07 Fakultät Konstruktions-, Produktions- und Fahrzeugtechnik
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Item Open Access 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.Item Open Access Entwicklung eines robusten Verfahrens zur Farbbestimmung von Zähnen auf Basis spektraler Daten(2014) Pflüger, Marius; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h. c. mult.)In der heutigen Gesellschaft hat das Aussehen einen immer größeren Stellenwert. Entsprechend kritisch werden deshalb unpassende Farbausprägungen beim Zahnersatz gesehen. In der Praxis wird die Zahnfarbe hierfür meist visuell mithilfe von Farbringen bestimmt, was jedoch fehleranfällig ist. Diese Arbeit befasst sich deshalb mit der Entwicklung eines Verfahrens zur automatischen Bestimmung der Zahnfarbe mit Hilfe spektraler Messdaten sowie der Integration in den spektralen Smart-Sensor VITA Easyshade. Kernelement ist die Entwicklung eines mehrstufigen Prognosemodells für die Zahnfarbe auf Basis von künstlichen Neuronalen Netzen, welches anhand realer Messdaten trainiert wird. Als vorgelagertes Verfahren wurde ausserdem eine Methode entwickelt, um die realen Messdaten hinsichtlich Ihrer Tauglichkeit für das Modelltraining automatisch zu bewerten und inkonsistente Daten ausschleusen zu können. Zur Steigerung der Ergebnisqualität wurde für die Prognoseergebnisse zudem einePlausibilitätsprüfung durch Nachbarschaften im Farbraum konzipiert und umgesetzt. Zur Evaluierung der ausgewählten Lösungsansätze konnte im Rahmen der Arbeit auf fast 4000 spektrale Messungen an Zähnen von Probanden zurückgegriffen werden. Die Validierung des Verfahrens zeigte, dass anhand definierter Kriterien die Prognosegüte im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren um knapp 40% gesteigert werden konnte.Item Open Access Genauigkeitssteigerung bei der spanenden Bearbeitung mit Industrierobotern durch Fehlerkompensation mit 3D-Piezo-Ausgleichsaktorik(2011) Puzik, Arnold; Verl, Alexander (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.)Die vorliegende Arbeit hat zum Ziel eine Lösung zu zeigen, welche allgemeingültig den Fehler eines Industrieroboters kompensiert. Diese Lösung soll sowohl die Kompensation des statischen Fehlers als auch des Bahnfehlers von Robotern ermöglichen, so dass eine genaue Bearbeitung bei dynamischen Prozessen, wie dem Fräsen, möglich wird. Hierzu wird ein Bearbeitungskonzept vorgeschlagen, welches darauf beruht, dass der Roboter das Bauteil handhabt und die Werkzeugspindel auf einer schnellen Ausgleichskinematik befestigt ist, und so mit Hilfe eines Messsystems den gemessenen Positionsfehler des Roboters ausgleichen kann. Gegenüber bisherigen Ansätzen, welche den Roboter steifer machen, soll durch den Einsatz einer aktiven und schnellen Ausgleichsaktorik auf Basis von Piezo-Aktoren der Fehler des Roboters in allen drei Raumrichtungen ausgeglichen werden. Hierzu wird während des Bearbeitungsprozesses der Fehler des Roboters kontinuierlich gemessen und der 3D-Piezo-Ausgleichsaktorik als Führungsgröße übergeben, auf welcher die Bearbeitungsspindel mit dem Werkzeug befestigt ist. Die Entwicklung der schnellen Ausgleichskinematik – der 3D-Piezo-Ausgleichsaktorik – stand dabei im Vordergrund. In dieser Dissertation wird die methodische und systematische Realisierung dieser Kinematik gezeigt. Die gefertigte Kinematik wird hierzu aufgebaut, in Betrieb genommen und anhand von gemessenen Fräswerkstücken aus Aluminium wird das Konzept erfolgreich validiert.Item Open Access 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.Item Open Access System für die modellbasierte Integration von Anlagen in die Halbleiterfertigung(2007) Dreiss, Philipp; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.)Der zur Verfügung stehende Zeitrahmen für den Aufbau von Produktionsstätten für die Herstellung von Halbleiterprodukten nimmt stetig ab. Gleichzeitig steigt die Komplexität der Automatisierung der zu integrierenden Halbleiterfertigungsanlagen in die Produktion an. Die Vorgehensweise bei der Anlagenintegration wird in einzelnen Softwareentwicklungsprojekten für jede Anlage durchgeführt, wobei stark darauf geachtet wird möglichst viele Elemente und Programmteile aus bestehenden Entwicklungen erneut zu verwenden. Durch die Betrachtung der Ausgangssituation bei der Integration von Halbleiterfertigungsanlagen in die Produktion hat sich gezeigt, dass die IT-Landschaft innerhalb der Halbleiterproduktionen aus vielen verteilten und heterogenen Systemen für die Steuerung der Produktionsabläufe besteht. Die Anlagen selbst werden durch die Entwicklung von einheitlichen Integrationsschnittstellen an übergeordnete Systeme in der Produktion gekoppelt, so dass eine standardisierte Steuerung, unabhängig vom Prozess der einzelnen Anlagen, erfolgen kann. Stand der Technik Im Stand der Technik wurden Vorgehensweisen für die Integration von Halbleiterfertigungsanlagen dargestellt. Die Halbleiterfertigungsanlagen liefern eine durch SEMI standardisierte Schnittstelle für die Kommunikation, so dass bei der Modelldefinition von einer einheitlichen Struktur ausgegangen werden kann. Für die Einbindung von Informationen und Anwendungen zeigte der Stand der Technik verschiedene generische Ansätze für die Verarbeitung von Informationen und Modellen. In der Informationstechnologie bietet der Ansatz der modellgetriebenen Architekturen (MDA) die erforderlichen Grundlagen. Entwicklung und Realisierung des Systems Die Geschäftsprozesse von der Planung einer Fabrik und der Produktion, den Einkauf über die Integration bis hin zur Produktion von Halbleiterprodukten, wurden in der Entwicklung des Systems spezifiziert und durch entsprechende Modelle definiert. Die Architektur des Systems beinhaltet die Modelle, wie das Anlagenstrukturmodell für die Abbildung der Struktur der Anlagen, das Anlagenfunktionenmodell für die Abbildung der Funktions- und Verhaltensweisen, das Qualifizierungsmodell für die Verifizierung der Daten und das Transformationsmodell für die Einbindung von Integrationsplattformen und die Definition von Transformationsanweisungen für die Generierung der Integrationsschnittstellen. Basierend auf der Architektur und den beschriebenen Modellen werden Anwendungsfälle besprochen, die vom System zum einen der Anlagenverwaltung und zum anderen der Propagationsmaschine unterstützt werden sollen. Für die Zusammenarbeit von Fabrikbetreibern und Anlagenherstellern wird das System um einen spezifischen Portalbetrieb im Internet erweitert, wodurch die Daten für die Anlagenintegration, wie z.B. die Erfüllung von Anforderungen, organisiert werden können. Umgesetzt wurde die spezifizierte Entwicklung in einer Realisierung des Systems für die modellbasierte Integration auf Basis eines Anwendungsservers, einer flexibel skalierbaren und verteilten Architektur. Anwendung des Verfahrens Die Bewertung der Realisierung und der sich daraus ableitende Nutzen wurde in einem Referenzprojekt in der Industrie ermittelt. Das System wurde in der realisierten Form unterstützend beim Aufbau einer 300-mm-Halbleiterfabrik eingesetzt.Item Open Access Automatisierte Ordnungs- und Kommissionierzelle zur hochflexiblen Bereitstellung von Werkstücken in der Montage(2006) Schmid, Stefan; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.)Der zunehmende nationale und internationale Wettbewerb und die steigenden Ansprüche der Verbraucher führten in den vergangenen Jahren zu einer Zunahme der Produktvielfalt mit immer kürzeren Produktlebenszyklen bei gleichzeitiger Abnahme der Fertigungslosgrößen. Diese Entwicklung führte dazu, dass der flexibel automatisierten Montage in der Klein- und Mittelserienfertigung eine immer größere Bedeutung zukommt. Bei flexiblen Montageanlagen erfolgt die Bereitstellung von Werkstücken vorwiegend über werkstückspezifisch ausgelegte Zuführeinrichtungen, die in den Montagestationen integriert sind und einen Großteil aller Störungen in Montageanlagen verursachen. Ziel der Arbeit war es, eine unabhängig von den Montageanlagen arbeitende Ordnungs- und Kommissionierzelle zur hochflexiblen Bereitstellung von unterschiedlichsten Werkstücken in Flachmagazinen zu entwickeln. Nach der Ermittlung der wesentlichen Anforderungen und Randbedingungen für die Werkstückbereitstellung an flexiblen Montageanlagen wurden wissenschaftliche Grundlagen und Lösungen für einen Vibrationswendelförderer zum gleichzeitigen Fördern und Sortieren mehrerer unterschiedlicher Werkstücke erarbeitet sowie für flexible Positionier- und Ordnungssysteme ein Verfahren zur werkstückspezifischen Magazinauslegung entwickelt. Für die Beschreibung des Werkstückverhaltens im Magazin-formnest während des Magaziniervorganges wurde ein Berechnungsverfahren erarbeitet, mit dem in einer Rechnersimulation die Grenzwerte für die Geräteeinstellparameter, wie z. B. die maximale Schwingungsamplitude und Magazinneigungswinkel, bestimmt werden konnten. Die konzipierten und prototypisch realisierten Einzelkomponenten wurden anschließend in einer Pilotanlage einer automatisierten Ordnungs- und Kommissionierzelle integriert. Anhand eines repräsentativ ausgewählten Werkstückspektrums wurde der Funktionsablauf der Zelle erprobt und die technische Machbarkeit einer von der Montage entkoppelten, hochflexiblen Bereitstellung von Werkstücken in beliebiger Reihenfolge und Losgröße nachgewiesen.Item Open Access Ein Radfahrwerk mit passiver Federung für mobile Roboterassistenten(2009) Staab, Harald J.; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.)Mobile Roboterassistenten sind mobile Roboter, die Menschen bei Alltags- und Arbeitsaufgaben unterstützen und entlasten, gefährliche Arbeiten übernehmen und mit Menschen interagieren können. Sie sollen sich in strukturierten Alltags- und Arbeitsumgebungen des Menschen bewegen können, mit mindestens einem Roboterarm ausgestattet sein und Nutzlasten von etwa 20 bis 80 kg tragen können. Bisher wurden Forschungsdemonstratoren entwickelt, die starre Radfahrwerke haben. Auch Radfahrwerke anderer mobiler Roboter sind fast ausnahmslos starr und benötigen ebenen harten Boden und mehr Platz zum Manövrieren als ein Mensch. Ziel dieser Arbeit ist es daher, zu untersuchen, ob sich Radfahrwerke für mobile Roboterassistenten nicht mit starren, sondern gefederten Radaufhängungen entwickeln lassen, mit denen es möglich ist, Bodenunebenheiten auszugleichen, Stöße und Vibrationen durch Unebenheiten im Fahrweg aufzunehmen und dabei Schleudern oder Kippen unter allen zu erwartenden Fahrsituationen zu verhindern. Ausgangspunkt dieser Untersuchungen sind die Erkenntnisse zur Fahrdynamik von Straßen- und Schienenfahrzeugen sein, die sich aber nur beschränkt auf Radfahrwerke mobiler Roboterassistenten übertragen lassen. In dieser Arbeit werden unterschiedliche Einsatzszenarien analysiert und ein Spektrum von Anforderungen an mögliche Realisierungsvarianten abgeleitet. Daraus werden Konzepte für Teil- und Gesamtsystem des Fahrwerks entwickelt und vergleichend bewertet. Für ein Konzept für Grundflächengeometrie und Radanordnung werden Fahrdynamikmodelle entwickelt, die in als extrem angenommenen Fahrsituationen simuliert werden. Aus diesen Ergebnissen und weiteren relevanten Gleichungen zu Fahrwerk und Antriebsstrang werden Auslegungsdiagramme und ein Vorgehensmodell entwickelt, das den Engineeringprozess von mobilen Roboterassistenten unterstützen kann. Schließlich werden die entwickelten Modelle und Auslegungsdiagramme durch Messungen an einer prototypischen Realisierung verifiziert und diskutiert.Item Open Access Methode zur Auslegung mikrofluidischer Bauteile für beadbasierte Analysesysteme in der medizinischen Diagnostik(2005) Kuhn, Claus; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.)In der medizinischen Diagnostik werden zunehmend molekulare Methoden eingesetzt. Festphasenbasierte Analyseverfahren erlauben dabei die zunehmende Miniaturisierung der Verfahren und gewinnen immer mehr an Bedeutung. Beadbasierte Analyseverfahren sind aufgrund der höheren Sensitivität, schnelleren Bindungskinetik und höheren Flexibilität prädestiniert für die medizinische Diagnostik und existierende Ansätze der Point-of-Care Diagnostik. Die Handhabung der Beads erfolgt dabei in mikrofluidischen Bauteilen. Die Arbeit befasst sich mit der geometrischen Auslegung dieser mikrofluidischen Bauteile und mit der Entwicklung eines Simulationsmodells zur Validierung des Bauteildesigns. Die Funktion des mikrofluidischen Bauteils umfasst in der Einlaufzone die Schnittstelle zur manuellen Befüllung mit einer Beadsuspension, die parallele, ortsfeste Präsentation der Beads in der Analysekammer für die optische Detektion sowie die Abführung von Reagenzien bzw. des Trägerfluids in der Auslaufzone. In der Einlaufzone und Analysekammer liegen laminare, stationäre Zweiphasenströmungen vor. Aufgrund der komplexen strömungstechnischen Vorgänge erfolgt die Validierung der Funktionen heute hauptsächlich experimentell, was einen erhöhten Zeit- und Kostenaufwand bedeutet. Zur geometrischen Auslegung des mikrofluidischen Bauteils wird, basierend auf der Betrachtung von Partikelaggregationen, eine Beziehung zwischen den Seitenlängen der Analysekammer und dem Durchmesser der Beads abgeleitet. Die weitere Auslegung erfolgt auf Basis eines hydraulischen Widerstandmodells. Basierend auf diesen Betrachtungen wird ein mikrofluidischer Probenträger konzipiert und realisiert. Zur Evaluierung des Bauteildesigns wird ein Simulationsmodell entwickelt, welches sowohl die Zweiphasenströmung als auch den sich dynamisch ändernden hydraulischen Widerstand in der Analysekammer abbildet. Dieses Simulationsmodell beruht auf der Kombination des Euler - Lagrange Verfahrens und der Strömung durch poröse Medien. Die erforderlichen Parameter werden experimentell bestimmt. Die Validierung des Simulationsmodells erfolgt durch Experimente mit dem mikrofluidischen Probenträger. Mittels dieser Experimente werden auch die Betrachtungen zur geometrischen Auslegung verifiziert.Item Open Access Untersuchung von Antrieben mit Kunststoff-Faserseilen für den Einsatz in Leichtbau-Gelenkarmrobotern(2013) Rost, Arne; Verl, Alexander (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.)Das erste Ziel dieser Arbeit ist die Bestimmung der Einsatztauglichkeit und Dauerhaltbarkeit von hochfesten Kunststoff-Faserseilen, z.B. aus High Modulus Polyethylene (HMPE), bei deren Einsatz mit engen Biegeradien in Seilzugantrieben wie dem DoHelix- oder Verdrill-Muskel (StMA). Aufbauend auf dieser Untersuchung und der Betrachtung ähnlicher Antriebskonzepte soll als zweites Ziel ein neues Konzept für einen Seilzugantrieb mit für die Servicerobotik geeigneten Charakteristika generiert werden. Dieser Antrieb soll als drittes Ziel der Arbeit prototypisch in einem Leichtbau-Gelenkarmroboter (LGR) zum Einsatz gebracht und validiert werden. Die Analyse zeigt, dass hochfeste Kunststoff-Faserseile bis dato nicht mit engen Biegeradien zum Einsatz kommen. Weiterhin wird festgestellt, dass nur wenige Untersuchungen zu dünnen, hochfesten Kunststoff-Faserseilen mit Durchmessern zwischen 1 mm und 2 mm durchgeführt wurden. Der Bedarf für experimentelle Reihenuntersuchungen wird abgeleitet. Gleichzeitig wird verdeutlicht, dass viele verschiedene Ansätze für Leichtbau-Gelenkarmroboter und deren Antriebe existieren, diese aber zumeist kostenintensiv sind und somit einen Großteil der Hardwarekosten eines mobilen oder stationären Serviceroboters ausmachen. Auf diesen Analysen aufbauend kann ein bis dato nicht adressierter Bereich für die Entwicklung eines neuen, bidirektional-wirkenden Antriebskonzepts mit Seilzügen identifiziert werden. Im Rahmen der Generierung des auf dem DoHelix-Muskel aufbauenden, bidirektional wirkenden QuadHelix-Antriebskonzepts werden Grundlagen zur Auslegung angegeben und der CAD-Entwurf für einen rotatorischen Freiheitsgrad vorgestellt. Die Untersuchungen zur Praxistauglichkeit und Dauerhaltbarkeit des neu generierten QuadHelix-Antriebs und der bereits bestehenden DoHelix- und Verdrill-Muskel-Konzepte werden in einer geeigneten, eigens generierten Testumgebung angegangen. Es werden nach der Erstellung eines Versuchsplans und einer Versuchsstrategie langlaufende Dauerhaltbarkeit-Versuche und kurzlaufende Belastung-Versuche mit unterschiedlichen Seilmaterialien und Zuladungen durchgeführt und anschließend ausgewertet. Für die abschließende Realisierung des Zielsystems eines Leichtbau-Gelenkarmroboters mit vier Freiheitsgraden wird aufbauend auf den hier gefundenen Ergebnissen ein biologisch-inspiriertes Antriebsmodul mit zwei Gelenkachsen entwickelt, das zwei parallel angeordnete QuadHelix-Antriebe zum Einsatz bringt. Wiederum zwei dieser Antriebsmodule, kombiniert mit einem Greifer, ergeben das Zielsystem, mit welchem eine Handhabungsoperation demonstriert wird. Final werden mögliche Ansätze für zukünftige Optimierungen des QuadHelix-Antriebs und des generierten LGRs „ISEALLA 2“ dargestellt und mögliche Folgeprojekte erläutert.Item Open Access 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.