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Ein betriebsbegleitendes Fabriksimulationssystem zur durchgängigen Unterstützung der kontinuierlichen Fabrikadaption
(2011) Kapp, Ralf; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. e.h. Dr.-Ing. e.h. Dr. h.c. mult.)
Häufige und schnelle Veränderungen des Unternehmensumfelds erfordern eine kontinuierliche Anpassung von Produktionssystemen. Die betriebsbegleitende Fabriksimulation eröffnet eine Möglichkeit, Handlungsalternativen risikofrei auf ihre Wirkungen zu überprüfen. Bei kurzfristigen Problemstellungen sind dazu realitätsnahe Simulationsmodelle rasch und effizient auf Grundlage des aktuellen Fabrikzustands zu erstellen. Für die Planung von längerfristigeren umfassenderen Veränderungen müssen weitere Gestaltungswerkzeuge eng in den Planungsprozess integriert werden können. Die meisten derzeit betriebsbegleitend eingesetzten Simulationssysteme gestatten eine kurzfristige Vorhersage des Verhaltens von Produktionssystemen. Allerdings können wesentliche Fabrikadaptionsoptionen nicht abgebildet werden. Dagegen bewährten sich Gestaltungswerkzeuge der Digitalen Fabrik bei der Konzeption von längerfristigen Fabrikveränderungen. Die aktuell in diesem Rahmen verwendeten Datenmodelle zeigen sich allerdings für die realitätsnahe Fabriksimulation als zu grob. Angesichts dieser Defizite wurde ein bei der Fabrikgestaltung etabliertes Datenmodell um operativ vorkommende Abstraktionen erweitert, hierdurch lassen sich aktuelle und historische Produktionszustände realitätsnah abbilden. Darauf aufbauend unterstützt eine Szenarien-Kopplungsfunktion die effiziente datengetriebene Definition von Simulationsszenarien und gestattet später deren automatisierte Aktualisierung. Auf dieser Datenbasis erzeugt ein Generator ein funktionsfähiges Simulationsmodell. Das zugrunde liegende unternehmensspezifische Referenzmodell ermöglicht es einerseits, kurzfristige Handlungsoptionen rasch zu erstellen und ist andererseits selbst adaptionsfähig und erweiterbar, sodass größere Fabrikadaptionen modelliert werden können. Einen bedeutsamen Beitrag für die Realitätsnähe der Experimente leistet das neu entwickelte dynamische Initialisierungsverfahren. Durch eine dezentrale Funktionsweise integriert es sich durchgängig in den Referenzmodellansatz und stützt so die Adaptionsfähigkeit des Fabriksimulationssystems. Während der Simulation werden Rückmeldungen erzeugt und in der erweiterten Datenplattform, entsprechend den Rückmeldungen realer Abläufe, gespeichert. Analyse- und Engineeringwerkzeuge können so durchgängig reale oder simulierte Fabrikzustände weiterverwenden. Die Praxistauglichkeit wurde durch die prototypische Implementierung und die Durchführung von typischen Fallbeispielen (kurzfristige Lieferterminermittlung, mittelfristige Parametrierung des Dispositionssystems, Investitionsabsicherung und längefristige Produktionserweiterung) eines Herstellers von Armaturen gezeigt. Aufgrund der unternehmensneutralen Formulierung des Lösungsansatzes ist eine Übertragung auf andere Unternehmen möglich. Diese Arbeit weist so den Weg zu einer durchgängigen und kontinuierlichen Fabriksimulation als wichtigen Aspekt zur Erhöhung der Wandlungsfähigkeit produzierender Unternehmen.
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Bewertung von Flexibilitätsstrategien für die Endmontage in der Automobilindustrie
(2008) Roscher, Jörg; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. e.h. Dr.-Ing. e.h. Dr. h.c. mult.)
Zur wirtschaftlichen Reaktion auf neue Produkte und Nachfrageschwankungen hat die strategische Montageplanung das Ziel, optimale Flexibilitätsstrategien für die Produktion umzusetzen. Dabei stellt sich grundsätzlich die Frage, in welche Flexibilität an einem Standort investiert werden soll. Abhängig ist die Wahl vor allem von den zu fertigenden Produkten. Lassen sich verschiedene Produkte effizient auf einer Linie fertigen, so können produktflexible Anlagen dauerhaft gut ausgelastet werden. Unterscheiden sich die Produkte zu stark, so ist die Produktion auf spezifischen Ein-Produkt-Linien, so genannten Solitärlinien, zweckmäßig. Das Abfangen von Nachfrageschwankungen kann dann über eine Volumenflexibilität erfolgen. Die Wahl der Flexibilitätsstrategie ist jedoch nicht nur abhängig vom zukünftigen Produktportfolio. Einfluss hat zusätzlich die standortspezifische Kostenstruktur und Personalflexibilität. In die Kostenbewertung von Flexibilitätsstrategien gehen auf der einen Seite die Investitionen für die Systemflexibilität ein. Auf der anderen Seite muss der im Produktionsbetrieb auftretende Flexibilitätsnutzen bewertet werden. Während die Investitionen in der Regel einfach abzuleiten sind, gestaltet sich die Vorhersage des Flexibilitätsnutzens schwieriger. Die Schwierigkeit liegt darin, dass die implementierte Flexibilität als ein Potenzial anzusehen ist, das die Reaktionsfähigkeit im Produktionsbetrieb steigert. Sie wird nur genutzt, wenn ein Flexibilitätsbedarf besteht. Welche Flexibilität mit welcher Ausprägung verwendet wird und welche Kosten dabei entstehen, hängt von einer Vielzahl technischer und arbeitsorganisatorischer Randbedingungen ab. Um dennoch eine Vorhersage der zeitdynamischen Flexibilitätsnutzung und ihrer Kosten zu ermöglichen, sind neue Planungshilfsmittel erforderlich. Dafür bietet sich das Konzept der hierarchischen Planung an: Nachdem funktionale Zusammenhänge zwischen den Reaktionsmöglichkeiten im Montagebetrieb und den daraus resultierenden Montagebetriebskosten existieren, kann die Antizipation des Montagebetriebs auf Basis einer mathematischen Optimierung durchgeführt werden. Sie erlaubt eine Vorhersage des zukünftigen Entscheidungsverhaltens bei der Flexibilitätsnutzung. Voraussetzung ist eine ausreichend detaillierte Betriebskostenstruktur und die Berücksichtigung betrieblicher Lerneffekte. Zu diesem Zweck werden im Rahmen der Arbeit drei Kernelemente konzipiert und umgesetzt: Das Montage-, das Lernkurven- und das Optimierungsmodell. Das Montagemodell ermöglicht bei spezifischen produkt- und standortspezifischen Eingangsgrößen und für ein gegebenes Entscheidungsverhalten im Produktionsbetrieb die Ableitung der Betriebskosten. Das Modell basiert auf analytischen Zusammenhängen und integriert neben einer Kapazitätsrechnung eine Arbeitskräftebedarfs- und Kostenrechnung. Das Lernkurvenmodell beschreibt zukünftige betriebliche Lerneffekte nach Anläufen und Anpassungsmaßnahmen. Das Modell basiert auf mengentheoretischen Überlegungen, die Lernkurveneffekte über der kumulierten Anzahl durchgeführter ähnlicher Arbeitsvorgänge aufzeigen. Dabei wirkt das Lernkurvenmodell nicht nur auf Einzellinien, sonder anteilig auch linienübergreifend. Das Optimierungsmodell schließlich basiert auf der dynamischen Programmierung und prognostiziert das Entscheidungsverhalten bei der Flexibilitätsnutzung im Produktionsbetrieb. Als Entscheidungsvariablen werden die Instrumente der operativen Montageplanung integriert betrachtet. Dies umfasst sowohl die technische Flexibilität des Systems als auch die Personalflexibilität des Standorts. Beispielsweise werden Taktzeiten, Einstellungen befristeter und unbefristeter Arbeitskräfte, Schichtmodelle und das Produktionsprogramm über der Zeit optimiert. Das kostenoptimale Ergebnis zeigt auf, zu welchen Personal- und Anpassungskosten das Produktionsprogramm bei gegebener implementierter Flexibilität zukünftig produziert werden kann. Die entwickelten Methoden wurden im Rahmen der Dissertation in einem Planungswerkzeug umgesetzt. Der Lifecycle Adaptation Planner (LAP) führt zu einer höheren Transparenz der Auswirkungen von strategischen Investitionsmaßnahmen auf die Montagebetriebskosten und erlaubt damit eine Optimierung der Flexibilitätsstrategie. Im Anwendungsfall der Arbeit weist der LAP das Potenzial produktflexibler Montagelinien für innovative Kompaktklassefahrzeuge aus. Mit dieser Arbeit ist ein weiterer Schritt zur Planung flexibler Montagesysteme gemacht worden. Jedoch müssen weitere Schritte folgen. Dabei kann die Nutzung mathematischer Verfahren dazu beitragen, dass die Automobilindustrie ihre Auslastung, Lieferfähigkeit und Effizienz weiter steigert.
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Hybrides Registrierungsverfahren für die navigierte Schädelbasischirurgie
(2011) Malthan, Dirk; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. e.h. Dr.-Ing. e.h. Dr. h.c. mult.)
Der Begriff der navigierten Chirurgie bezeichnet in der Medizin die Durchführung von Operationen auf der Basis von Bildmaterial des Patienten, welches vor dem Eingriff angefertigt wurde. Um während der Operation die Lage von chirurgischen Werkzeugen relativ zu den Bilddaten bestimmen zu können, ist die Definition einer geometrischen Beziehung zwischen den Koordinatensystemen der Bilddaten und des Patienten, die Registrierung, notwendig. Für die Durchführung der Registrierung existieren zwei prinzipielle Ansätze, welche auf der manuellen Zuordnung sich entsprechender anatomischer oder künstlicher Punkte des Patienten (landmarkenbasierte Verfahren) einerseits oder auf dem Vergleich der Oberflächentopologien (oberflächenbasierte Verfahren) andererseits basieren. Landmarkenbasierte Verfahren sind robust gegen Messartefakte, lassen sich aber nur schwer in den Operationsablauf integrieren. Oberflächenbasierte Verfahren besitzen konträre Vor- und Nachteile. Insbesondere für fortgeschrittene Technologien (z.B. Robotereinsatz) ist jedoch ein Registrierungsverfahren notwendig, welches sich automatisiert in den Operationsablauf einbinden lässt, gleichzeitig aber hohe Anforderungen an die Robustheit gegenüber Mess- und Bedienungsfehlern erfüllt. Basierend auf dem Stand der Technik besteht der Lösungsansatz in der Entwicklung eines hybriden Registrierungsverfahrens, welches die effiziente und intuitive Handhabung oberflächenbasierter Verfahren mit der Robustheit gegen Fehlereinflüsse landmarkenbasierter Verfahren vereint. Hierbei wird auf einen bekannten Ansatz zur Klassifikation von Oberflächengeometrien zurückgegriffen, welcher eine lageunabhängige Repräsentation von lokalen Oberflächen als so genannte Spin Images ermöglicht. Der Ansatz wird im Rahmen der Konzeption weiterentwickelt und dabei an die speziellen Anforderungen der robusten medizinischen Registrierung angepasst. Insbesondere die Generierung der Spin Images sowie die frühzeitige Identifikation von fehlerhaften Punktbeziehungen stellen Herausforderungen dar, für die Lösungsvarianten entwickelt, bewertet und ausgewählt werden. Dabei wird ein algorithmisches Verfahren abgeleitet, das durch die automatisierte Identifikation und die wechselseitige Zuweisung sich entsprechender geometrischer Topologien die Nachteile heutiger Registrierungsverfahren weitgehend vermeidet. Als Nachweis von Anwendbarkeit, Leistungsfähigkeit und softwaretechnischer Realisierbarkeit wurde das neu entwickelte Registrierungsverfahren als DV-gestützter Prototyp realisiert. Anhand einer Prüfoberfläche, die in Anlehnung an die topologischen Charakteristiken der Zielanatomie der lateralen Schädelbasis entworfen wurde, konnte sowohl eine Steigerung der Robustheit gegenüber herkömmlichen oberflächenbasierten Verfahren, als auch eine Verbesserung der Integrationsfähigkeit gegenüber landmarkenbasierten Verfahren - wenngleich auf Kosten des Berechnungsaufwands - nachgewiesen werden. Die prinzipielle Übertragbarkeit auf das klinische Umfeld wurde durch die exemplarische Einbindung in einen modellhaften Ablauf eines roboterassistierten chirurgischen Eingriffs an der lateralen Schädelbasis aufgezeigt.
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Internetbasiertes Technologie-Scouting für Recyclingtechnologien
(2011) Dully, Stefan; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. e.h. Dr.-Ing. e.h. Dr. h.c. mult.)
Recyclingunternehmen stehen vor der Herausforderung, für die sich stetig wandelnden Produkttechnologien entsprechende Recyclingtechnologien zu finden. Den Recyclingunternehmen stehen bei der Suche nach neuen Technologien keine auf die Spezifika der Branche zugeschnittenen Werkzeuge zur Verfügung. Neue Technologien werden dadurch zu spät erkannt und gelangen mit erheblicher Verzögerung in die Unternehmen. Ein wesentlicher Vorteil würde sich durch eine spezifische Vorgehensweise sowie eine informationstechnische Unterstützung ergeben, die es erlaubt, zielgerichtet, schnell und branchenspezifisch relevante Technologien identifizieren zu können. Eine Methode zum systematischen und schnellen Auffinden von relevanten Technologien bietet das Technologie-Scouting. Bei der Untersuchung des Stands der Technik konnten hier jedoch erhebliche Defizite nachgewiesen werden. Insbesondere bleiben die Bedarfe der Recyclingindustrie und der Einsatz neuer Medien unberücksichtigt. Zum einen liegt für die Identifikation und Auswahl der Stoffströme mit hohem Verbesserungspotential durch neue Technologien kein geeignetes Verfahren vor. Zum anderen existiert keine automatisierte Lösung für das Technologie-Scouting, die den Nutzer bei der Suche praktikabel unterstützt. Der Lösungsansatz verfolgt konsequent die Prinzipien: die Strukturierung, die Vereinfachung, die Standardisierung und die Automatisierung. Die Prinzipien werden für die Entwicklung eines IT-Systems eingesetzt und für die anforderungsgerechte Entwicklung einer auf dem bestehenden Technologie Scouting-Prozess basierenden Vorgehensweise. Die genannten Defizite wurden hierbei durch drei neue Elemente eliminiert. Erstens wurde ein mathematisches Optimierungsmodell erstellt. Darin ist der Identifikationsprozess abgebildet, der unter den gegebenen Stoffströmen jene auswählt, die ein hohes Optimierungspotenzial durch neue Technologien besitzen. Das zweite Element besteht in der Informationsmodellierung, um eine systematische und automatische Suche nach neuen Recyclingtechnologien zu realisieren. Hierzu wurden Algorithmen des Information-Retrievals umgesetzt, die die Automatisierung der Suche ermöglichen. Als drittes Element erfolgt eine Kategorisierung bzw. Filterung der eruierten Technologien nach verschiedenen Relevanzaspekten. Hierdurch lässt sich der nachfolgende Bewertungsaufwand deutlich senken. Diese Elemente wurden anschließend in eine organisatorische Vorgehensweise zur Implementierung im Unternehmen überführt. Anwendbarkeit, Leistungsfähigkeit und Software-technische Realisierbarkeit wurden durch einen IT-gestützten Prototyp nachgewiesen. Mittels eines Testszenarios konnte das Verfahren anhand eines Recyclingunternehmens von Elektroaltgeräten evaluiert werden. Im Anwendungsbeispiel konnten für das Recycling von Bildschirmröhrenglas neue Einsatzgebiete identifiziert werden. Unter den Technologien wurde insbesondere der Einsatz als Strahlenschutz in der Medizin- und Energiebranche als besonders relevant bewertet. Bildschirmröhrenglas wird auf diese Weise einer neuen Verwendung zugeführt. Dies stellt ein erhebliches Potenzial für Recyclingbetriebe dar.
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Methodik zur fähigkeitsbasierten Planung modularer Montagesysteme
(2011) Kluge, Stefan; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. e.h. Dr.-Ing. e.h. Dr. h.c. mult.)
Turbulente, globale Märkte erfordern von Produktionsunternehmen zur Sicherung wirtschaft-licher Erfolge wandlungsfähige Produktionsstrukturen. Modulare Montagesysteme stellen hierzu eine Lösungsmöglichkeit dar. Spezifische Eigenschaften modularer Systeme werden in bisherigen Montageplanungssystematiken jedoch nicht ausreichend betrachtet. Eine verbesserte Planungsmethodik hat Aspekte wie die Betrachtung von zukünftigen Marktentwicklungen, die standardisierte Beschreibung von Ressourcen und Prozessen sowie die Verlagerung von Planungsaufgaben auf den Anlagenhersteller zu berücksichtigen. Auf dieser Grundlage wurde eine Methodik zur fähigkeitsbasierten Planung modularer Mon-tagesysteme für Anlagenhersteller entwickelt. Dabei wurde in der ersten Teillösung zur Be-rücksichtigung zukünftiger Entwicklungen die Szenariotechnik an die Erfordernisse der Grobplanung der Montageplanung angepasst. Die zweite Teillösung ist eine generische Beschreibungsmethode, welche auf einem Fähigkeitsmodell basiert. Die generische Beschreibungsmethode dient im Wesentlichen der dritten Teillösung, der Alternativengenerierung. Die letzte, in einem Tabellenkalkulationsprogramm umgesetzte Teillösung in Form einer systematischen, szenariobasierten, mehrdimensionalen Bewertung nutzt durch ihre spezifische Struktur die im jeweiligen Planungsfall entwickelten Szenarien für Analyse, Bewertung und Auswahl der Lösungsmöglichkeiten. Neben der Struktur stellt vor allem die umfangreiche Kostenbetrachtung über den Lebenszyklus des sich durch verschiedene Ausbaustufen verändern den Montagesystems einen Schwerpunkt der Bewertungssystematik dar. Zum Nachweis der Anwendbarkeit und Funktionsfähigkeit wurde die neu entwickelte Metho-dik als rechnergestützter Prototyp realisiert. Die Anwendung erfolgte in der Lernfabrik aIE auf Basis des im TFB 59 entwickelten, virtuellen Unternehmens EMARTi AG.
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Modell für die Fabrik Life Cycle-orientierte Produktplanung und -entwicklung
(2010) Dudic, Dalibor; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. e.h. Dr.-Ing. e.h. Dr. h.c. mult.)
Die Verkürzung der Produktlebenszyklen und die steigende Nachfrage nach kundenindividualisierten Produkten stellen vor dem Hintergrund zunehmend turbulenter und konkurrierender Absatzmärkte neue Anforderungen an die Produktionssysteme der Zukunft. Für eine wirtschaftliche Nutzung bestehender Produktionssysteme ergibt sich die Herausforderung den externen Wandlungsdruck sowohl durch kontinuierliche Anpassungen des Produktspektrums als auch der vorhandenen produktiven Ressourcen auffangen zu müssen. Um hierbei gezielt Synergiepotentiale zwischen denen vom Markt geforderten Produkten und den heute bestehenden Produktionssystemen zu aktivieren, müssen die im realen Betrieb von Produktionssystemen erfassten Informationen als Input und Richtungsgeber frühzeitig in den Planungs- und Entwicklungsprozess neuer Produkte integriert werden. Bis heute fehlen Verfahren, die bei angemessenem Aufwand, die Bewertung des Einflusses der Produktentwicklung auf den Fabrik Life Cycle ermöglichen und die frühzeitige Optimierung der Effizienz von Montagesystemen unterstützen. Im Rahmen der Arbeit wird ein Modell entwickelt, mit dem die Auswirkungen zentraler markt- und produktinduzierter Wandlungstreiber auf den Life Cycle bestehender Montagesysteme in den frühen Phasen des Produktentstehungsprozesses prognostiziert und Maßnahmen zur Erzielung bestmöglicher Synergien zwischen Produktstrukturen und den Strukturen beste-hender Montagesysteme abgeleitet werden können. Das im Rahmen der Arbeit entwickelte Modell ist aus den sechs Datenmodellen Markt, Produkt, Montagesystem, Szenario, Optimierung und Maßnahmen aufgebaut. Die simulationsgestützte Prognose systemrelevanter Wechselwirkungen wird im Mo-dell als Basis für die Identifikation bestmöglicher Synergien innerhalb des Gesamtsystems Markt-Produkt-Montagesystem herangezogen. Basierend auf der kundennutzenorientierten Abbildung alternativer Produktkonzepte und der Fabrik Life Cycle-orientierten Prognose des Realbetriebs von Montagesystemen wird durch das Modell eine Bewertung alternativer Szenarien des Gesamtsystems Markt-Produkt-Montagesystem hinsichtlich Kundennutzen und Marktanteilen sowie Anpassungs-, Betriebs- und Stückkosten in den frühen Phasen des Produktentwicklungsprozesses möglich.
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Prozessgeregeltes Mikrodosieren hochviskoser Klebstoffe
(2009) Wiedenhöfer, Markus; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. e.h. Dr.-Ing. e.h. Dr. h.c. mult.)
Die Mikrosystemtechnik entwickelte sich in den letzten 25 Jahren zu einer der Schlüsseltechnologien des beginnenden 21. Jahrhunderts. Mit einem für das Jahr 2009 prognostizierten Weltmarktanteil von zirka 25 Mrd. US-Dollar und erwarteten jährlichen Steigerungsraten von 16% zählt die Mikrosystemtechnik zu den weltweit größten Wachstumsmärkten. Die zentralen Wachstumstreiber dieser Entwicklung sind die Branchen IT-Peripherie, Biomedizintechnik, Automobil, Haushalt und Telekommunikation. Das starke Wachstum und der steigende Wettbewerb in der Mikrosystemtechnikbranche erhöhen zunehmend den Druck auf Unternehmen kostengünstigere Produkte unter ständig wachsenden Qualitätsanforderungen herzustellen. Die Montage von Mikrosystemen ist dabei entscheidend: Studien zufolge entstehen bis zu 80% der Herstellungskosten von Mikrosystemen in der Montage. Gleichzeitig beeinflussen die Montageprozesse signifikant die erzielbare Produktqualität und -zuverlässigkeit. Ein zentrales Verfahren zur Herstellung stoffschlüssiger Verbindungen in der Mikromontage ist das Kleben. Andere Technologien wie Schweißen oder Löten ermöglichen es häufig nicht, die mikrotechnischen Bauteile zu verbinden. Als problematisch bei der Herstellung stoffschlüssiger Verbindungen durch Kleben erweist sich aber in zunehmendem Maße die Dezimierung der Bauteilabmessungen. Die damit einhergehende überproportionale Reduktion bedingt, dass die in Form von Klebstofflinien oder -punkten kontinuierlich beziehungsweise diskontinuierlich zu applizierenden Klebstoffvolumina häufig nicht mehr mit ausreichender Reproduzierbarkeit und Genauigkeit hergestellt werden können. Ausgehend von einer Betrachtung des Stands der Technik bei Klebstoffapplikationsverfahren konnten durch Analyse von Marktdaten die Dispensverfahren als die bedeutendsten Verfahren zur Applikation von Klebstoffen identifiziert werden. In der Gruppe der Dispensverfahren wiederum erwies sich das Zeit-Druck Dispensverfahren als das wichtigste Klebstoffapplikationsverfahren. Der zum Zeit-Druck Dispensverfahren gehörende Dosierprozess ermöglicht es allerdings nicht die geforderten Klebstoffmengen mit hoher Reproduzierbarkeit und Genauigkeit zur Verfügung zu stellen: Er weist Prozessstreuungen von zirka 10 % auf. Ziel der vorliegenden Arbeit war demzufolge die Angabe von Regelgesetzen zur Verbesserung der Reproduzierbarkeit und Genauigkeit von Zeit-Druck Dosierprozessen. Des Weiteren sollte ein Werkzeug zur prozessgeregelten Zeit-Druck Dosierung einschließlich der hierzu erforderlichen Steuerungssoftware konzipiert und realisiert werden. Anhand repräsentativer Anwendungsbeispiele der hybriden Mikromontage konnten zunächst die an die kontinuierliche und diskontinuierliche Zeit-Druck Dosierung gestellten Anforderungen aufgezeigt werden. Dabei erwiesen sich Prozessstreuungen von 2,8 % bei der kontinuierlichen Dosierung von Klebstofflinien und 8,3 % bei der diskontinuierlichen Dosierung von Klebstoffpunkten als zulässige Maximalwerte. Darauf aufbauend wurde die Ableitung von Problemstellungen möglich, die im Rahmen der durchgeführten Entwicklungen gelöst wurden. Diese bestanden aus der Angabe eines vollständigen, mathematischen Modells des Zeit-Druck Dosierprozesses, das auch die Temperaturentwicklung im Dosiersystem sowie das nichtlineare Klebstofffließverhalten berücksichtigt. Zudem umfassten sie die Entwicklung eines Arbeitspunktreglers zur Regelung der kontinuierlichen und eines ausgangsrückführenden Reglers zur Regelung der diskontinuierlichen Klebstoffdosierung. Die Problemstellungen in Bezug auf die mathematische Modellbildung wurden durch Ableiten eines Differenzialgleichungssystems zur Berechnung des instationären Kartuschenlufttemperaturverlaufs sowie einer Differenzialgleichung zur Charakterisierung der instationären Klebstoffströmung nichtlinearen Fließverhaltens in der Dosierkapillare gelöst. Anhand des vollständigen Prozessmodells erfolgte anschließend die Entwicklung eines Arbeitspunktreglers zur Regelung der kontinuierlichen Klebstoffdosierung. Für die diskontinuierliche Klebstoffdosierung wurde ein ausgangsrückführender Regler zur Beseitigung der bestehenden Defizite hinsichtlich Reproduzierbarkeit und Genauigkeit entwickelt. Anschließend konnten zur Umsetzung der entworfenen Regelungen notwendige alternative Lösungskonzepte zur gezielten, kontinuierlichen Beeinflussung des Zeit-Druck Dosierprozesses sowie zur Erfassung der erforderlichen Messgrößen Druck und Volumenstrom erarbeitet und die geeignetsten bestimmt werden. Die Verifikation der neu entwickelten Prozessregelungen und erarbeiteten Lösungskonzepte zur Prozessüberwachung und -ansteuerung erfolgte anhand experimenteller Untersuchungen unter Verwendung des hochviskosen Öls Typ SHC 639 als Ersatzmedium. Es zeigte sich, dass die entworfenen Regler die gestellten Anforderungen erfüllen. Die Untersuchungen verdeutlichten, dass sowohl bei der kontinuierlichen als auch diskontinuierlichen Dosierung die Reproduzierbarkeit der Dosierergebnisse signifikant erhöht werden konnte. Diese war aufgrund der durchgeführten Entwicklungen auf weniger als 0,5%, bei einer Genauigkeit besser 5%, reduzierbar. Damit sind auch die bei der kontinuierlichen sowie diskontinuierlichen Klebstoffapplikation an Zeit-Druck Dosierprozesse gestellten Anforderungen erfüllbar. Ferner ermöglichten die Entwicklungen eine Erweiterung des, in geregelten Zeit-Druck Dosierprozessen, reproduzierbar erzeugbaren Dosierspektrums um 23 ml/h bei der kontinuierlichen Dosierung und 160 nl bei der diskontinuierlichen Dosierung. Mit der abschließenden Umsetzung der Verfahren in einem geregelten Zeit-Druck Dosierwerkzeug wurde die technische Machbarkeit der prozessgeregelten Dosierung hochviskoser Klebstoffe am Beispiel des Klebstoffs vom Typ „PD 955 M“ nachgewiesen. Der Einsatz der entwickelten Verfahren in industriellen Anwendungen, bei denen die reproduzierbare Dosierung kleinster Mengen hochviskoser Klebstoffe im Vordergrund steht, wäre durch Weiterentwicklung von Ansteuerung, Dosierwerkzeug und Durchflusssensor denkbar. Von primärem Interesse dabei ist es die Belastbarkeit der Durchflusssensormembran zu steigern, so dass höhere Dosierdrücke möglich werden, die eine Verringerung der Dosierdauer gestatten. Zudem von Interesse wären weitere Untersuchungen zur Reduktion der, unter Verwendung vorstehend beschriebener Prozessregelungen, in Zeit-Druck Dosierprozessen minimal erzielbarer Dosiervolumenströme und -volumina. Des Weiteren wäre die Übertragung der Ergebnisse auf andere Dispens- beziehungsweise Dosierverfahren sowie die Erweiterung der geregelten Dosierprozesse auf geregelte Dispensprozesse sinnvoll, die auch eine Kontrolle des Klebstoffapplikationsprozesses einschließen.
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Systematik der strategischen Strukturplanung für eine wandlungsfähige und vernetzte Produktion der variantenreichen Serienfertigung
(2011) Löffler, Carina; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. e.h. Dr.-Ing. e.h. Dr. h.c. mult.)
Fabriken der industriellen Produktionen befinden sich in einem Umfeld des permanenten Wandels, der im Kontext der Produktion auf drei wesentliche Wandlungstreiber zurückzuführen ist: die Märkte und ihre Volatilität, die Produkte, ihre konstruktiven Änderungen, die stark durch das Customizing getrieben sind, und die Produktion, vor allem in Bezug auf die Technologien, aber auch in organisatorischer Hinsicht. Unter dem Einfluss der Wandlungstreiber entstehen Ineffizienzen in den Fabriken und ihrer Vernetzung, die eine permanente Anpassung der Fabriken und ihren Strukturen erfordern. Diese Anpassungsprozesse verlangen aufgrund ihrer zahlreichen Wechselwirkungen und Komplexität eine vorausschauende und systematische Planung. Vor diesem Hintergrund wird in der vorliegenden Arbeit eine Systematik entwickelt, um Fabrikstrukturen permanent entsprechend den dynamischen Veränderungen zu adaptieren und damit ihre strukturelle Wandlungsfähigkeit zu steigern. Der Schwerpunkt der Planungsmethode bezieht sich auf die langfristige strategische Planung und Gestaltung von Fabriken auf den Ebenen der Netzwerke, Standorte und Segmente. Fabriken werden hierbei als System verstanden, das aus den beiden Sub-Systemen Produkt und Produktion besteht und die in ihrer Vernetzung eine Fabrikstruktur bilden. Im Rahmen des Planungssystems werden die existierenden Fabrikstrukturen, bestehend aus den Produkten, ihrer Variabilität und Änderungsdynamik sowie den Produktionsstrukturen mit ihren Standortprofilen und Restriktionen, umfassend charakterisiert und in einem Fabrikmodell abgebildet. Aus dieser Analyse werden dann die strukturellen Handlungsfelder zur Anpassung der Strukturen und Potential zur Effizienzsteigerung abgeleitet. Um die Veränderungsprozesse in Zukunft zu systematisieren, erfolgt eine Analyse der relevanten Wandlungstreiber, durch die das Fabrikmodell in Szenarien dynamisiert wird. Hierzu wird ein Planungstool entwickelt und in eine Softwareumgebung integriert, in der die Variationen durch die Wandlungstreiber automatisiert durchgeführt werden. Aus dem Wandlungsdruck der Dynamisierung heraus werden dann strategische Entwicklungslinien für die strukturelle Adaption und Gestaltung einer vernetzten Produktion konzipiert und in alternativen Strukturmodellen konkretisiert. Die Auswahl einer optimalen Lösung erfolgt abschließend entsprechend einem systematisierten Bewertungsverfahren. Die Planungssystematik wird am praktischen Beispiel aus der Automobilindustrie verifiziert. Damit wird deren Anwendbarkeit und Eignung für die systematische Strategieableitung vernetzter Produktionen unter dem Einfluss der permanenten Veränderungen nachgewiesen und damit ein Beitrag geleistet, um deren strukturelle Wandlungsfähigkeit zu steigern.