Universität Stuttgart
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Item Open Access Konzeption und Einführung von Virtueller Realität als Komponente der Digitalen Fabrik in Industrieunternehmen(2007) Runde, Christoph; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.)Obgleich zahlreiche Autoren seit den achtziger Jahren auf die großen Potenziale von Methoden und Technologien der Virtuellen Realität (VR) verweisen – gerade auch in Anwendungen der Digitalen Fabrik –, ist der umfassende Durchbruch im industriellen Einsatz ausgeblieben. Als Hemmnisse des VR-Einsatzes sind heute eine Anzahl an Gründen bekannt. Vorgehensmodelle zum Aufbau von VR-Systemen gehen heute leider nicht bis in die notwendige Detaillierung. Bei der Konzeption und Auswahl von VR-Systemkomponenten gibt es heute keine umfassenden Modelle, die einen vollständigen Vergleich von Systemkomponenten erlauben. Existente Eigenschaftslisten von VR-Interface-Geräten sind nicht Aufgaben-orientiert, so dass eine Nutzen-basierte Auswahl nicht möglich ist. Wohl existieren VR-Interface-Designrichtlinien und tragfähige Aussagen zum Nutzen von VR, jedoch stehen diese ohne einen systematischen Bezug zur Aufgabe und zur VR-Systemkonzeption. Zur Einführung von VR-Systemen in Industrieunternehmen besteht eine lose Sammlung an Empfehlungen, jedoch ohne ein systematisch-vollständiges Dach. Die vorliegende Arbeit verfolgt das Ziel, eine vollständige Erfassung der Eigenschaften von VR-Interface-Systemen mittels der Funktionenanalyse vorzunehmen. Der entstehende Funktionenbaum wird zu einem Zielsystem für eine Nutzwertanalyse weiterverarbeitet. Der Bezug von Aufgaben in der Digitalen Fabrik zu VR-Interface-Designrichtlinien wird über neu ermittelte Betrachtungsgegenstände der Aufgaben (Gestalt, menschliches Verhalten, Wissen, ...) und Handlungsklassen (bewerten, gestal-ten, Prozessunterstützung, ...) hergestellt. Die relevanten Gestaltungsrichtlinien für VR-Systeme geben dann das Zielprogramm und innerhalb des Zielsystems die Funktionsgewichtungen vor. Die Bewertung der Funktionserfüllungsgrade erfolgt mit Vergleich objektiv oder auf der Basis recherchierter Nutzennachweise der VR. Die Einführung von VR in Industrieunternehmen wird als Wandlungsprozess begriffen. Das Rahmenwerk des Change Managements wird daher mit den Erkenntnissen der Einführung von VR-Systemen, CAD-Systemen und EDM-/PDM-Systemen ausgefüllt. Zum Nachweis der Anwendbarkeit und dem Ausweis der Möglichkeiten werden mit dem entwickelten Verfahren drei VR-Systeme (Anwendungen: Verbaubarkeitsuntersuchung, Arbeitsplatzvalidierung, Fabrikanordnungsplanung) konzipiert. Einführungsszenarien werden erläutert.Item Open Access Automatisiertes Modellieren großflächiger Sandgussformen(2005) Schaaf, Walter H.; Westkämper, Engelbert (Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.)In der Arbeit wird ein neues direktes, d.h. modelloses, Formverfahren für großflächige Sandgussformen beschrieben. Im Gegensatz zu den bisher bekannten Verfahren zur direkten Herstellung von Sandgussformen, d.h. dem Fräsen vorverfestigter Formstoffblöcke und den generativen Verfahren, arbeitet das neue Verfahren durch dreidimensionales Modellieren des Gießereiformstoffes mit robotergeführten lokal wirkenden Modellier- und Verdichtungswerkzeugen. Es werden Szenarien zur Anwendung des neuen Verfahrens aufgezeigt und entsprechende Teil- und Gesamtsystemvarianten konzipiert. Die beiden wissenschaftlichen Entwicklungsschwerpunkte behandeln das Formstoffverhalten beim lokalen Modellieren und Verdichten sowie eine automatische 3D-Bahngenerierung. Die Untersuchung des Formverhaltens basiert auf neuen theoretischen Wirk- und Berechnungsmodellen, die mit einem bentonit-gebundenen Formstoffsystem und einem kalt-härtenden Furanharz-Formstoffsystem verifiziert werden. Die automatische 3D-Bahngenerierung berücksichtigt das Formstoffverhalten und liefert prozessoptimale Bahnen, die direkt in Ausführungsprogramme für Industrieroboter umgesetzt werden können. Mit Hilfe einer prototypischen Roboterzelle werden die theoretischen und experimentellen Ergebnisse an einer großflächigen Sandgussform erprobt und die Machbarkeit des automatisierten Modellierens nachgewiesen.Item Open Access Fähigkeitsorientierte Montageablaufplanung in der direkten Mensch-Roboter-Kooperation(2005) Beumelburg, Katharina; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.)Ein neu entwickeltes Montagekonzept, bei dem Mensch und Roboter ohne trennende Schutzeinrichtungen zusammenarbeiten und das zu einer „angepassten Automatisierung“ führt, ist die direkte Mensch-Roboter-Kooperation. Sie ermöglicht eine flexible Arbeitsteilung zwischen Mensch und Roboter, durch die beide entsprechend ihrer spezifischen Fähigkeiten optimal „zusammenarbeitend“ eingesetzt werden können. Um ein solches System Herstellkosten senkend einzusetzen, wird ein an die Fähigkeiten und Prozesszeiten angepasster Montageablauf mit einer entsprechenden Arbeitsteilung benötigt. Die Entwicklung von fähigkeitsorientierten Montageabläufen für die direkte Mensch-Roboter-Kooperation stellt eine komplexe, von einer Vielzahl von Einflussgrößen abhängige Aufgabe dar. Innerhalb des Entwicklungsprozesses für solche Montageabläufe sind dabei insbesondere durch die gewünschte Fähigkeitsorientierung, die die Nutzung der Mensch-Roboter-Kooperationszelle erst sinnvoll möglich macht, und den enormen Kostendruck in der Montage eine Vielzahl von Zielkriterien und Randbedingungen zu beachten. Da bisher bei den Entwicklungswerkzeugen für Montageabläufe in hybriden Montagesystemen ein deutliches Defizit hinsichtlich der Fähigkeitsorientierung besteht und es keine Möglichkeit zur Berücksichtigung kooperativer Montageschritte bei der Montageablaufplanung gibt, wird in dieser Arbeit die Entwicklung eines Verfahrens und die Implementierung eines Programmsystems formuliert, welches die diesbezüglichen Anforderungen erfüllt und dem Anwender die fähigkeitsorientierte Montageablaufplanung für die Mensch-Roboter-Kooperationszelle ermöglicht.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 Methode zur strategischen Leistungsplanung in wandlungfähigen Produktionsstrukturen des Mittelstandes(2009) Aldinger, Lars Alexander; Westkämper, Engelbert (Prof. Dr.-Ing. Prof. e.h. Dr.-Ing. e.h. Dr. h.c. mult.)Das turbulente Umfeld beeinflusst die Produktion eines Industrieunternehmens massiv. Ständige äussere wie innere Veränderungen zwingen zu einer kontinuierlichen Adaption der Produktion, um bestehende wie auch neue Produkte zu einem wirtschaftlichen Kostenniveau fertigen zu können. Zur Erfüllung dieser Aufgabe reichen operative Maßnahmen, auch wenn die Reaktionsschnelligkeit noch so hoch ist, nicht aus. Neben den kurzfristigen Rationalisierungsmaßnahmen und inkrementellen Adaptionen ist weiterhin eine systematische Vorausschau gefragt, wenn es beispielsweise um die Frage nach der Integration neuer Technologien oder um strukturelle Maßnahmen wie die Gestaltung der Eigenfertigungstiefe geht. Zur Erhaltung der strategischen Flexibilität im turbulenten Umfeld muss eine zeitgemäße strategische Planung der Produktion daher in der Lage sein, verschiedene Strategien zur Erstellung der geforderten Leistung darzustellen, deren wirtschaftliche Auswirkungen sowie die Auswirkungen auf die Wandlungsfähigkeit abzuschätzen, und die erforderliche Aktivitäten und Investitionen rechtzeitig und adäquat abzuleiten. Als Zielsetzung der vorliegenden Arbeit wurde daher die Verbesserung der langfristigen Gestaltung der Produktion im turbulenten Umfeld durch die Entwicklung einer Methode zur strategischen Leistungsplanung in wandlungsfähigen Produktionsstrukturen definiert. Anwendungsbereich der Methode sind mittelständische Unternehmen des Maschinen- und Anlagenbaus. Es werden Veränderungen des Mengengerüsts, kontinuierliche und diskontinuierliche Veränderungen in Produkten und Produktionstechnik, sowie Veränderungen der Eigenfertigungstiefe in ihrem Zusammenspiel beruecksichtigt. Die Betrachtung bezieht sich jeweils auf einen Standort eines Unternehmens mit einem strategischen Zeithorizont von bis zu zehn Jahren. Objekt der Leistungsplanung ist der Leistungsbedarf in Stunden (Produktionsleistung) und daraus abgeleitet der Bedarf an Maschinen und Anlagen sowie der Stundenbedarf in zugeordneten produktionsnahen indirekten Bereichen.Item Open Access Grundlegende Ansätze zur Modellierung und Simulation von Beschichtungsprozessen am Beispiel von PVD-Kupfer(2006) Gottwald, Bernhard; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.)Die technische Oberfläche kann allgemein als die Grenzfläche eines Erzeugnisses zu seiner Umwelt definiert werden. Die Beschichtungstechnik ist daher von großer Bedeutung für die Erweiterung der Einsatzbereiche und des Leistungsvermögens eines Erzeugnisses. Langfristiges Ziel muss es sein, komplexe Schicht-Substrat-Systeme zukünftig schneller und optimierter an gewünschte Funktions- und Belastungsprofile in der Nutzung anpassen zu können. Dieses Engineering setzt einen ganzheitlichen Ansatz voraus bei dem die Auswahl der zugrunde liegenden Simulationsmethodik, der untersuchte Beschichtungsprozess und das eingesetzte Materialsystem sowie die ingenieurswissen¬schaftliche Praxisrelevanz eng aufeinander abzustimmen sind. Unter dieser Prämisse wurde mit dieser Arbeit die Grundlage für das Engineering von Beschichtungsprozessen auf Basis der Molekulardynamik-Methode (MD) geschaffen. Es ermöglicht die gezielte Konstruktion von Schicht-Substrat-Systemen. Das MD-Modell des Schichtwachstums setzt sich zusammen aus den Wechselwirkungs¬potentialen für das gewählte Schicht-Substrat-System Kupfer/Silizium(111), dynamischen Gleichungen für das isotherm-isobare Ensemble, mesoskopischen Observablen und lokalen Druck- und Temperaturrandbedingungen. Die Wechselwirkungspotentiale werden aus der Dichtefunktionaltheorie und der Tight-Binding-Methode abgeleitet. Die Einführung mesos¬kopischer Observabler ist notwendig, um die molekulare Dynamik durch ingenieurs¬relevante Parameter interpretieren und mit experimentell messbaren Prozessgrößen und Schichteigen¬schaften vergleichen zu können. Als wichtigste Observable für das Schichtwachstum werden die Eigenspannungen ermittelt. Sie bestimmen die mechanischen Schichteigenschaften wie die Haftfestigkeit, die Härte und den Verschleiß, aber auch deren elektronische Eigenschaften wie die Verlagerung von Bandlücken und die magnetische Anisotropie. Die Eingangsgrößen des MD-Modells sind, neben den Potentialen, der schichtbildende Teilchenfluss, der Prozessdruck und die Substrattemperatur. Diese wurden mit einem Massenspektrometer samt Energieanalysator (Plasmamonitor), einem Schwingquarz- und einem Druckmessgerät sowie einem Thermoelement erfasst. Im Rahmen dieser Arbeit wird der Start der Kupferkeimbildung auf dem Siliziumsubstrat untersucht. Die bei Raumtemperatur (296,15 K) mit bis zu fünf Kupfer-Atomen pro Simulationsbox durchgeführten Simulationsversuche zeigen, dass es in dieser Frühphase der Beschichtung nicht zur Ausbildung von Kupferkeimen kommt. Vielmehr werden die abge¬schiedenen Kupfer-Atome direkt in die Siliziumoberfläche eingebaut. Dieser Effekt wird mit der entwickelten Simulationsmethodik überprüft. Dazu wird, zum Vergleich, künstlich in der Simulation ein Kupfer-Dimer, als Voraussetzung zur Keimbildung, an der Siliziumoberfläche angelagert, und dieser mit zwei einzelnen in enger Nachbarschaft im Silizium implantierten Kupfer-Atomen verglichen. Der Vergleich der Ergebnisse ergibt eine um 0,7 eV höhere Energie für das adsorbierte Kupfer-Dimer, also eine niedrigere thermodynamische Stabilität als beim eingebauten Kupfer. In der technischen Praxis hat dies in vielen Fällen den Einsatz von Barriereschichten auf Silizium zur Folge. Zur Evaluierung der Simulation werden die abgeschiedenen Kupferschichten hinsichtlich ihrer Eigenspannungen, Rauheiten und chemischen Zusammensetzungen analysiert. Die Ergebnisse der Eigenspannungssimulationen zeigen, dass die Deposition der ersten Kupfer-Atome in der Startphase der Beschichtung in der, vorher weitgehend spannungsfreien, Siliziumoberfläche Zugspannungen zwischen 350 und 640 MPa induziert. Im Gegensatz dazu werden experimentell für Schichtdicken bis zu 60 nm Schichteigenspannungen von 80-180 MPa röntgenografisch gemessen. Eine endgültige Klärung der beträchtlichen Eigen¬spannungsdifferenzen in den Grenzbereichen von Substrat und Schicht werden Simulationen auf längeren Zeitskalen ergeben. Die plausiblen quantitativen Ergebnisse des entwickelten molekulardynamischen Modells erlauben somit derzeit die Beschreibung des Beschichtens bis zur Ausbildung von Keimen auf der Nanometerskala. Ein Engineering auf Basis der MD kann daher für die Startphase der Beschichtung verfolgt werden.Item Open Access Ein Instrument zur Führung teilautonomer Leistungseinheiten in der Produktion(2009) Burr, Günther; Westkämper, Engelbert (Prof. Dr.-Ing. Prof. e.h. Dr.-Ing. e.h. Dr. h.c. mult.)Mit dem Entstehen von teilautonomen Leistungseinheiten in der Produktion steigt auch der Bedarf an Instrumenten zu ihrer Führung. Um sie zu führen, ohne ihnen den im Rahmen ihrer Autonomie notwendigen Handlungsspielraum zu nehmen, eignet sich speziell eine Führung durch Ziele. Die Vorgabe von einheitenspezifischen Zielen, ermöglicht es den teilautonomen Leistungseinheiten in der Produktion, dass sie alle im Rahmen ihres Handlungsspielraums zulässigen Entscheidungen zielgerichtet selbst treffen. Die Arbeit stellt ein Instrument zur Führung teilautonomer Leistungseinheiten unter Verwendung von Zielen vor. Das mit Hilfe der multidimensionalen, grafischen Datenmodellierung beschriebene Metadatenmodell erfüllt alle in der Arbeit herausgearbeiteten Anforderungen hinsichtlich einer flexiblen, individuellen und verständlichen Zielfestlegung. Das Metamodell enthält die Grundobjekte des Produktionsumfelds (Zeit, Geschäftspartner, Auftrag, Kapazitätseinheit, Artikel, Ziel) in Form von Dimensionen und einige nicht-monetäre Produktionskennzahlen, in Form von Datenraumvariablen. Aus Komplexitätsgründen wurden die Datenraumvariablen auf mehrere Datenräume (Auftragstermine, Auftragsübergangszeiten, Auftragsdurchführungszeiten, Auftragsdurchlaufzeiten, Durchlaufzeitabweichungen, Terminabweichungen, Auftragsmengen und Zielvorgaben) verteilt. Die ebenfalls modellierten Beziehungen zwischen den Datenraumvariablen unterstützen die Ursachenanalyse bei signifikanten Zielabweichungen. Durch den Einsatz leistungsfähiger Methoden zur Analyse multidimensionaler Datenbasen, konnte die Ziel-Ergebnis-Analyse objektiv, zuverlässig und aufwandsminimal umgesetzt werden. Ebenso ermöglichen die eingesetzten Analysemethoden eine ausnahmegetriebene, benutzergesteuerte und transparente Ursachenerforschung bei signifikanten Zielabweichungen durch Navigation zwischen ähnlichen Auswertungen. Als Nachweis der Anwendbarkeit wurde der Einsatz des Führungsinformationssystems in der Automobilindustrie, speziell in der Komponentenfertigung im Bereich des Motorenbaus beschrieben. Beispielhaft wurden die Ziele, die notwendigen DV-technischen Voraussetzungen, ein Ziel-Ergebnis-Monitor, eine Ziel-Ergebnis-Analyse, sowie eine Abweichungsanalyse dokumentiert. Im konkreten Anwendungsfall werden ausgehend von einer im Ziel-Ergebnis-Monitor sichtbaren, signifikanten Terminabweichung die Ursachen durch sukzessives Eingrenzen ermittelt.Item Open Access Ein flexibles Greifsystem für Roboterassistenten im Haushalt(2007) Wegener, Kai; Westkämper, Engelbert (Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.)Ziel der vorliegenden Arbeit war es, Lösungsansätze für flexible und niedrig komplexe Greifsysteme zu schaffen, die es Roboterassistenten ermöglichen, mit ihrer Umwelt zu interagieren und flexibel auf sich ändernde Handhabungssituationen zu reagieren. Hierzu wurde der Finray-Effekt, ein bionisches Prinzip für selbstadaptive Systeme, theoretisch untersucht und für den Einsatz als Fingerkinematik in flexiblen Greifsystemen nutzbar gemacht. Ausgehend vom Stand der Technik wurden typische Einsatzszenarien für Roboterassistenten im Haushalt analysiert. Auf Basis von Lösungsansätzen für die einzelnen Teilsysteme wurden Gesamtkonzepten entwickelt. Ein Konzept mit drei Fingern, die sich zu drei unterschiedlichen Grifftypen konfigurieren können wurde mit dem oben beschriebenen Finray-Effekt kombiniert und weiter detailliert. Im Fokus stand hierbei die grundlegende Untersuchung des Finray-Effektes hinsichtlich seiner greiftechnischen Fähigkeiten. Hierfür wurde der Finray-Effekt in Form einer selbstadaptiven diskreten Kette aus Fingergliedern weiter vereinfacht. Auf Basis dieser Vereinfachung wurde die Kinematik geometrisch und hinsichtlich der resultierenden Kräfte in allgemeiner Form für n-gliedrige Kinematiken modelliert. Um das Verhalten bzgl. unterschiedlicher Objektgeometrien zu untersuchen, wurden umfangreiche Bewegungssimulationen durchgeführt. Auf Basis dieser grundlegenden Untersuchung wurde ein Verfahren entwickelt, welches ausgehend von einem Objektmodell vorhersagen über den Gleichgewichtszustand der Fingerkinematik zulässt. Um die Praxistauglichkeit der Entwicklungen zu bestätigen, wurden zwei Gesamtsystemvarianten aufgebaut und hinsichtlich ihrer Greifmöglichkeiten im Umgang mit geometrievarianten Objekten untersucht. Beide Hände überzeugen durch ihre hohe Flexibilität gegenüber sich ändernden Objektgeometrien. Die IPA-Hand II ist aufgrund der integrierten selbstadaptiven Fingerkinematik in der Lage, ein enormes Objektspektrum abzudecken. Die niedrige Komplexität hinsichtlich des mechanischen Aufbaus und des Planungsaufwandes prädestinieren diese Art von Händen für Roboterassistenten im Haushaltsbereich.Item Open Access Mehrskalige Belastungsregelung in der variantenreichen Serienfertigung von KMU(2013) Kroß, Philipp; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. a. D. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.)Das Umfeld produzierender Unternehmen wird als turbulent bezeichnet. Demgegenüber steht eine begrenzte Anpassungsfähigkeit der Produktionsstrukturen. Deren Auslastung ist stets in einem Arbeitsbereich zu halten, der durch die Fixkosten und die Maximalkapazität nach unten und oben beschränkt ist. Neben der permanenten Anpassung ist es daher erforderlich in einem kontinuierlichen Prozess auch die kapazitive Belastung der Produktionsstrukturen gezielt zu beeinflussen und vermeidbare Verluste aktiv zu reduzieren. Für KMU mit einer variantenreichen Serienproduktion gilt hierbei die Produktplanung als ein zentraler Ansatzpunkt. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein umfassender Ansatz zur mehrskaligen Belastungsregelung vorgestellt, der bestehende Regelkreise der Strukturveränderung ergänzt. Im Mittelpunkt steht hierbei ein Informationssystem aus dem Bereich Business Intelligence, welches ausgehend von operativen Daten aus der Produktion kontinuierlich die Grundlagen für kurz- bis langfristige Entscheidungen in der Produktplanung zur Verfügung stellt. So werden ausgehend von den Prozesszeiten in der Produktion die Zeitspreizungen einzelner Prozesse aufgrund von Produktmerkmalen, die Zeitbedarfsfunktionen als funktioneller Zusammenhang von Produktmerkmal und Prozesszeit sowie die produktspezifischen Belastungsquerschnitte ermittelt. Um die einzelnen Skalen der Planung und die damit verbundenen Zeithorizonte von Entscheidungen abzubilden, lassen sich hierbei die verschiedenen Ebenen in den Produkt- und Produktionsstrukturen variabel miteinander verknüpfen. Mit der Kapazitätsrendite wird zusätzlich eine erweiterte Kennzahl zur Bewertung der Belastungsregelung vorgestellt. Das Informationssystem wird als Leistungsmesseinrichtung bezeichnet. Diese basiert auf einem mehrdimensionalen Datenmodell und den entsprechenden Datenoperationen zur Bestimmung und Visualisierung der Entscheidungsgrundlagen. Eine prototypische Implementierung wurde erfolgreich bei einem kleinen Unternehmen eingesetzt und integriert. Anhand von Fallbeispielen erfolgte anschließend die Validierung des vorgestellten Ansatzes einer mehrskaligen Belastungsregelung.Item Open Access Agent based diagnostic system for the defect analysis during chemical mechanical polishing (CMP)(2005) Kumar, Akhauri Prakash; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.)The rapidly changing technological characteristics of Integrated Circuits (i.e. their compactness and density) require a very high surface planarity and uniform surface topography of the starting substrate material (wafer). The IC manufacturers are demanding wafers with continuously decreasing defect densities, very tight tolerances and very short delivery times, from the wafer manufacturers. The in-situ defect detection, the real-time analysis of non-visual defects, the simultaneous differentiation of multiple defect types and the high capture rates of the detected defects are turning out to be the major challenges for the wafer manufacturers. The current wafer manufacturing process is very complex and has already a very high technical and organizational availability. As a final step in the manufacturing process of wafers, CMP process has emerged as a critical technology for achieving the required global planarization. The high complexity of the CMP process makes the localization (i.e. to find out the defected area, the type and the cause) and control of the process and machine parameters responsible for defect origination during a process run very difficult. This leads to intolerable machine downtimes, caused by the time-consuming defect localization procedures. The deductions of corrective actions and the establishment of correlations between the detected defects and the process parameters are mostly based on the long year CMP process experience of the process engineers. To analyze the investigated defects is to correlate these defects with the drifts and shifts of process and machine parameters offline, i.e. after the defects are already there. Nevertheless, none of the process control approaches showed the adaptability to continuously changing process and production characteristics in the production environment. The time representation of the properties of process and machine parameters was not implemented by the investigated process control algorithms, and none of them provided much information about the chemistry of the CMP process. The core of the research work is to develop and implement an agent based diagnostic system for defect analysis during CMP process for the studied CMP process machine. The system should detect the origination of defects at a very early stage during the wafer manufacturing process. It should reduce the defect densities, improve the reliability and accuracy of the process run by in-situ observation of the CMP process, provide the corresponding corrective actions to the process engineer, reduce the risk of defect occurrence, adapt to the changing CMP processing characteristics and environment and observe explicitly the changing time-dependent properties of process and machine parameters. The system thus deployed in the production environment shows the detection of the origination of defects at a very early stage. It provides mechanisms to exactly localize and characterize the origination of these defects, to achieve high defect detection reliability and repeatability and to increase its detection performance. After the learning process, the system provides exactly the cause, involved behavioral pattern characteristics, related process step, the involved process parameter and machine parameter behaviors for the detected defect origination characteristics to the CMP process expertise. Its integration with CMP process controller in the production environment thus facilitates in-situ detection of the origination of defects.