07 Fakultät Konstruktions-, Produktions- und Fahrzeugtechnik
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Item Open Access Entwicklung einer schnell schaltenden Bremse und Kupplung für Linearbewegungen zum Überlastschutz in Werkzeugmaschinen(2009) Dennig, Hans-Jörg; Binz, Hansgeorg (Prof. Dr.-Ing.)Große Kollisionskräfte aufgrund eines Bedien- oder Programmierfehlers sind ein zentrales Problem bei der modernen Produktion mit hocheffizienten Werkzeugmaschinen. Dadurch entstehen teure Reparaturen vor allem an der Hauptspindel und den Spindelmutter-Antrieben, was zu langen Ausfallzeiten an der betroffenen Maschine führt. Eine Umfrage bei insgesamt 23 Anwendern und Herstellern von Werkzeugmaschinen ergab, dass die Service- und Ersatzteilkosten durch eine heftige Kollision bis zu 23.000 € betragen können. Verfügbare Überlastsicherungssysteme können derzeit weder die hohen Kollisionsschäden verhindern noch die Auswirkungen eines Schadens gering halten. Es bedarf also neuer Ansätze. Um dies zu ändern, wird eine Lösung verfolgt, die vorsieht, die Vorteile elektronischer und mechanischer Überlastsicherungssysteme zu vereinen. Diese Lösung basiert darauf, dass der erste Kontakt bei einer Kollision beispielsweise zwischen Werkzeug und Werkstück erkannt und über eine nachgeschaltete Entscheidungslogik verarbeitet wird. Durch diesen kontakterkennungsbasierten Ansatz ist es möglich, Kollisionen schneller als bei herkömmlichen Schutzsystemen zu erkennen und Maßnahmen einleiten zu können. Je nach Kollisionshärte muss die Maschine dann möglichst schnell gestoppt werden, wobei abhängig von der Vorschubgeschwindigkeit zwei Strategien zur Verfügung stehen. Im Bereich niedriger Vorschübe kann mittels eines steuerungsinternen Notstopps die Maschine sicher gestoppt werden, ohne dass nennenswerte Schäden auftreten. Im Fall einer Kollision mit höheren Vorschubgeschwindigkeiten reicht der interne Notstopp nicht mehr aus, weshalb die Steuerung ein Signal an eine aktiv geschaltete Sicherheitskupplung/-bremse weitergibt. Das schnell schaltende Bremssystem kann vor allem den Spindelkasten inkl. Hauptspindel schützen, indem die Überlast vom Bremssystem aufgenommen wird und bleibende Verformungen verhindert werden. Dazu muss das Bremssystem mit hoher Kraft schnellstmöglich wirken. Eine Überlastkupplung, die eine hohe Axialsteifigkeit aufweist und direkt an der Schnittstelle zwischen Antriebssystem und Werkzeugschlitten in die Spindelmutter integriert ist, kann den Kraftfluss infolge einer Kollision früh unterbrechen und somit das Antriebssystem schützen. Solche Maschinenelemente zur schnellen Kopplung bzw. Entkopplung von großen Kräften sind nach dem derzeitigen Stand der Technik und Forschung nicht verfügbar. Ziel dieser Arbeit ist somit die Entwicklung einer schnell schaltenden Bremse und Kupplung für Linearbewegungen am Beispiel des beschriebenen Überlastsicherungssystems für Werkzeugmaschinen mit Spindelmutter-Antrieben. Damit erfolgt eine Eingrenzung des Lösungsansatzes auf die mechanischen Komponenten. Die ebenfalls benötigte Steuerungstechnik zur Auslösung von Bremse bzw. Kupplung wird in einer weiteren Arbeit am Werkzeugmaschinenlabor der RWTH Aachen entwickelt. Die Hauptanforderung an die einzelnen Systeme besteht dabei in der Verkürzung der Reaktionszeit. Maßnahmen zur Vermeidung von schwerwiegenden Beschädigungen infolge Kollisionen müssen in den ersten Millisekunden eingeleitet werden. In der vorliegenden Arbeit wird zur Lösung dieser Aufgabe als Vorgehensweise der Produktentwicklungsprozess gemäß VDI2221 gewählt. Dabei wird gezeigt, dass die Anforderungen durch eine hydraulische Betätigung des Brems- bzw. Kupplungssystems erreichbar sind. Das Herzstück bildet daher ein Hydraulikventil, das durch einen extrem schnellen Aktor geöffnet wird. Das zentrale Problem dabei ist die Optimierung der Parameter Kraft, Weg und Zeit. So müssen die eingesetzten Aktorprinzipien hohe Kräfte und Wege innerhalb kürzester Reaktionszeit aufbringen. Das schnell schaltende Bremse-Kupplung-System wird hier exemplarisch für die x-Achse einer Fräsmaschine in Fahrständerbauweise entwickelt. Die Antriebssysteme bestehen dabei aus Kugelgewindetrieben. Es steht jedoch nicht die Werkzeugmaschine im Vordergrund, sondern die Entwicklung des Bremse-Kupplung-Systems, das somit auch in weiteren Anwendungsfeldern ihren Einsatz finden kann. Für die geforderte Aufgabenstellung leiten sich jedoch aus den Eigenschaften von Werkzeugmaschinen wie z. B. Verfahrgeschwindigkeiten, Steifigkeiten etc. verschiedene Anforderungen ab, welche die Basis für die vorliegende Arbeit darstellen.Item Open Access Entwicklung eines Systems zur immersiven Arbeitssystemgestaltung mit CAD-Schnittstelle(2009) Schirra, Roman; Spath, Dieter (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h.)Neue Systeme der Virtuellen Realität bekommen in der industriellen Praxis immer größere Bedeutung. Besonders im Bereich der Arbeitssystemgestaltung besteht ein großes Potential, die vorhandenen Probleme des hohen Aufwands für dynamische Menschmodellsimulationen oder der vielen Iterationen in der Layoutgestaltung durch die VR-Technologie zu lösen. Aus diesen Gründen wird für diese Arbeit ein neuer Ansatz gewählt, welcher einen Planungsprozess für Arbeitssysteme nahezu vollständig mit einer VR-Anwendung ermöglicht. Dazu werden die Systemanforderungen, bestehend aus den Anforderungen der Anwendergruppe sowie den systemtechnischen Anforderungen, dargestellt. Die Planungssystematik für Arbeitssysteme liefert einen Baustein zur Entwicklung eines VR-Planungsprozesses sowie zur Gestaltung zusätzlicher Funktionen der VR-Anwendung. Die Einheiten Produkt, Prozess und Ressource bilden einen weiteren Baustein der Konzeption. Ein zusätzlicher Baustein sieht die parallele Datenhaltung von Arbeitssystemkomponenten vor. Für die Umsetzung wurde zunächst die Systemarchitektur aufgestellt. Basierend darauf wurden verschiedene VR-Module und CAD-System-Module entwickelt. Das Datenmodell wird durch die Erweiterung bestehender Dateien um bestimmte Einheiten realisiert. Die Umsetzung der parallelen Datenhaltung sieht vor, jede Arbeitssystemkomponente sowohl als VR-Datei als auch als CAD-Datei vorzuhalten. Durch die Entwicklung eines VB-Servers können parametrisierte Arbeitssystemkomponenten immersiv verändert und eingeladen werden. In der Groblayoutplanung wurden Vorgehensweisen entwickelt, um Stationen, Linien bis hin zu Fabrikstrukturen in groben Abmaßen festzulegen. Die Feinlayoutplanung wurde für die Detaillierung des Layouts durch Bibliothekskomponenten realisiert. Für die ergonomischen Analysen wurde die Idee umgesetzt, Bewegungsabläufe vom Anwender direkt auf ein Menschmodell zu übertragen. Zusätzlich wurde eine Positionierungsmethodik entwickelt, um Objekte und Menschmodelle interaktiv zu verschieben und auszurichten. Ein Projektnavigator wurde zur Verwaltung der Planungsprojekte umgesetzt. Darüber hinaus wurde ein VR-Konverter für den Austausch entsprechender Planungsdaten verwirklicht. Im Rahmen einer Anwenderstudie erfolgte die Evaluierung des Gesamtsystems. Dabei wurden zunächst die Testpersonen ins System eingewiesen, danach erfolgte die Durchführung der Tests und im Anschluss wurde das System bewertet. Insgesamt bewerteten die Anwender das entwickelte System positiv.Item Open Access Ein offenes, integratives Rahmenwerk für die Qualitätsprüfung variantenreicher Serienprodukte am Beispiel der Automobilmontage(2005) Schmitz, Marc; Spath, Dieter (Prof. Dr.-Ing.)In der vorliegenden Arbeit wurde ein allgemeines informationstechnisches Konzept für ein Applikationsframework für die Unterstützung der Qualitätsprüfung entwickelt, welches als Kernelement das Prüfdatenmanagement betrachtet. Besondere Aufmerksamkeit wurde auf die Unterstützung der Prüfplanung mit variantenreichen Produkten und eine Gesamtbetrachtung des Prüffeldes gelegt, wobei vorhandene Softwarelösungen in das Konzept integriert und durch die neue Struktur die Qualitätsprozesse verbessert werden. Als Beispiel wurde die Automobilmontage gewählt, da anhand der besonderen Bedürfnisse im Automobilbau, wie 100%-Prüfung bei variantenreichen Produkten mit einer Vielzahl von unterschiedlichen Prüfungen, die Anwendung des Konzepts umfassend dargestellt werden kann. Das vorgestellte Konzept bietet eine Verfügbarkeit und Nutzbarkeit von qualitätsrelevanten Informationen in der Qualitätsprüfung zur Sicherstellung von kontinuierlicher und nachvollziehbarer Informationsqualität im Produktionsprozess.Item Open Access Eine integrative, prognosebasierte Vorgehensweise zur strategischen Technologieplanung für Produkte(2007) Gomeringer, Axel; Spath, Dieter (Prof. Dr.-Ing.)Unternehmen sehen sich einem stark veränderten Markt- und Technologieumfeld gegenüber, in dem sie sich kontinuierlich durch Innovationen vom Wettbewerb differenzieren müssen. Das Markt- und Technologieumfeld ist insbesondere geprägt durch beschleunigten Wandel, Diskontinuitäten, zunehmende Dynamik und Komplexität sowie das Zusammenwachsen von Technologien und verkürzte Produktlebenszyklen. In diesem von radikalen Veränderungen geprägten Umfeld kommt der strategischen Technologieplanung zunehmende Bedeutung zu. Das Ziel der Arbeit ist es, eine integrative, prognosebasierte Vorgehensweise für die strategische Technologieplanung für Produkte zu entwickeln, mit methodischen Handlungsempfehlungen zu modellieren und zu evaluieren, welche es Unternehmen ermöglicht, ihre Investitionen in Produkttechnologien effektiv einzusetzen und die Voraussetzung für technologische Innovationen zu schaffen. Dabei sollen zukünftige Entwicklungen des Markt- und Technologieumfelds prognostiziert und berücksichtigt, das gesamte Produkttechnologiespektrum geplant, einzelne Technologierichtungsentscheidungen getroffen und zu einer Technologiestrategie zusammengefasst sowie der gesamte Technologieplanungsprozess mit den Schnittstellen zu angrenzenden Prozessen abgedeckt werden. Auf der Grundlage einer Analyse existierender Ansätze für strategische Technologieplanungsprozesse, von Technology Intelligence Ansätzen sowie von szenariobasierten, portfoliobasierten und roadmappingbasierten Technologieplanungsansätzen, den daraus resultierenden Defiziten sowie ermittelten Anforderungen, wird in der Arbeit die integrative, progno-sebasierte Vorgehensweise für die strategische Technologieplanung für Produkte entwickelt. Die Vorgehensweise basiert auf sechs identifizierten Aufgaben strategischer Technologieplanungsprozesse und ordnet diesen Methoden zu. Die Informationssammlung erfolgt dabei unterstützt durch Kreativitätstechniken. Zur Analyse von Markt und Umfeld kommen Marktportfolios zum Einsatz, während die Technologieanalyse durch die Wertkettenanalyse, die Systemanalyse, die Technologiefeldbildung und die Market-Pull/Technology-Push-Analyse unterstützt wird. Die Prognose des Umfelds erfolgt mit Hilfe eines intuitiven Szenarioansatzes und die Technologieprognose mittels informationsgenerierender Technologieprognosemethoden in einem diskontinuierlichen Technology Intelligence Prozess. Zur Optionsgenerierung werden vorwiegend Kreativitätstechniken verwendet und mit Workshop- und Moderationstechniken unterstützt. Da die Bewertungsaufgabe sehr vielfältig ist, wurden zur Bewertung der Technologien mehrere Technologieportfolios entwickelt und für die Ziele eine prognostische Bewertung sowie die Nutzwertanalyse verwendet. Die Umsetzungsplanung und Entscheidungsfindung wurde schließlich mit Projektportfolios unterstützt. Die einzelnen Methoden wurden dabei problemspezifisch angepasst und miteinander verknüpft. Die Struktu-rierung der Vorgehensweise orientiert sich an typischen Planungsprozessen, umfasst fünf Phasen und folgt einem vier Ebenen-Modell welches eine Gegenstromplanung ermöglicht und neben der Zielebene die Ebenen technologisches Betätigungsfeld, Technologiefelder und Forschungs- und Technologieentwicklungsaktivitäten umfasst. Die Vorgehensweise wurde mit der SADT-Methodik modelliert, um deren einfache Implementierung im Unternehmen zu ermöglichen und Wechselwirkungen zwischen einzelnen Schritten aufzuzeigen. Die Evaluierung des Vorgehensmodells erfolgte durch seine Anwendung in einem produzierenden Unternehmen aus der Kältetechnikbranche sowie durch die Bewertung der Anwendung anhand formulierter Kriterien. Die Anwendung der Vorgehensweise ermöglichte es dem Unternehmen Investitionen in Produkttechnologien in der Inventionsphase integrativ und prognosebasiert zu planen. Insbesondere konnte die Prognose von Umfeld- und Technolo-gieentwicklungen mit dem notwendigen Detaillierungsgrad bei der Planung integriert werden. Die durchgeführte strategische Technologieplanung ermöglichte eine Gesamtanalyse des Produkttechnologiespektrums und die integrative Gestaltung des Planungsergebnisses indem eine schrittweise Deduktion von Zielen, Wegen und Umsetzungsmaßnahmen für Technologien erfolgte und einzelne Technologierichtungsentscheidungen zu einer Technologiestrategie integriert wurden.Item Open Access Untersuchung zur Lebensdauer von Kranhubseilen in der Mehrlagenwicklung(2008) Weiskopf, Ulrich; Wehking, Karl-Heinz (Prof. Dr.-Ing.)In vielen fördertechnischen Anwendungen wie bei Mobil- und Turmdrehkranen werden mehrlagig bewickelte Seiltrommeln eingesetzt. Bei der mehrlagigen Bewicklung sind die Seile im Vergleich zum einlagigen Seiltrieb einer erheblich höheren mechanischen Beanspruchung ausgesetzt. Die Seillebensdauer ist deshalb in der Mehrlagenwicklung erheblich reduziert. Diese Minderung der Seillebensdauer durch die Mehrlagenwicklung ist bisher nur ansatzweise untersucht. Wegen der für die praktischen Anwendungen fehlenden Berechnungsmöglichkeiten sind Seil-, Kran- und Windenhersteller gezwungen, mit hohen Sicherheitsfaktoren und strengen Ablegekriterien für Hubseile in der Mehrlagenwicklung zu arbeiten. Hieraus ergeben sich deutliche wirtschaftliche und sicherheitstechnische Nachteile. In der vorliegenden Arbeit wird zunächst der heutige Kenntnisstand in den relevanten Bereichen der Seil- und Hubwerkstechnik dargestellt. Davon ausgehend erfolgt eine ausführliche Betrachtung der für die Mehrlagenwicklung entscheidenden Schädigungsmechanismen und deren Einflusses auf die Seillebensdauer in theoretischer, experimenteller und analytischer Hinsicht. Zur Verifizierung der Betrachtungen werden breit angelegte Versuchsreihen beschrieben, die der Quantifizierung des Einflusses der wichtigsten Schädigungsparameter in der Mehrlagenwicklung sowie der Untersuchung seilspezifischer Einflussparameter dienen. Als Ergebnis der Versuchsauswertungen wird unter Berücksichtigung der geschaffenen Datenbasis eine allgemeingültige, in dieser Form bisher nicht vorliegende Lebensdauergleichung für Seile in der Mehrlagenwicklung vorgestellt, mit der erstmals die Lebensdauer von Hubseilen in der Mehrlagenwicklung mit hoher Sicherheit berechnet werden kann. Zu Beginn der Forschungstätigkeiten war der Rückgang der Seillebensdauer durch die Effekte der Mehrlagenwicklung vorsichtig auf ca. ein Drittel im Vergleich zum einlagigen Lauf über Scheiben eingeschätzt worden. Tatsächlich kann durch die jetzt vorliegenden Ergebnisse eine deutlich höhere Lebensdauerabnahme auf ca. 3 bis 10 % im Vergleich zur Rundrille nachgewiesen werden. Damit sind durch die Ergebnisse der im Rahmen dieser Arbeit durchgeführten Untersuchungen erstmals wesentliche Grundlagen für das Verständnis der zur Seilschädigung führenden Abläufe in der Mehrlagenwicklung geschaffen worden. Zudem liegt jetzt durch die beschriebene Lebensdauergleichung ein wichtiges Werkzeug für die Auslegung von Seilen und Seiltrieben mit Mehrlagenwicklung vor.Item Open Access Übertragbarkeit von Vorkenntnissen bei der Zuverlässigkeitstestplanung(2007) Hitziger, Tillmann; Bertsche, Bernd (Prof. Dr.-Ing.)Der Zuverlässigkeit neuer Produkte wird immer mehr Aufmerksamkeit der potentiellen Kunden zu Teil. Zuverlässigkeit ist zu einem der entscheidenden Kaufargumente geworden, sowohl im Konsum- als auch im Industriegüterbereich. Im Entwicklungsprozess ist die Produktzuverlässigkeit daher von zentraler Bedeutung. Auf Grund der immer kürzer werden Entwicklungszeiten und dem allgemein herrschenden Kostendruck findet die Erprobung neuer Produkte mit einem sehr engen Zeit- und Budgetplan statt. Es besteht daher ein großes Interesse, den zum Nachweis der Produktzuverlässigkeit notwendigen Stichprobenumfang auf ein Nötiges zu beschränken. Davon motiviert, wurden in den letzten Jahren verstärkt Analyseverfahren erarbeitet, die es erlauben, bei der Planung von Zuverlässigkeitstests Vorkenntnisse anderer, ähnlicher Produkte einzubinden. Dadurch kann es gelingen, den statistisch geforderten Stichprobenumfang in der Produkterprobung zu reduzieren. Ein mögliches Verfahren zur Berücksichtigung von Vorinformationen zur Zuverlässigkeit wurde von Krolo vorgestellt. Diese Vorgehensweise zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass bei der Übertragung der Vorkenntnisse ein so genannter Transformationsfaktor eingebunden wird. Dieser Faktor ermöglicht es, die bekannte, zusätzliche Information nur zu einem bestimmten Anteil zu nutzen. Einer eventuell unzureichenden, statistischen Absicherung der Zuverlässigkeit wird dadurch entgegengewirkt. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit Möglichkeiten zur Bestimmung dieses, von Krolo eingeführten, Transformationsfaktors. Nach dem Einstieg in die Planung von Zuverlässigkeitstests auf Basis der klassischen Testplanung, wurde daher zunächst das Krolo-Verfahren mit den für diese Arbeit maßgeblichen mathematischen Grundlagen vorgestellt. Der Einstieg in die eigentliche Thematik stellt die Übersicht über mögliche Ansätze zur Bestimmung des Transformationsfaktors dar. Im Anschluss daran, wurde ein qualitatives, auf der so genannten Fuzzy-Technik aufbauendes, Verfahren aufgezeigt. Diese expertenbasierte Vorgehensweise ermittelt an Hand der, die spätere Zuverlässigkeit maßgeblich bestimmenden, Einflussgrößen den Transformationsfaktor zwischen einem neuen Produkt und einem ähnlichen Produkt, beispielsweise einem Vorgänger. Es eignet sich daher insbesondere dazu, zu Beginn der Erprobung, wenn noch keine Testergebnisse des neuen Produkts vorhanden sind, eine erste qualitative Aussage über den vermutlich notwendigen Stichprobenumfang zu treffen. Sind jedoch Testergebnisse für beide Produkte bekannt, kann der Transformationsfaktor mittels so genannter Anpassungstests exakter bestimmt werden. Den Kern dieser Arbeit stellen daher die erarbeiteten, quantitativen Vorgehensweisen dar. Sie basieren auf dem Anpassungstest nach Kolmogorov und Smirnov. An Hand der Summenfunktionen der betrachteten Stichproben wird eine Wahrscheinlichkeit dafür ermittelt, dass beide Stichproben aus einer ihnen gemeinen Grundgesamtheit stammen. Der Transformationsfaktor wurde in dieser Arbeit mit jener Wahrscheinlichkeit angenommen. Um diese Annahmen zu verifizieren wurden verschiedene Simulationen durchgeführt. Es zeigte sich, dass die vorgeschlagene Vorgehensweise zur Ermittlung des Transformationsfaktors in Verbindung mit dem Verfahren nach Krolo sehr gute Ergebnisse liefert. Es kann daher davon ausgegangen werden, dass der auf diese Weise ermittelte, zum Nachweis der Produktzuverlässigkeit notwendige Stichprobenumfang mit sehr hoher Wahrscheinlichkeit korrekt ist. Einen weiteren Schwerpunkt der Arbeit stellt die praktische Ermittlung des Transformationsfaktors mittels der erarbeiteten Vorgehensweise dar. Es wurde aufgezeigt wie auf verschiedene Datensituationen eingegangen werden muss. Dabei wurden sowohl zensierte als auch unzensierte Produktinformationen in Betracht gezogen. Außerdem wurde auf den Einsatz der Methodik bei der Planung und Analyse von Systemtests hingewiesen. Den Abschluss der Arbeit bildet die beispielhafte Anwendung des vorgestellten quantitativen Verfahrens. Für Achsgetriebe von Nutzfahrzeugen wurde durch den Einsatz der Methode eine deutliche Reduzierung des Versuchsaufwands erzielt. Es konnte eine bezüglich der Anzahl an Probanden optimierte Teststrategie entwickelt werden. Insbesondere bei Baureihenprodukten ist die Anwendung des Verfahrens nach Krolo im Zusammenspiel mit dem in dieser Arbeit vorgestellten Verfahren zur Bestimmung des Transformationsfaktors sehr effektiv. Nicht zu letzt dieses Beispiel zeigt den Vorteil der Verfahren zur Berücksichtigung von Vorkenntnissen. Im Gegensatz zu den klassischen Vorgehensweisen ist mit derartigen Verfahren eine hinsichtlich Zeit und Kosten optimierte Planung von Zuverlässigkeitstests möglich.Item Open Access Farbkodierte objektangepasste Streifenprojektion für die schnelle 2D- und 3D-Qualitätsprüfung(2002) Haist, Tobias; Tiziani, Hans J.Die Kontrolle von Werkstücken hinsichtlich ihrer dreidimensionalen Geometrie und ihrer Oberflächencharakteristik ist von entscheidender Bedeutung für die automatisierte industrielle Produktion. Vorgestellt wird ein schnelles und robustes Einzelbildverfahren das es gestattet, gleichzeitig die Topographie zu kontrollieren und ein Videobild des Werkstückes zu generieren. Hierzu wird eine objektangepasste Streifenprojektion mit einer farbkodierten Maske verwendet. Zur Detektion können preiswerte Einzelchip Farbkameras zum Einsatz kommen. Das Verfahren erzielt eine vergleichsweise gute 3D-Auflösung von 1/4000 bei einer hohen lateralen 2D- und 3D-Auflösung und ist weitgehend unempfindlich gegen lokale Verschmutzungen und Variation der Beleuchtung.Item Open Access Konzeption und Entwicklung eines synchronen Kommunikationssystems für die verteilte Produktentwicklung(2009) Tippmann, Volker; Bullinger, Hans-Jörg (Prof. Dr.-Ing. habil. Prof. e.h. mult. Dr. h.c. mult.)Ziel dieser Arbeit war es, auf der Grundlage einer detaillierten Anforderungserhebung ein synchrones Kommunikations- und Kooperationssystem zu entwickeln, das erweiterbare Basistechnologien zur Verfügung stellt. Dabei wurden für die Zusammenarbeit in der Produktentwicklung spezifische Werkzeuge prototypisch implementiert und unter Gesichtspunkten der Benutzerfreundlichkeit evaluiert. Die in der Forschung zum Thema Collaborative Virtual Environments (CVE) häufig verwendete Raummetapher wurde für die Entwicklung der synchronen Kommunikationstechnologien übernommen und in Form eines dreidimensionalen virtuellen Arbeitsraums umgesetzt. Aufgrund des hohen Kommunikations- und Koordinationsbedarfs im RPD lagen neben Arbeiten zur Unterstützung der Gruppenwahrnehmung (Awareness) die Schwerpunkte auf der Entwicklung verteilter Präsentations-, Moderations- und Visualisierungswerkzeuge. Diese Werkzeuge dienen der Kommunikationsstrukturierung und der Veranschaulichung von Sachverhalten, beides wichtige Vorraussetzungen für eine gelungene Kommunikation und Wissensintegration in multidisziplinären Teams. Es wurde ein 3D Multi-User-System entwickelt, das es verteilt arbeitenden Teams erlaubt, sich an einem virtuellen Arbeitsplatz zu treffen, multimodal zu kommunizieren und Besprechungen zu strukturieren. Von entscheidender Bedeutung im iterativen Prozess des RPD ist die Präsentation von Modellen und virtuellen Prototypen. Daher bietet die virtuelle Umgebung die Möglichkeit, virtuelle Prototypen zu visualisieren und in begrenztem Umfang zu editieren bzw. zu modellieren. Für den Austausch der Interaktionsdaten wurde ein XML-basiertes Protokoll entwickelt, das als Schnittstelle zu anderen Applikationen bzw. Endgeräten dient. Es wurde mit dem hier entwickelten Prototypen die Grundlage für ein leistungsfähiges Kooperationssystem geschaffen. In Zukunft gilt es, die Basisfunktionalitäten des Systems zu erweitern und es verstärkt in Zusammenarbeit mit der Industrie in Anwendungsszenarien weiterzuentwickeln. Das System wurde verschiedenen Industriepartnern vorgestellt, und es besteht das Interesse, es gemeinsam zur Produktreife zu bringen. Neben der Erarbeitung von neuen Modulen (z.B. HTML Browser, Video, verbesserte Textbearbeitung) stehen hier die Entwicklungen von alternativen Repräsentationen der Benutzer und der Räume an. Hier sollten zusätzlich zu den CUA Methoden auch verstärkt vergleichende Methoden zum Einsatz kommen. Die Anbindung an Datenmanagementsysteme ist auf das ASN beschränkt. Hier sollten Schnittstellen zu gängigen Systemen (PDM/EDM) geschaffen werden. Da es sich um ein webbasiertes System handelt, das zudem Schnittstellen für die Anmeldung von Nutzern bietet, ist es ohne großen Aufwand möglich, das System in bestehende Groupware-Umgebungen einzubinden. Es wäre möglich, das System mit anderen Virtual Reality Umgebungen, wie z.B. CAVEs oder Powerwalls zu integrieren. Das XML-Protokoll für den Datenaustausch bietet hierzu die Grundlage.Item Open Access 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.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.