industrialisierung hat dazu geführt, dass eine signifikante Unterauslastung von Ressourcen über eine lange Zeit rentabel war. Fraglich ist jedoch, ob diese Ressourcenverschwendung auch weiterhin, insbesondere unter der Nachhaltigkeitsbetrachtung, möglich ist. Der deutsche Maschinen- und Anlagenbau ist eine Branche, die in der Vergangenheit von der Industrialisierung signifikant profitierte. Allerdings verliert der deutsche Maschinen- und Anlagenbau innerhalb der letzten Jahre weltweit Marktanteile, weshalb fraglich ist, ob die Branche mit ihren aktuellen Geschäftsmodellen zukunftsfähig aufgestellt ist. Um dieses Problem zu adressieren, liegt aufgrund der zunehmenden Möglichkeiten der Digitalisierung ein besonderes Potenzial in der Neuinterpretation von industriellen Subskriptionsmodellen. Diese führen zu einer Angleichung der Interessen von Hersteller und Kunde, weil Überkapazitäten durch eine bedarfsgerechte Ressourcenbeanspruchung reduziert werden. Die Digitalisierung muss deshalb als ultimativer Nachhaltigkeitstreiber verstanden werden, um gleichzeitig die kundenseitige Produktivität und die herstellerseitige Marge zu verbessern. Die Auslegung industrieller Subskriptionsmodelle erfordert die Fusion des Business Model Canvas als methodischer Befähiger zur ganzheitlichen Entwicklung von Geschäfts-modellen und des Internet of Production (IoP) als praktischen Befähiger zur Operationalisierung von Geschäftsmodellen. In diesem Beitrag werden fünf zentrale Interaktionen der beiden Ordnungsrahmen beschrieben, welche für eine erfolgreiche Umsetzung industrieller Subskriptionsmodelle im Maschinen- und Anlagenbau zwingend erforderlich sind.
  • Publication
    Identification of Indicators for the Assessment of Technological Risks within Technology Selection
    ( 2020)
    Schuh, Günther
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    Scholz, Patrick
    ;
    Seichter, Stefan
    An accelerated technological change combined with shortened technology development- and life-cycles results in additional pressure on technology-oriented companies in global competition. These companies are compelled to make decisions for new technologies at an early stage to secure existing and gain new competitive advantages. The challenge is to make the right technology decisions considering the existing high uncertainty at this stage. Hence, existing risks must be assessed concerning the forecast potential to become manageable for decision-making processes. While existing approaches for the assessment of new technologies are primarily focused on technology potentials, holistic approaches for risk assessment of technologies are missing. In particular, there is a lack of the required assessment basis indicating the technological risk. To establish a valid basis for such a technology risk assessment and to support companies in technology selection at an early stage, this paper provides a set of risk factors as indicators for the assessment of technological risks. The identification of these risk factors is based on an extensive literature review. Using a systematic procedure, 83 publications were identified and 697possible factors were initially compiled. Finally, 19 risk factors were derived based on quantitative and qualitative analyses, which provides the foundation for assessing the technological risks of new technologies. The procedure as well as the identified risk factors are presented in this paper.
  • Publication
    Datenbedarfe für eine energie-flexible Produktionsplanung und -steuerung
    ( 2018)
    Schuh, Günther
    ;
    Schmitt, Robert
    ;
    Prote, Jan-Philipp
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    Ellerich, Max
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    Thomas, Katharina
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    Chhor, Jimmy
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    Sauermann, Frederick
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    Funk, Franziska Katharina
    Im Zuge der angestrebten Energiewende bis 2050 wird der Anteil an erneuerbaren Energien am deutschen Energiemarkt deutlich ausgebaut, wodurch Energieverfügbarkeiten stärker schwanken werden. Um die volatilen Energieverfügbarkeiten mit den Energiebedarfen der produzierenden Industrie zu synchronisieren, werden in diesem Beitrag die Leistungsprognose und die Datenbedarfe für eine energieflexible Produktionsplanung und -steuerung (PPS) und damit einhergehend die Reduzierung der Energiekosten diskutiert.
  • Publication
    Characteristics of Disruptive Innovations. A Description Model Focused on Technical products
    ( 2018)
    Schuh, Günther
    ;
    Wetterney, Tim
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    Vogt, Florian
    Incumbent companies know how to scale markets and exploit existing products. However, studies show that more exploratory tasks such as new product development (NPD) still pose significant challenges considering NPD failure rates of ~40% depending on the industry. In contrast, new entrants seem to be more capable of delivering products that consumers really want. This phenomenon disruption received lots of resonance in the academic world resulting in a multitude of publications addressing various questions related to disruptive innovations. This paper distinguishes itself from the existing research by focusing on the inherent characteristics of disruptive innovations for technical products. For this, disruptive innovations are analyzed against the background of five innovation dimensions framing the description model: content, intensity, process, subject and success. The derived characteristics represent requirements that influence the planning and development of potentially disruptive innovations. By implementing these requirements into future planning and development methodologies, the authors hope to create more innovation adequate processes and, thus, improve NPD success rate.