Band 105, Heft 1-2

Kurzfassung Die stetige Komplexitätssteigerung in der Produktion macht es unerlässlich, die Betriebswirtschaft durch eine technologisch orientierte Produktionstheorie zu ergänzen und so zu einem ganzheitlichen theoretischen Ansatz zu entwickeln. Dieser Herausforderung hat sich eine Arbeitsgruppe innerhalb der Wissenschaftlichen Gesellschaft für Produktionstechnik WGP gestellt, deren erste Ergebnisse in diesem Aufsatz dargestellt werden.

Kurzfassung Die Bedeutung von Spanbruch in der Zerspanung steigt mit einer zunehmenden Automatisierung der Fertigungsprozesse. Durch die Entwicklung eines rechnerunterstützten Systems zur Spanbruchvorhersage und durch die Erforschung grundlegender Zusammenhänge bei der gezielten Zufuhr des Kühlschmierstoffs (KSS) mit hohem Druck, leistet das Werkzeugmaschinenlabor (WZL) der RWTH Aachen einen wesentlichen Beitrag zur Steigerung der Prozesssicherheit in der spanenden Fertigung. Darüber hinaus können diese Ansätze dazu beitragen, Prozessauslegungszeiten zu reduzieren und die Produktivität zu steigern.

Kurzfassung Zur Gewichtseinsparung und Erhöhung der Crashsicherheit von Fahrzeugen kommt zunehmend Blechwerkstoff der Güte 22MnB5 zur Anwendung. Dieser Werkstoff wird auf Rekristallisationstemperatur erhitzt und während der Umformung im Werkzeug gezielt abgekühlt, sodass Martensitbildung einsetzt. Dabei erreichen die Bauteile Zugfestigkeiten um 1500 MPa. Derzeit werden Blechdicken über 1,5 mm durch das zeit- und kostenintensive Laserschneidverfahren beschnitten, da auf Grund geringer Werkzeugstandzeiten ein Scherschneidprozess noch nicht wirtschaftlich erscheint. Ziele des Forschungsprojekts sind die Untersuchung verschiedener Werkzeugstähle beim Schneiden von pressgehärteten Blechen und die Beschreibung der Verschleißmechanismen. Dafür wurde ein neuartiges Versuchswerkzeug entwickelt, bei dem verschiedene Maßnahmen ergriffen wurden, um die hohen Prozesskräfte aufzunehmen. Somit konnten die Werkzeugeinflüsse bei den Versuchen mit verschiedenen Werkzeugstählen auf ein Minimum reduziert werden.

Kurzfassung Tiefbohrverfahren sind entwickelt worden, um die effiziente Herstellung von Bohrungen mit hoher Genauigkeit möglich zu machen. In einem Durchmesserbereich von d = 2,8…12 mm überschneiden sich die Anwendungsgebiete des Einlippen-, Zweilippen- und Wendeltiefbohrens zur Herstellung von Bohrungen, deren Tiefe den Durchmesser um das Dreißigfache überschreitet. Das Tiefbohren stellt eine besondere ökonomische und technologische Herausforderung dar, da in der industriellen Praxis diese Verfahren einen großen Anteil an der Hauptzeit der spanenden Fertigungsoperationen einnehmen. Daher werden im Rahmen dieser Untersuchung Ergebnisse vorgestellt, die eine technologische Bewertung der Werkzeugkonzepte bei der Gussbearbeitung ermöglichen. Analysiert werden die mechanische Beanspruchung der Werkzeuge, der Werkzeugverschleiß, die erzeugten Spanformen und die Bohrungsgüte.

Kurzfassung Regeneratives Rattern beim Fräsen ist ein bekanntes Problem in heutigen Hochleistungsprozessen. Es tritt in Form von Schwingungen zwischen Werkzeug und Bauteil bei Überschreiten der kritischen Schnitttiefe auf und führt zu verminderter Bauteiloberflächenqualität, erhöht den Werkzeugverschleiß und kann Schäden an der Maschinenspindel verursachen. Darüber hinaus begrenzt es das erreichbare Zeitspanvolumen. In diesem Artikel wird deshalb der Einfluss einer Schruppverzahnung der Werkzeugschneiden auf die dynamische Prozessstabilität untersucht. Auf Grund der speziellen Schneidengeometrie sind die Zähne des Werkzeugs nur abschnittsweise im Angriff. Daraus resultiert einerseits eine effektive Reduktion der Schnitttiefe und andererseits eine Ungleichteilung der Werkzeuge, die entlang der Werkzeugaxialkoordinate variabel ist. Beide Effekte erhöhen die dynamische Stabilität der Werkzeuge im Prozess.

Kurzfassung Die mechanische Fertigung von Mikrobauteilen im Subfeinwerkbereich gewinnt durch die zunehmende Miniaturisierung in allen Bereichen der Technik kontinuierlich an Bedeutung. Die Kombination von hohen Fertigungsraten und niedrigen Fertigungstoleranzen im Mikrometerbereich erfordert dabei eine umfassende Qualitätssicherung, welche Gutteile von Schlechtteilen unterscheidet und Rückmeldung im Sinne der Qualitätsregelung gibt. Auf Grund der geringen Bauteilgröße und der damit verbundenen schwierigen Handhabung bedarf es einer Kombination von auf die Mikrofertigung angepasster Messtechnik und leistungsfähiger Bildverarbeitungssysteme. Im Fokus dieses Beitrags stehen die Identifikation und die Klassifikation von Oberflächenunvollkommenheiten nach DIN EN ISO 8785 mittels Bildverarbeitung. Anhand eines kaltumgeformten Mikrobauteils aus dem Sonderforschungsbereich (SFB) 747 „Mikrokaltumformen“ wird die prototypische Implementierung des Bildverarbeitungssystems vorgestellt und die Detektion von Oberflächenunvollkommenheiten in 3D-Tiefenbildern beschrieben. In einem zweiten Schritt wird exemplarisch die Eignung unterschiedlicher Klassifikationsverfahren zur Klassifizierung von Oberflächenunvollkommenheiten nach DIN EN ISO 8785 anhand synthetisch erzeugter Fehlerbilder für fünf Klassen untersucht.

Kurzfassung Im Rahmen des vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) geförderten Forschungsprojekts „AGILITA – Agile Produktionslogistik und Transportanlagen“ wird ein flexibles und reaktionsfähiges Logistiksystem für die Produktion kleiner und mittelständischer Unternehmen (KMU) entwickelt. Grundlage hierfür bildet die Prozesskettensimulation, welche es erlaubt, dezentrale Steuerungs- und Planungsalgorithmen bereits im Vorfeld zu analysieren und zu optimieren. Hierdurch ist es möglich, die komplexen Wechselwirkungen zwischen den zu fertigenden Produkten bzw. Bauteilen sowie den eingesetzten Fertigungstechnologien zu berücksichtigen.

Kurzfassung Zur Überprüfung der Form- und Maßhaltigkeit werden in zunehmendem Maße u.a. im Automobil-Karosseriebau automatisierte 3D-Mess-systeme eingesetzt. Solche Anlagen bestehen aus optischen Messsystemen, die auf einem Roboter angebracht sind. Diese zeichnen sich durch eine sehr hohe Anpassungsfähigkeit an variantenreiche Produktionsprogramme aus. Eine wesentliche Herausforderung bei der Neu- und Umkonfiguration solcher Systeme besteht aktuell in dem hohen Programmieraufwand. Dies liegt darin begründet, dass die Trajektorie des Laserscanners zur Realisierung der Messaufgabe eine Vielzahl an komplexen Einschränkungen gleichzeitig erfüllen muss. Ohne die Zuhilfenahme von intelligenten Software-Werkzeugen lässt sich dies kaum bewältigen. In folgendem Beitrag wird eine neue Methode der aufgabenorientierten Programmierung zur effizienten und aufwandsarmen Anpassung von roboterunterstützten Messsystemen in der Qualitätssicherung von Blechteilen vorgestellt.

Kurzfassung Piezoelektrische Wandler, wie z.B. Macro-Fibre-Composites (MFC), können bei der Reduktion von Bauteilschwingungen, Health Monitoring, Crashfallerkennung und Energiegewinnung eingesetzt werden. Die Ausweitung der Einsatzfelder aktiver Komponenten auf hocheffiziente Wirtschaftszweige (z.B. Automobilbau) lässt sich nur mit einer Optimierung der bisher zeit- und kostenintensiven Applikation der Wandler nach der Umformung realisieren. Eine Möglichkeit, um dieses Ziel zu erreichen, besteht darin, die Applikation direkt in die Bauteilfertigung zu integrieren. Bei der vorgestellten Methode wird ein in fluidem Klebstoff eingebetteter MFC mit hochspröden piezoelektrischen Fasern zwischen zwei Blechen platziert. Hierdurch werden bei der sich anschließenden Umformung des Blech-MFC-Verbunds die infolge der Reibung in den MFC eingebrachten Zugbeanspruchungen vermindert. Nach der Umformoperation erfolgt die Aushärtung des Klebstoffs, wodurch eine Anbindung des MFC an die umgebenden Bleche entsteht.

Kurzfassung Der Trend zu individuellen, schlanken Produktionssystemen ist ungebrochen und erreicht neben weiteren Branchen auch die des Maschinen- und Anlagenbaus. Basis der Einführung ist in diesem Sektor ebenfalls der Inkrementelle Innovationsprozess. Um von dessen Vorteilen in vollem Ausmaß profitieren zu können, muss ein Paradigmenwechsel in Bezug auf die Innovationskultur eines Unternehmens erfolgen. Es dauert im Regelfall sehr lange, bis ein derartiger Wechsel vollzogen ist, da dadurch mehr oder weniger die gesamte Unternehmenskultur in Frage gestellt wird. Dies steht im Widerspruch zu der Tatsache, dass die Implementierung eines Ganzheitlichen Produktionssystems typischerweise mit der Einführung des Inkrementellen Innovationsprozesses beginnt und auf diesem basiert. Damit ist der Erfolg des Produktionssystems direkt von der Einführung dieses Prozesses abhängig. Das hier beschriebene holistische Konzept unterstützt bei der Initialisierung des Inkrementellen Innovationsprozesses, indem es aufzeigt, wie dieser von Beginn an mit dem Tagesgeschäft vereinbart werden kann. Das Zusammenspiel aus team- und workshopbasierter Innovation, welches in Kombination mit einem definierten Zielsystem alle Anstrengungen in die richtige Richtung lenkt, bereitet den Weg zum Paradigmenwechsel und hilft, diesen in absehbarer Zeit ohne Reibungsverluste zu erreichen.

Kurzfassung Die Globalisierung zwingt weltweit agierende Unternehmen, ihre Produktionsstrukturen neu auszurichten. Dabei muss die Konfiguration globaler Produktionsverbünde besonders die Einflussgrößen Produktdesign, Prozessgestaltung und Standortentscheidung berücksichtigen. Diese drei Größen sind gleichzeitig die wesentlichen Einflussstärken eines globalen Produktionsverbunds. Folglich greift die isolierte Betrachtung einzelner Einflussgrößen zu kurz und die Konfiguration eines globalen Produktionsverbunds kann nur unter Berücksichtigung aller drei Einflussgrößen sinnvoll geplant werden. Der vorliegende Artikel stellt das Problem vor und liefert hierfür einen geeigneten Lösungsansatz.

Kurzfassung Die zunehmende Verbreitung Industrieller Betreibermodelle (IBM) bietet für die Investitionsgüterindustrie erhebliche Chancen zur Wettbewerbsdifferenzierung oder zur Markterschließung. Gleichzeitig müssen sich potenzielle Anbieter dieser Geschäftsmodelle, vor allem im Rahmen der unternehmensplanerischen Auseinandersetzung mit IBM, welche vor dem Eintritt in konkrete Vorhaben nötig ist, erheblichen Herausforderungen stellen. Diese resultieren insbesondere aus der Unübersichtlichkeit, der Heterogenität und dem hohen Neuigkeitswert der unter dem Begriff IBM zusammengefassten Erscheinungen. Um dieses breite Spektrum möglicher Geschäftsmodelle für potenzielle Projektträger unternehmensplanerisch handhabbar zu machen und eine Grundlage für gehaltvolle typenspezifische Aussagen, beispielsweise hinsichtlich der Vor- und Nachteile einer bestimmten Gruppe von IBM-Vorhaben, zu schaffen, wird im Rahmen dieses Artikels eine zweckorientierte Ordnung des durch die vielfältigen Erscheinungsformen industrieller Betreibermodelle aufgespannten Untersuchungsraums in Form einer Typologie vorgestellt.

Kurzfassung Mit neuen Methoden der Mensch-Roboter-Kooperation kann mittlerweile eine Vielzahl neuer Produktions- und Montageaufgaben durchgeführt werden. Die Normungslage lässt inzwischen eine direkte Mensch-Roboter-Kooperation zu, d.h. das zeitgleiche Zusammenarbeiten von Werker und Industrieroboter im überlappenden Arbeitsbereich. Für eine effektive Mensch-Roboter-Kooperation werden neue Sicherheitskonzepte entwickelt und erprobt. Der Werker und Objekte in der Arbeitsumgebung müssen detektiert werden. Kollisionsvermeidende Algorithmen sollen die Sicherheit für Personen und Ausrüstung gewährleisten. Die Funktionalität eines interaktiven Assistenzroboters wird anhand einer Forschungszelle in der Montage demonstriert.

Kurzfassung Komplexe Produkte in wachsender Vielfalt, die Befriedigung individueller Kundenbedürfnisse bei steigendem Konkurrenzdruck und unsichere Märkte stellen eine Realität dar, die veränderte Ansprüche an eine effiziente Planung, Steuerung und Überwachung der Montageprozesse stellt. Um flexibel und schnell auf sich dynamisch ändernde Rahmenbedingungen reagieren und diese beherrschen zu können, benötigen die Unternehmen innovative Konzepte und Technologien. Insbesondere hinsichtlich des Ressourceneinsatzes sind wesentliche Flexibilitäts- und Produktivitätspotenziale vorhanden, die bisher noch nicht optimal ausgeschöpft werden. In diesem Artikel wird ein, an der TU Dresden entwickelter, simulationsbasierter Lösungsansatz für die optimierte operative Einsatzplanung des Montagepersonals präsentiert – ein hochkomplexes, so genanntes Multiressourcen-Einsatzproblem. Ferner stellen die Autoren ein Pilotprojekt sowie eine geeignete Montageorganisation zur Einführung einer getakteten Fliessmontage für Großbaugruppen vor.

Kurzfassung Wirtschaftskrisen und finanzielle Risiken bremsen die Bereitschaft der meisten Unternehmen, in die Automatisierung zu investieren oder größere Anschaffungen zu tätigen. Das Gute daran: Diese Not fördert die kreative Suche nach Alternativen, da die Steigerung der Rentabilität eine Möglichkeit ist, dem erhöhten Wettbewerbsdruck standzuhalten und gestärkt aus einer Krise hervorzutreten. In den 1970er Jahren forderte das erste Ölembargo als Konsequenz aus den damaligen Entwicklungen im nahen Osten eben diese Kreativität von den Unternehmen. Ein Resultat war die aus den Kaizen-Aktivitäten der Japanischen Weltklasse-Unternehmen stammende Low Cost Automation. Heute, vierzig Jahre später, entsteht in der bislang größten Finanzkrise der Nachkriegszeit erneut der Bedarf an günstiger Automatisierung. Was damals für die Produktion erdacht wurde, soll nun auch in der Logistik seinen Platz finden.

Kurzfassung Die Schneidkantengeometrie hat neben der Makrogeometrie des Werkzeugs, charakterisiert beispielsweise durch den Span- oder den Freiwinkel, einen wesentlichen Einfluss auf dessen Leistungsfähigkeit. In dieser Arbeit wird der Einfluss der Schneidkantengeometrie auf das Einsatzverhalten der Werkzeuge bei der Trockenbearbeitung von C45E ermittelt. Die Ergebnisse der Untersuchung zeigen einen signifikanten Einfluss der Schneidkantengeometrie auf das Verschleißverhalten und die erzielte Standzeit der Werkzeuge. Mit der an das Belastungskollektiv angepassten Schneidkantengeometrie wird eine Standzeiterhöhung von bis zu 100 Prozent gegenüber unpräparierten Werkzeugen erreicht.

Kurzfassung In den letzten Jahren haben künstliche neuronale Netze ihre grundsätzliche Eignung für den Einsatz in verschiedenen Bereichen der Produktionsplanung und -steuerung bewiesen. Zu ihren Stärken gehört die Fähigkeit, aus den während des Einsatzes gewonnenen Informationen zu lernen. Sie können sich somit flexibel an wechselnde Situationen in der Produktion anpassen und benötigen zudem im Vergleich zu klassischen Regelungsansätzen nur einen geringen Rechenaufwand für Modellierung und Betrieb. Der Einsatz über längere Zeitperioden hinweg offenbart jedoch Schwächen im Bezug auf die Effektivität des kontinuierlichen Lernens. Zum einen ist die Qualität des Lernprozesses in hohem Maße von passenden Trainingsdaten abhängig, zum anderen führt das Phänomen des Catastrophic Forgetting bei Lernprozessen über längere Zeiträume zu einem Überschreiben bereits erlernten und weiterhin nützlichen Wissens mit neuen Informationen. Hieraus ergibt sich die Notwendigkeit, den Prozess des kontinierlichen Lernens und Vergessens neuronaler Netze zu strukturieren und die Gewinnung der benötigten Trainingsdaten zu automatisieren. Ziel dieser Forschungsarbeit ist eine Softwarearchitektur, die Produktionssituationen anhand logistischer Kennzahlen bzw. statistischer Daten aus der Produktion klassifiziert, passende neuronale Netze auswählt und deren kontinuierliches Lernen mittels passender Trainingsdaten überwacht.

Kurzfassung Das Prinzip der autonomen Automation wird als Methode der Lean Production zur Kostensenkung durch Vermeidung von Ausschuss und Nacharbeit genutzt. Während in Arbeitssystemen geringer Komplexität integrierte automatische Qualitätsprüfungen bereits erfolgreich zum Einsatz kommen, ist eine Übertragung auf komplexe, verkettete Arbeitssysteme derzeit nicht vollständig umsetzbar. In diesem Beitrag wird am Beispiel eines Walzprozesses ein auf maschinellen Lernverfahren basierender Ansatz zur Realisierung der autonomen Automation in komplexen, verketteten Produktionsprozessen vorgestellt. Hierbei werden verschiedene Herausforderungen, welche durch produktionstechnische Restriktionen entstehen, aufgezeigt und die Notwendigkeit von Weiterentwicklungen bestehender Lernverfahren unter der Zielsetzung der Einbindung in die Produktion dargelegt.

Kurzfassung Die Vereinzelung und geordnete Bereitstellung von Bauteilen ist ein Thema in fast jeder Produktion. Bei sich weiterhin verkürzenden Produktlebenszyklen und zunehmender Variantenvielfalt werden von Produktionsanlagen eine immer weitergehende Flexibilität und Wiederverwendbarkeit gefordert. Somit müssen technische Systeme möglichst produktneutral ausgelegt sein. Eine Antwort auf diese Problemstellung im Bereich der Zuführtechnik bietet die neu entwickelte Aerodynamische Zentrifuge zur Vereinzelung und Vororientierung von Bauteilen. Durch einen Luftwirbel im Zylinder werden zu vereinzelnde Bauteile in Bewegung versetzt und entsprechend ihrer aerodynamischen Eigenschaften vereinzelt. Dies trifft auch auf ein breites Spektrum an Teilen zu, für die bis jetzt keine automatisierte Lösung zur Vereinzelung gefunden wurde, wie beispielsweise Teile mit biegeschlaffen Elementen. Viele Teile verlassen den Zylinder nicht nur einzeln, sondern zu einem großen Teil auch in einer bestimmten Orientierung. Damit lassen sich in der aerodynamischen Zentrifuge zwei Schritte für die geordnete Bereitstellung von Werkstücken zur automatisierten Weiterverarbeitung vereinen.

Kurzfassung In der Konjunkturkrise sind ausbleibende Aufträge ein großes Problem. Aber auch die Tatsache, dass die Auftragslage ständigen Schwankungen unterliegt, macht die tägliche Arbeit vieler Unternehmen nicht gerade leicht. Hier wird eine optimierte Lieferkette unter Umständen zum entscheidenden Wettbewerbsfaktor. Dies gilt gerade für weltweit aktive Unternehmen, die mittels entsprechender Lösungen verschiedene Szenarien für Produktion, Lagerung und Transport simulieren können. Mit dem „Advanced Planner and Optimizer“ (APO) als Bestandteil des Supply Chain Management-Systems SAP SCM ist dies möglich. Am Ende der Simulation steht die bestmögliche Variante, um Aufträge mit der gebotenen Schnelligkeit und Flexibilität zu erledigen.