Universität Stuttgart
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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 Ein Verfahren zur Bewertung technischer Risiken in der Phase der Entwicklung komplexer Serienprodukte(2006) Wißler, Frank Eugen; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.)Zur regelmäßigen Bewertung der technischen Risiken bei der Produktentwicklung durch interdisziplinäre und örtlich verteilte Projektteams wurde ein Verfahren entwickelt, das der hohen Komplexität und Dynamik von Entwicklungsprojekten sowie den notwendigen Iterationsschleifen der Produktentwicklung Rechnung trägt. Basierend auf den Bewertungsergebnissen wird eine gezielte Risikokommunikation als Voraussetzung für effiziente und effektive Entscheidungsprozesse ermöglicht. In der Literatur werden für das Management von technischen Risiken viele Ansätze und Methoden aus den Gebieten Qualitäts- und Projektmanagement angeboten. Die bisherigen Ansätze für die Bewertung der technischen Risiken, die Risikokommunikation und die Projektsteuerung sind in dem Umfeld jedoch unzureichend. Die Folgen dieser Unzulänglichkeiten bei Methoden und Hilfsmitteln für das technische Risikomanagement sind in vielen Unternehmen immer wiederkehrende Probleme mit unregelmäßigen, partiellen und späten Risikobewertungen sowie deren Kommunikation. Dadurch ist die projektweite Transparenz aktueller Risiken nur mangelhaft gegeben und eine präventive Projektsteuerung eingeschränkt wirksam. Basierend auf Erkenntnissen der Systemtheorie wurde ein Risikoinformationsmodell entwickelt, das sich an den drei grundlegenden Systemen der Produktentwicklung - Zielsystem, Handlungssystem und Sachsystem - orientiert. Das besondere Kennzeichen des Risikoinformationsmodells liegt in seiner Mehrebenenstruktur, die aus Elementen, Hauptindikatoren, Indikatoren und Kriterien besteht. Das Modell umfasst neben den Bewertungsobjekten und Merkmalen zur Bewertungsergebnisklassifikation auch die Bewertungsergebnisse selbst. Zur Operationalisierung des Risikoinformationsmodells wurden ein Vorgehen und zugehörige Instrumente zur projektspezifischen Modellerstellung erarbeitet. Das entwickelte Risikobewertungsverfahren ermöglicht über Auswertungen und Verdichtungen von Bewertungsergebnissen eine effiziente Kommunikation vorliegender Risiken. Die praktische Anwendbarkeit des Risikobewertungsverfahrens wurde zum einen in der Automobilindustrie bei der Entwicklung eines neuen Bremssystems nachgewiesen, zum anderen wurde das Verfahren auf den Bereich einer parallelen Produkt- und Produktionsentwicklung in der Halbleiterindustrie übertragen. In beiden Anwendungsbeispielen trug das Instrumentarium mit der geschaffenen Transparenz und hohen Informationsgüte maßgeblich zum Projekterfolg bei. Zur Steigerung der Effizienz bei der Risikobewertung und -kommunikation wurde als unterstützendes Werkzeug eine EDV-Lösung zur Indikatorenfestlegung, Indikatorenbewertung, Maßnahmenfestlegung und Berichterstattung konzipiert.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 Entwicklung einer Methode zur objektorientierten Spezifikation von Steuerungen(2005) Braatz, Arnulf; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. E. mult.)Der generelle Trend des steigenden Automatisierungsgrades in Produktionssystemen und die wachsende Dezentralisierung der dazu notwendigen Steuerungen haben zu einem starken Anwachsen von Software-basierten Steuerungsfunktionen in Produktionssystemen geführt. Aufgrund der Migration von Technologien aus der Informationstechnik in die Automatisierungstechnik lässt sich darüber hinaus eine weiter ansteigende Heterogenität bezüglich der Programmierung von Automatisierungsgeräten und Kommunikationssystemen beobachten. Um in diesem Umfeld komplexer werdender, Software-basierter Steuerungen kosteneffizient zu entwickeln, bedarf es einer entsprechenden Methode zur Spezifikation von Steuerungen. Ausgangspunkt hierfür sind die bewährten objektorientierten Methoden der Informationstechnik, die auf der Unified Modeling Language (UML) als Beschreibungsmittel basieren. In der Analyse der Spezifikationsmethoden und Beschreibungsmittel, die zurzeit in der Automatisierungstechnik und Softwaretechnik zur Anwendung kommen, wird gezeigt, dass diese nur in Teilen den Methoden-Axiomen, die als Anforderung verstanden werden, genügen. Weiterhin wird herausgestellt, dass sich die wichtigsten dort aufgeführten Beschreibungsmittel als Diagrammtypen in der UML wieder finden und somit eine objektorientierte Methode basierend auf der UML am besten geeignet ist, die gestellte Aufgabe zu erfüllen. Die im Stand der Wissenschaft vorgestellten Modelle aus der Automatisierungstechnik dienen im Kern zur Darstellung der System-Dekomposition von Steuerungen als mentale Modelle verstanden (Begriffsmodelle). Es wird gezeigt, dass diese Modelle mit ihren spezifischen Eigenschaften übertragen auf die UML diese als Beschreibungsmittel für Steuerungen notwendig ergänzen. Darüber hinaus wird dargestellt, dass durch die Nutzung der Erweiterungsmechanismen der UML für diese Abbildung die Anwendbarkeit, d.h. die Nutzung von Standard-CASE-Tools, erhalten bleibt. Konzeption und Entwicklung der so genannten ODEMA-Methode führen auf Basis des zu einem iterativ-inkrementellen Vorgehensmodell erweiterten Begriffs der Spezifikationsmethode und der um die entsprechenden Begriffsmodelle und Modellvorstellungen erweiterten UML zu einer objektorientierten Methode zur Spezifikation von Steuerungen. In diesem Kontext wird ein so genanntes UML-Profil für ein Plattform-unabhängiges Beschreibungsmittel entwickelt, das den Einsatz der Methode in einem Standard-CASE-Tool möglich macht. Des Weiteren werden in diesem Zusammenhang entsprechende Verfahren zur Prüfung der syntaktischen Konsistenz und semantischen Widerspruchsfreiheit eingeführt sowie deren Anwendung durch das Vorgehensmodell definiert. Die abschließend vorgenommene Anwendung und Validation der Methode anhand der Referenzfallstudie Produktionstechnik weist die Anwendbarkeit der entwickelten Methode nach.Item Open Access Modellbasiertes Verfahren zur Online-Leistungsbewertung von automatisierten Transportsystemen in der Halbleiterfertigung(2006) Sturm, Roland; Westkämper, Engelbert (Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.)In Halbleiterfabriken ist derzeit eine Zunahme des automatisierten Lostransports zu Fertigungsgeräten und zwischen Fertigungsbereichen zu verzeichnen. Hierfür kommen reinraumtaugliche Deckenfördersysteme zum Einsatz, welche Fertigungslose über mehrstufige Transport-, Lager und Umhordeprozesse unter Berücksichtigung unterschiedlicher Reinheitsklassen befördern. Beim automatisierten Transport werden hohe Anforderungen an ein stabiles Durchsatz- und Lieferzeitverhalten gestellt. Dies erfordert im turbulenten Umfeld der Halbleiterfertigung mit sich verkürzenden Technologielebenszyklen und stark schwankenden Auftragsvolumina pro Halbleiterprodukt eine kontinuierliche Anpassung der Transportsysteme an sich lokal verändernde Transportintensitäten. Vor diesem Hintergrund gewinnt eine adaptive und kontinuierliche Leistungsbewertung von Transportprozessen zunehmend an Bedeutung. Eine sofortige Engpassdetektion im Transportprozess ist somit zwingend erforderlich, was durch ein modellbasiertes Verfahren zur Online-Leistungsbewertung möglich wird. Die heutige Situation in Halbleiterfabriken zeigt, dass keine kontinuierliche Extraktion von Leistungsdaten der mehrstufigen Transportprozesse erfolgt. Ebenso ist eine Bewertung für verschiedene Gruppierungsebenen von Transportsystemkomponenten aufgrund fehlender Zeit- und Ortsdaten zu den Transportprozessen derzeit nicht realisierbar. In der Halbleiterfertigung ist daher eine durchgängige Online-Leistungsbewertung nicht bekannt. Ansätze zur Leistungsbewertung von Materialfluss , Logistik oder Transportprozessen aus anderen Bereichen durch direkte oder indirekte Leistungsmessung erfüllen auch nicht die Kernanforderungen hinsichtlich einer frei konfigurierbaren und adaptiven Online-Erfassung von Zeit- und Ortsdaten zur lückenlosen Verfolgung von mehrstufigen Transportprozessen. Hauptbestandteil dieser Arbeit ist die Konzeption und Entwicklung eines modellbasierten Verfahrens zur Online-Leistungsbewertung von automatisierten Transportsystemen in Halbleiterfabriken. Im Kern der vorliegenden Dissertation steht die Erarbeitung eines Datenextraktionsmodells, welches eine Verfolgung von mehrstufigen Transportprozessen ermöglichen soll. Dafür werden aus den Kommunikationsereignissen der Transport- und Materialflusssteuerung die relevanten Zeit- und Ortsdaten der Transportprozesse online extrahiert sowie in ein Datenhaltungsmodell überführt. Ebenso werden Konfigurationsparameter der Transportsysteme online erfasst und im Datenhaltungsmodell abgelegt. Die Leistungsbewertung erfolgt in einem weiteren Modell basierend auf den extrahierten Leistungsdaten durch die Berechnung von zu entwickelnden Leistungskennzahlen auf unterschiedlichen Verdichtungsstufen von Einzelkomponenten bis zum Gesamtsystem der Transportautomatisierung. Zum Nachweis der Anwendbarkeit wurde das entwickelte modellbasierte Verfahren in die Steuerungsarchitektur einer Halbleiterfertigung integriert. Die Untersuchung hat gezeigt, dass durch das modellbasierte Verfahren eine operative Online-Leistungsbewertung der mehrstufigen Transportprozesse ermöglicht wurde. Durch Kennzahlen des Liefer-, Transport- und Auslastungsverhaltens über mehrstufige Transportprozesse konnte eine effiziente und schnelle Engpassdetektion am Transportsystem erreicht werden.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.