Durch den Einsatz von Spritzgießwerkzeugen wird die ökonomische Massenfertigung von Produkten ermöglicht. Als Schnittstelle zwischen Produktentwicklung und Produktion muss der Werkzeugbau möglichst früh ein verlässliches Richtpreisangebot abgeben können. Durch einen stetig intensiver werdenden, globalen Wettbewerb sollten die Kosten für Spritzgießwerkzeuge vor einer Investition daher möglichst genau abgeschätzt werden.
In der vorliegenden Arbeit wird deshalb eine Methode zur Kostenvorhersage auf Grundlage von Artikeldaten, welche bei der Angebotsanfrage vorhanden sind, entwickelt. Die Basis bildet ein auf Maschinellen Lernverfahren basierendes Modell, welches sowohl mit den Geometriedaten der Artikel, als auch mit den dazugehörigen artikel- und werkzeugbezogenen Metadaten trainiert wird. Zusätzlich wird ein System zur Implementation der Methode entwickelt. Dadurch wird die Methode in ein selbstlernendes System überführt.
Im Rahmen von zwei Fallstudien wird die entwickelte Methode auf zwei konkrete Anwendungsfälle aus der Produktionswelt - dem Spritzgießen und der additiven Fertigung - angewendet. Das System wird in Form eines Softwaredemonstrators umgesetzt und anhand von realen Produktionsdaten evaluiert.
Werkzeugbau, Spritzgießen, Maschinelles Lernen, Additive Fertigung, Kostenvorhersage
Die strukturierte und zukunftsorientierte Planung von Fabriklayouts stellt einen wichtigen Faktor für die Erhaltung der Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen dar. Die Grundlage für die Planung ist eine tagesaktuelle Aufnahme und Darstellung der Fabrikumgebung. Derzeitige Aufnahmemethoden benötigen für diesen Prozess einen hohen manuellen und zeitlichen Aufwand, sind in ihrer Einsatzflexibilität eingeschränkt und bilden den Prozess nicht ganzheitlich ab. In dieser Arbeit wird eine neuartige Fabriklayoutaufnahmemethode unter Verwendung einer Drohne untersucht. Mittels photogrammetrischer Aufnahmen und automatisierter Datenverarbeitung wird der Aufnahmeprozess ganzheitlich abgebildet und eine Planung in der Aufnahme ermöglicht. Über Automatisierungsansätze und einer höheren Flexibilität kann damit der Fabriklayoutaufnahmeprozess effizienter, aufwandsärmer und strukturierter gestaltet werden.
Fabriklayoutplanung, Drohne, Segmentierung, 3D-Modell, Automatisierung
Der Entwicklungsprozess zur Auslegung von Stadienfolgen beim Gesenkschmieden ist ein erfahrungsabhängiger und zeitaufwendiger Prozess. Aufgrund des hohen Wettbewerbsdrucks haben insbesondere kleine und mittlere Unternehmen der Schmiedebranche oftmals nicht die Kapazitäten für eine detaillierte Auslegung von effizienten und optimierten Stadienfolgen. In dieser Arbeit wurde eine Methode zur automatisierten Auslegung von mehrstufigen Stadienfolgen beim Gesenkschmieden auf Basis der Bauteilgeometrie entwickelt. Die entwickelte Methode besteht aus einzelnen Modulen, die schrittweise die notwendigen Parameter (Formenklasse, Komplexität des Schmiedeteils, Stufenzahl, Gratanteil) zur Auslegung einer Stadienfolge aus der Bauteilgeometrie ermitteln und die einzelnen Zwischenformen der Stadienfolge generieren. Die Anwendung der Methode auf verschiedene Bauteilgeometrien konnte zeigen, dass für ein breites Spektrum von Schmiedebauteilen (Langformen, Scheibenformen, gedrungene Formen, gebogene Langformen, Langformen mit Gabelungen) Stadienfolgen automatisiert generiert werden können. Dabei werden umformtechnische Randbedingungen wie Volu-menkonstanz und zulässige Längenänderungen eingehalten. Mittels FEM-Simulationen wurden die Qualitätskriterien der Formfüllung und Faltenfreiheit überprüft, wodurch aufgezeigt werden konnte, dass die Methode prozesssichere Stadienfolgen generiert.
Schmieden, CAD, Stadienplanung, Automatisierte Prozessauslegung
Um Nachfrage abschätzen zu können, werden Prognosen erstellt. Trotz Prognosen bleiben Unsicherheiten in der Nachfrage. Um den Unsicherheiten in der Nachfrage zu begegnen und Kundennachfrage bedienen zu können, ist Lagerbestand notwendig. Da eine Bestellpolitik bestimmt, wann und wieviel bestellt wird, werden die logistischen Kosten aus Lagerbestand durch die Bestellpolitik beeinflusst. Um die Wahl der Bestellpolitik unter unsicherer Nachfrage zielgerichtet treffen zu können, wurden die Auswirkungen der Wahl einer Bestellpolitik bei Prognoseabweichung auf die Logistikkosten mit einem Simulationsmodell untersucht. Wie die Ergebnisse zeigen, wird bei unsicherer Nachfrage unter der (t,S)-Politik im Vergleich zur (s,q)-Politik stes mehr Bestand benötigt, um den gewünschten Zielservicegrad zu erreichen. Insgesamt ist die (s,q)-Poltik im Hinblick auf die Logistikkosten unter unsicherer Nachfrage stets im Vorteil gegenüber der (t,S)-Poltik.
Prognose, Bestellpolitik, Servicegrad, Logistikkosten
Die fortschreitende Industrialisierung der additiven Fertigung im Bereich der Materialextrusion erfordert Werkzeuge zur Erfassung von Zustandsdaten sowie zur formalisierten Bewertung von Prozessqualitäten. Jedoch sind aktuelle Ansätze zur Prozessüberwachung im Hinblick auf die erforderliche Flexibilität und die Fähigkeiten zur Interpretation von Prozessdaten nicht ausreichend. Daher wird in der vorliegenden Arbeit untersucht, inwieweit auf der Basis von selbstlernenden Bildverarbeitungsverfahren zur schichtweisen Anomalieerkennung sowie einer Auswertung der digitalen Bauteilinformationen Qualitätskennzahlen für die Materialextrusion abgeleitet werden können.
Hierzu werden die optischen Eigenschaften von Schichtoberflächen analysiert und darauf aufbauend ein Bildverarbeitungssystem entwickelt. Um digitale Bauteilinformationen in die Bildverarbeitung einzubeziehen, wird das NC-Programm zur Anlagensteuerung ausgewertet. Des Weiteren werden verschiedene Schichtbereiche in Segmentierungsschritten erkannt, kennzeichnende Merkmalsvektoren für Schichtoberflächen abgeleitet und unüberwachte maschinelle Lernverfahren zur Detektion von Unvollkommenheiten eingesetzt. Darauf aufbauend werden Qualitätskennzahlen für die Fläche und die Anzahl von Schichtunvollkommenheiten ermittelt. Die Evaluation des Bildverarbeitungssystems anhand eines praxisnahen Datensatzes zeigt, dass Beleuchtungseinflüsse signifikant sind und zum Teil in einem Modell abgebildet werden können. Zudem werden in der Fertigungspraxis auftretende Unsicherheiten von digitalen Bauteilinformationen quantifiziert. Anhand einer empirischen Feldstudie wird darüber hinaus ein Vorschlag für Güteklassen abgeleitet.
Additive Fertigung, Materialextrusion, Qualitätskennzahlen, Güteklassen, Bildverarbeitung
Aus mehreren Werkstoffen gefertigte Bauteile bieten das Potential der Eigenschaftsverbesserung und Funktionsintegrationssteigerung. So ist es beispielsweise möglich, durch die Kombination von Stahl und Aluminium, leichtere und einsatzzweckoptimierte Bauteile herzustellen. Die Kombination von unterschiedlichen Eisenlegierungen kann die mechanischen Eigenschaften eines Bauteils lokal verbessern, um beispielsweise den Ressourcenbedarf bei gleichbleibender Wälzkontaktlebensdauer zu verringern. Im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 1153 "Prozesskette zur Herstellung hybrider Hochleistungsbauteile durch Tailored Forming" der Leibniz Universität Hannover wird die Fertigung von hybriden Bauteilen erforscht. Insbesondere an die Herstellung von geeigneten Halbzeugen mittels verschiedener Fügeverfahren, der gezielten Erwärmung und der anschließenden Umformungen, werden hohe Anforderungen gestellt. Die Prozessüberwachung der Umformung von hybriden Halbzeugen mittels Querkeilwalzens ist notwendig, um gleichbleibende Bauteilqualitäten sicherzustellen und Bauteildefekte frühzeitig zu erkennen. Im Rahmen dieser Dissertation werden Ansätze zur werkzeug- und maschinenintegrierten Prozessüberwachung erforscht. Es wird gezeigt, dass mittels verschiedener Sensortypen eine reproduzierbare Beurteilung der Prozessparameter vorgenommen und die Einhaltung von Prozessgrenzen überwacht werden kann. So können Prozessparameter wie z. B. Halbzeugtemperatur und -werkstoff als auch Werkzeugtemperatur, -geschwindigkeit und -position automatisiert zur Ermittlung von Prozessabweichungen verwendet werden.
Querkeilwalzen, Prozessüberwachung, Tailored Forming, Hybridbauteile
Das Gesenkschmieden ermöglicht es, Bauteile von sehr guter Qualität mit hervorragenden technischen Eigenschaften in großen Stückzahlen wirtschaftlich herzustellen. Jedoch ist die Gestaltungsfreiheit eingeschränkt, da durch Gesenkschmieden keine Bauteile mit Hinterschnitt hergestellt werden können. Die einfache Anwendbarkeit des Hinterschnittschmiedens könnte die Variantenvielfalt von Schmiedeteilen weiter erhöhen. Durch das Verfahren kann insbesondere die spanende Nachbearbeitung reduziert werden, sodass sich Prozess- und Ressourceneffizienz erhöhen. In diesem Zusammenhang sind außerdem verbesserte technische Bauteileigenschaften, wie bspw. eine erhöhte Dauerfestigkeit, zu erwarten. Diese verbesserten Eigenschaften erlauben umgekehrt eine Gewichtsreduktion ohne Verminderung der technischen Eigenschaften. Aktuell sind keine Schmiedeprozesse mit Hinterschnitteinbringung für komplexe Schmiedeteilgeometrien bekannt. Daher wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Hinterschnittschmiedeprozess für ein komplexes Bauteil erforscht. Als Beispielbauteil wird ein Stahlkolben mit hinterschnittener Kolbenbolzenbohrung gewählt. Der Prozess wurde virtuell entwickelt und optimiert, bevor er abschließend experimentell erprobt wurde.
Schmieden, Gesenkschmieden, Hinterschnitte, FEM, Stahlkolben
Die Globalisierung und der damit einhergehende steigende Wettbewerbsdruck stellen Unternehmen vor neue Herausforderungen. Kundenforderungen nach einer schnellen Lieferzeit, einer hohen Variantenvielfalt und günstigen Preisen führen zu einem ständigen Verbesserungsdruck in Unternehmen. Dabei wird auch die Optimierung bzw. Effizienzsteigerung der logistischen Tätigkeiten fokussiert. Zur Durchführung logistischer Tätigkeiten im Lager werden Transportsysteme benötigt, die unternehmensindividuell ausgewählt werden. Diese Auswahl ist für Unternehmen sehr zeitintensiv und bedarf einer hohen fachlichen Kompetenz der Mitarbeiter/innen. Zur Unterstützung wurde in dieser Arbeit eine Methode entwickelt, mit der die Transportsystemauswahl im Lager unter Berücksichtigung der notwendigen Grade an Veränderungsfähigkeit und Automatisierung unterstützt durchgeführt werden kann. Bei der Methodenentwicklung wurden sowohl der gegebene als auch der notwendige Grad an Automatisierung und Veränderungsfähigkeit von Transportsystemen einzeln bestimmt. Zudem wurden Kosten berücksichtigt, die Entscheidungskomponenten (Kosten, Automatisierung Veränderungsfähigkeit) kombiniert betrachtet und die Anwendung der Methode in Unternehmen vorbereitet. Durch eine exemplarische Anwendung konnte bestätigt werden, dass die entwickelte Methode ein Auswahlprojekt beschleunigen, die Beauftragung zusätzlicher Beratungsdienstleistungen verringern und die Auswahl von Mitarbeitern/-innen ohne hohe Fachkompetenz durchgeführt werden kann. Neben der damit einhergehenden Effizienzsteigerung des Auswahlprojekts konnte bei gleicher Ergebnisqualität die Nutzerfreundlichkeit erhöht werden. Weiterhin können die einzelnen Teilmethoden auch unabhängig voneinander genutzt werden und eine Übertragung der entwickelten Methode auf weitere Systeme ist möglich.
Transportsystem, Systemauswahl, Automatisierung, Veränderungsfähigkeit
Absolut messende Drehwinkel- und Drehmomentmesssysteme haben in der Industrie eine große Bedeutung. Bislang erfolgt die Erfassung beider Messgrößen getrennt. Im Rahmen dieser Dissertation wird ein berührungsloses Messverfahren zur Erfassung des absoluten Drehwinkels und Drehmoments untersucht. Um das vorliegende Drehmoment einer mechanischen Welle berührungslos erfassen zu können, werden mit einem Laserverfahren zwei codierte Markierungen in Umfangsrichtung und entsprechendem Abstand aufgebracht, die mittels eines optischen Systems ausgelesen werden. Beide Markierungen codieren jeweils den absoluten Drehwinkel über 360°, sodass bei Erfassung beider Drehwinkel auf eine Winkeldifferenz und indes auf ein vorliegendes Drehmoment geschlossen wird. Die Weiterentwicklung vorhandener Codierungen als auch die Detektierbarkeit der absoluten Drehwinkel und des daraus berechneten Drehmoments sind in dieser Arbeit beschrieben. Darüber hinaus wird die Erfassung der Unrundheit und die Wirkung dieser auf die Winkelmessung im Rahmen der wissenschaftlichen Frage untersucht. Hierzu sind sowohl die Modellvorstellung als auch experimentelle Messergebnisse in der Arbeit beschrieben. Die gleichzeitige Erfassung der Unrundheit bietet die Möglichkeit zur Ermittlung der winkelabhängigen Abstandsänderung, sodass eine Anwendung in der zustandsorientierten Instandhaltung (z. B. von Lagern) denkbar ist. Ferner sind Vorüberlegungen zur industriellen Einsetzbarkeit einbezogen, um eine kompakte Bauweise zu ermöglichen und Datenverarbeitung weiter zu optimieren. In Versuchen mit einem Motorenprüfstand wird das prototypisch umgesetzte Messsystem in der industriellen Praxis untersucht und diskutiert. Bei einer Drehzahl von 500 min-1 wurde die generelle Machbarkeit der optischen Drehmomentmessung mit einem Fehler von bis zu 11% nachgewiesen.
optisches Drehmomentmesssystem, Drehwinkel, Codierung, Unrundheit, Winkeldifferenzverfahren
Die Montage von XXL-Produkten erfolgt häufig nach dem Baustellenprinzip. Bei dieser Organisationsform werden die Montageobjekte stationär angeordnet und die erforderlichen Ressourcen und Materialien zu diesen bewegt. Bei einer zeitgleichen Anordnung mehrerer Baustellenmontagen auf der Montagefläche ist eine Flächenbelegungsplanung notwendig, um zu vermeiden, dass die verfügbare Fläche einen Engpass bildet. Die Auslegung der Flächenbelegungsplanung kann dabei unterschiedlichen Gestaltungsvarianten folgen, welche sich hinsichtlich des Freiheitsgrades bei der Flächenanordnung, ihren organisatorischen Rahmenbedingungen sowie der Toleranz gegenüber äußeren Einflüssen unterscheiden. Welche generellen Gestaltungsvarianten möglich sind und wie sich diese hinsichtlich Leistungsfähigkeit, Planungssicherheit und resultierenden Aufwänden für verschiedene Rahmenbedingungen unterscheiden, ist bislang noch nicht erforscht.
Die vorliegende Arbeit zeigt auf, dass Unternehmen durch die gezielte Umsetzung einer Gestaltungsvariante die Flächenbelegungsplanung optimal hinsichtlich der Zielgrößen Leistungsfähigkeit, Planungssicherheit und Aufwand ausrichten können. Hierzu werden zunächst die Besonderheiten von Baustellenmontagen analysiert, deren relevante Einflussfaktoren identifiziert und aus den gewonnenen Erkenntnissen die möglichen Varianten für die Gestaltung der Flächenbelegungsplanung abgeleitet. Um diese qualitativ zu bewerten und untereinander zu vergleichen, wird ein Simulationsmodell angewendet, welches die Flächenbelegungsplanung für alle Gestaltungsvarianten in Abhängigkeit der Einflussfaktoren abbildet. Die Ergebnisse einer hiermit durchgeführten Simulationsstudie bestätigen das unterschiedliche Verhalten der Gestaltungsvarianten und deren individuelle Eignung für spezifische Rahmenbedingungen.
Montage, Baustellenprinzip, Flächenbelegungsplanung, XXL-Produkte
In der Produktion ist die Montage oftmals von Störungen betroffen, wodurch Montageprozesse unterbrochen werden und dies einen negativen Einfluss auf die logistische Zielerreichung hat. Unzweckmäßige Maßnahmen beim Umgang mit Störungen innerhalb der Produktionsplanung und -steuerung (PPS) sind hierbei häufig der Ursprung. Daher wurde ein Lösungsansatz entwickelt, welcher die Wirkungszusammenhänge auf die logistischen Zielgrößen und die Störhäufigkeit qualitativ beschreibt, eine logistische Positionierung zwischen Maßnahmenkombinationen ermöglicht und beim Störungseintritt bei der Maßnahmenauswahl durch ein Entscheidungsmodell unterstützt. Das Entscheidungsmodell berücksichtigt neben der terminlichen Dringlichkeit die Unterbrechungswahrscheinlichkeit eines Montageauftrags. Eine simulative Validierung hat gezeigt, dass das Entscheidungsmodell eine gezielte Reduzierung der Unterbrechungshäufigkeit bei einer hohen logistischen Zielerreichung ermöglicht und ein hohes Reduzierungspotenzial in der Unterbrechungshäufigkeit besteht.
Produktionsplanung und -steuerung, Montage, Entscheidungsunterstützung, Simulation
Die Demontage von Windenergieanlagen gewinnt an Bedeutung. Gründe dafür sind das Auslaufen der Einspeisevergütungen für einen Großteil des deutschen Anlagenbestandes sowie das technische und wirtschaftliche End-of-Life von Windparks. Betreiber und Rückbauunternehmen stehen vor der Herausforderung den Demontageprozess effizient zu gestalten. Dabei liegt ein Zielkonflikt zwischen der Positionierung der aufwändigen und teuren Demontage am Einsatzort und dem teuren Abtransport von nicht weiter demontierten Komponenten einer Windenergieanlage zu einer Demontagefabrik, in der eine kostengünstigere Demontage möglich ist. In der Forschungsarbeit werden die wichtigsten Einflussfaktoren auf die Demontage in einem Wirkmodell zusammengefasst und in ein mathematisches Modell überführt. Das mathematische Modell basiert auf einem Standortplanungs- und Allokationsproblem zur Demontage von Windenergieanlagen. Durch die Anwendung des Modells auf ein Rahmenszenario und die Durchführung einer Parameterstudie werden Handlungsempfehlungen für die einzelnen Komponenten beim Rückbau einer Windenergieanlage erarbeitet. Diese beinhalteten neben der Allokation der Demontageaufgaben auf Demontagestandorte auch Handlungsempfehlungen hinsichtlich der Demontageplanung und -dokumentation.
Windenergie, Demontage, Standortplanungs- und Allokationsproblem, Demontagenetzwerke
Steigende Qualitätsanforderungen bei gleichzeitigem hohen Kostendruck machen ein effizientes Qualitätsmanagement insbesondere für produzierende Unternehmen unverzichtbar. Als Teil des Qualitätsmanagements sorgt das Reklamationsmanagement für die Aufnahme und Abarbeitung von Reklamationen sowie die Identifikation von Fehlerursachen und deren Eliminierung. Ein Werkzeug für die gewinnbringende Dokumentation und Abarbeitung von Reklamationen stellt die 8D-Methode dar. Parallel zur Durchführung der 8D-Methode werden alle durchgeführten Schritte in einem 8D-Report festgehalten. Objektive interne Prüf- oder Kontrollinstanzen, die die Integrität und Korrektheit eines 8D-Reports sicherstellen, existieren nicht.
Die vorliegende Arbeit verfolgt daher das Ziel, die Überprüfung von 8D-Reports durch ein automatisiertes Bewertungssystem zu unterstützen. Dabei sollen 8D-Reports sowohl formal als auch inhaltlich bewertet werden.
8D-Report, Computerlinguistik, Qualitätsbewertung, Reklamation
Energieintensiv produzierende Unternehmen sehen sich infolge der Energiewende und des Netzausbaus mit weiterhin steigenden Energiekosten konfrontiert und sind angehalten, diese durch eigene Maßnahmen zu reduzieren. Dabei lassen sich die Energiekosten durch organisatorische Maßnahmen positiv beeinflussen, wobei der eigentliche Leistungsbedarf unverändert bleibt. Dies kann innerhalb der Maschinenbelegungsplanung erfolgen. Dabei dürfen jedoch logistische Zielgrößen, wie eine hohe Liefertreue, nicht vernachlässigt werden. Daher erfolgte in der vorliegenden Arbeit die Entwicklung einer Methode zur energie- und logistikkostenorientierten Maschinenbelegungsplanung, welche energetische und logistische Zielgrößen simultan bei der Planung berücksichtigt.
In der entwickelten Methode wurde die Plan-Lastspitze als energetische Zielgröße verwendet und über den Leistungspreis monetär bewertet. Als logistische Zielgröße wurde die Plan-Terminabweichung im Auftragsabgang als Zielgröße in der Methode verwendet und über den Bestand an Produktionsaufträgen mit verfrühter Plan-Fertigstellung monetär bewertet. Die entwickelte Methode wurde in ein mathematisches Modell überführt und zur Lösung des Modells ein problemspezifischer Algorithmus entwickelt.
Durch die Anwendung der entwickelten Methode konnte bestätigt werden, dass mit der zusätzlichen Berücksichtigung der energetischen Zielgröße Plan-Lastspitze bei der Maschinenbelegungsplanung die infolge der Umsetzung der Planung entstehenden Gesamtkosten im Vergleich zu einer alleinigen Berücksichtigung der logistischen Zielgröße deutlich reduziert werden können.Weiterhin konnten die qualitativen Auswirkungen der Variation der betrachteten Eingangsgrößen auf die infolge der Umsetzung des Maschinenbelegungsplans entstehenden Gesamtkosten aufgezeigt werden.
Maschinenbelegungsplanung, Energiekosten, Leistungspreis, Terminabweichung
Für das Ziel der Bestimmung von Einflüssen der Prozesskombination des Querkeilwalzens mit der mehrdirektionalen Umformung auf die Gratbildung bei Einzylinderkurbelwellenvorformen wurden Querkeilwalz- und mehrdirektionale Umformgeometrien bestimmt.
Dazu wurde zuerst mithilfe von FEM-Simulationen der Wertebereich der fünf variierten Parameter für anschließende, experimentelle Untersuchungen eingegrenzt. Die Parameter waren der Schulterwinkel, die Querschnittsflächenreduzierung, der Lagerversatz, die Umformgeschwindigkeit und die Werkstücktemperatur. Nach der Auswertung beider Untersuchungen ergab sich Anpassungspotential bezüglich der FEM-Simulationen. Im Rahmen der Suche nach geeigneten Größen zur Anpassung wurde die Reibung bei den FEM-Simulationen als signifikant identifiziert.
Zum einen wurden die Werte innerhalb des verwendeten Reibzahl-Reibfaktormodells variiert; zum anderen wurde die Eignung eines weiteren Reibmodells, des IFUM-Reibmodells, geprüft. Letzteres beeinflusste die Ergebnisse der FEM-Simulationen so, dass eine ausreichende Annäherung an die experimentellen Untersuchungen erzielt und darauf aufbauend ein mathematisches Modell gebildet werden konnte.
Querkeilwalzen, mehrdirektionales Umformen, Kurbelwelle, Reibung
Immer strengere Anforderungen an die Qualität des Endprodukts und den Energieverbrauch stellen die Industrie, insbesondere die Automobilindustrie, vor schwierige Herausforderungen. Der Markt verlangt hochwertige Komponenten zu angemessenen Kosten.
Moderne Technologien und innovative Methoden helfen, dieser Herausforderung gerecht zu werden. Die Prozessüberwachung ist zu einer Schlüsseltechnologie geworden und ermöglicht die Verbesserung von Sicherheit, Qualität und Effizienz in verschiedenen Bereichen. Bis vor kurzem stützte sich die Produktion - von der Konstruktion des Aluminiumschmelzofens bis zum täglichen Prozess - weitgehend auf traditionelle Methoden und Erfahrungen.
In dieser Dissertation wird erstmals eine neue Methode zur Überwachung eines Schmelzprozesses und von Formveränderungen im Ofen mittels optischer Sensoren untersucht. Dazu beschäftigt sich diese Arbeit mit einem innovativen Analyse-Algorithmus zur Verwendung eines optischen Messsystems, das in der Lage ist, den Schmelzblock trotz der glühenden Ofenwände zu überwachen.
Schmelzprozess, Analysealgorithmus, Lichtfeldkamera, Prozessüberwachung
Beim gratlosen Schmieden von Aluminium kann in die Spaltbereiche zwischen den Werkzeugelementen ungewollt Werkstoff eindringen und damit sogenannter Flittergrat entstehen. Flittergrat erschwert die Handhabung und die Positionierung der Bauteile in nachfolgenden Schmiede- oder Zerspanungsoperationen und führt so zu Lage- und Toleranzfehlern am Bauteil.
In dieser Arbeit wurden daher zwei verschiedene Methoden zur erstmaligen numerischen Prognose von Flittergratbildung erarbeitet. Für spezifische Fertigteilbereiche konnte Flittergratbildung in allen betrachteten Bereichen qualitativ prognostiziert werden. Des Weiteren wurde eine Methode zur Flittergratreduktion durch eine geometrische Optimierung von Vorformen mittels evolutionärer Algorithmen entwickelt. Die optimierten Vorformen erfüllten oder übertrafen die etablierten Qualitätsanforderungen im Vergleich zu konventionell entwickelten Vorformen bei einer signifikant verkürzten Optimierungsdauer von weniger als zehn Minuten.
Massivumformung, gratloses Schmieden, Flittergrat, Prognose, Optimierung
Beim Schmieden von Aluminium ist die Hauptausfallursache der Werkzeuge der adhäsionsbedingte Verschleiß. Durch die hohe Affinität zum Anhaften von Aluminiumlegierungen an den Stahlwerkstoffen der Schmiedegesenke entstehen sogenannte «Aufkleber», welche das Schmiedeergebnis negativ beeinflussen. Demzufolge müssen die Gravuren der Werkzeuge regelmäßig überholt werden. Das Intervall der Überholung hängt maßgeblich von Werkstückgeometrie und -temperatur sowie von Werkzeugtemperatur, -werkstoff und -oberfläche ab.
In der vorliegenden Arbeit wird ein Modell entwickelt, das den adhäsiven Verschleiß prognostiziert und somit die Standmenge bzw. den Zeitpunkt des potentiellen Werkzeugausfalls bestimmt. Dieses Modell basiert auf der Korrelation von simulativ und experimentell ermittelten Daten. Nach Auswertung der Sensitivität der variierten Parameter werden Einflussgrößen, wie Umform- oder Werkzeugtemperatur, in einem Data-Mining-Modell zusammengefasst. Mithilfe verschiedener Algorithmen kann somit nach der Simulation eines beliebigen Aluminiumumformprozesses die sich einstellende Oberflächengüte und demzufolge die Standmenge der Werkzeuge vorhergesagt werden.
Schmieden, Adhäsion, Aluminium, Verschleiß
Fahrerlose Transportsysteme (FTS) sind in modernen Produktionsanlagen unverzichtbar geworden. Aufgrund der signifikanten Fortschritte im Bereich der FTS und der zunehmenden Automatisierung innerhalb der Produktionsanlagen steigen die Einsatzmöglichkeiten für FTS. Bisher werden die Roadmaps für die Fahrzeuge meist manuell erstellt, was zu langen und aufwändigen Planungsphasen führt. Diese Arbeit untersucht, wie das Wissen der Systemplaner in einen wegweisenden Algorithmus integriert werden kann, um menschliche Logik mit mathematischer Optimierung zu kombinieren und so Roadmaps für FTS zu erstellen, die effizient und anwendbar sind.
Die Kombination von mathematischer und menschlicher Planung wurde durch die Kombination eines unscharfen Inferenzsystems mit einem traditionellen Pfadfindungsalgorithmus - dem A*-Algorithmus - erreicht. Das Fuzzy-Inferenzsystem speichert das Wissen der Systemplaner in Form von Fuzzy-Regeln und die Ausgabe der Regeln hat direkten Einfluss auf die Wegplanung des A*-Algorithmus.
Wegfindung, Expertensystem, Fuzzy-Logik, Fahrerloses Transportsystem, Fahrerloses Transportfahrzeug
Steigende Beschaffungskosten für elektrische Energie sowie eine Zunahme der Strompreisvolatilität durch die vermehrte Einspeisung erneuerbarer Energien gefährden die internationale Wettbewerbsfähigkeit produzierender Unternehmen in Deutschland. Zur Begegnung dieser Herausforderung muss mittelfristig die Energienachfrage an das Energieangebot angepasst werden. Im Rahmen des nachfrageseitigen Energiemanagements müssen Unternehmen vermehrt Energie dann verbrauchen, wenn Energie günstig ist. Ein Ansatzpunkt hierfür stellt die Fertigungssteuerung dar, da diese die Aufgabe besitzt, den durch die Produktionsplanung erstellten Produktionsplan aufgrund häufig unvermeidlicher Störungen umzusetzen. Sie bestimmt somit, wann welcher Auftrag der Produktion zugeht und bearbeitet wird. In dieser Arbeit wird daher der Einfluss der Fertigungssteuerung auf die Energiekosten beschrieben und in ein bestehendes Wirkmodell der Fertigungssteuerung integriert. Aufbauend auf dem Wirkmodell wird eine Reihenfolgeregel als Entscheidungsmodell entwickelt, welche neben den Energiepreisen die terminliche Dringlichkeit der einzelnen Aufträge berücksichtigt und somit Energiekosteneinsparungen bei gleichzeitiger Berücksichtigung der logistischen Zielgrößen ermöglicht. Die simulationsgestützte Validierung dieser Reihenfolgeregel belegt schließlich einen Teil des Wirkmodells. Auf Basis des validierten Wirkmodells werden letztlich die Anwendungsvoraussetzungen sowie die Einflüsse auf die logistischen Zielgrößen einer energiepreisorientierten Reihenfolgeregel beschrieben.
Fertigungssteuerung, Reihenfolgebildung, Energiepreise, Energiekosten, Strompreisvolatilität
