Dissertationen

Störungen in der Produktion, die negative Auswirkungen auf die Zielgrößen der Produktionslogistik haben, müssen im Rahmen des Logistikcontrollings erkannt und behoben werden. Unternehmen beschäftigen häufig nicht ausreichend qualifizierte Mitarbeiter, die die beherrschbaren logistischen Zusammenhänge in der Produktion kennen und zielgerichtet auf die Verbesserung des logistischen Prozesszustands einwirken können. Zusätzlich fehlt häufig grundlegendes Wissen über die komplexen Zusammenhänge der Zielgrößen und die einzuleitenden Maßnahmen gegen Störungen in der Produktion. In der vorliegenden Dissertation wird ein Lösungsansatz zur modellgestützten Diagnose von Störungen in der Produktionslogistik entwickelt. Dieser wird in einem Assistenzsystem beispielhaft umgesetzt, so dass Mitarbeitern von der Abweichungsfeststellung über die Ursachenfindung bis zur Maßnahmenableitung assistiert werden kann.

Produktionslogistik, Diagnose, Assistenzsystem, modellgestützte Regeln, Ursache- Wirkungsnetz

Die Leistungsfähigkeit des Menschen ist im Tagesverlauf Schwankungen unterworfen. Als Kritikpunkt an einer von Graf entwickelten Leistungskurve ist exemplarisch die fehlende Differenzierung der Menschen nach Biorhythmus (Morgen- und Abendtyp) zu nennen. Zudem betrachtete die Studie keine geistige Komponente. Eine Analyse zirkadianer Leistungsschwankungen des Menschen in der industriellen Montage ist bislang noch nicht explizit untersucht worden. Mit der vorliegenden Arbeit wird diese Lücke geschlossen. Anhand eines geeigneten industriellen Arbeitssystems werden erstmalig zirkadiane Leistungsschwankungen bei manuellen Montagetätigkeiten in Abhängigkeit unterschiedlicher Einflussfaktoren (z. B. "Geschlecht", "Alter", "Biorhythmus") erfasst und analysiert. Der Zusammenhang zwischen Leistungsschwankungen und den ermittelten Einflussfaktoren wird mit einem datenanalytischen Verfahren statistisch abgesichert. Abschließend werden Anwendungsgebiete (z. B. Schichtarbeit, Taktanpassung) für eine Nutzbarmachung der nachgewiesenen Leistungsschwankungen erfasst und Potentiale zur Berücksichtigung aufgezeigt.

Leistungsschwankung, Montage, Arbeitsssystem, stastische Datenanalyse

Unternehmen, die für ihre Produktion Werkzeuge einsetzen und bei denen der typische Werkzeugkreislauf mit Aufarbeitung und Wiedereinsatz vorzufinden ist, sind bestrebt, den mittleren Bereitstellungsverzug einsatzbereiter Werkzeuge zu senken. Zur Verbesserung der Verfügbarkeit in der Produktion kann die Anzahl der Werkzeuge im Kreislauf oder auch die Standmenge der Werkzeuge erhöht werden. Dies führt aber wiederum zu höheren Kosten. Somit kann die Erreichung eines Ziels zu Lasten eines anderen gehen. Den zentralen Bestandteil der Arbeit stellt die Modellierung eines typischen Werkzeugkreislaufs in einem Simulationsmodell dar. Somit konnten der prinzipielle Zusammenhang zwischen den Kennzahlen Bereitstellungsverzug und Werkzeugbestand sowie deren Beeinflussbarkeit durch organisatorische und technologische Maßnahmen im Rahmen von Simulationsstudien gezeigt werden.

Bereitstellungsverzug, Werkzeuglogistik, Werkzeugbestand, Werkzeugversorgung, Materialflusssimulatio

Blechteile verlangen zur Montage oftmals stiftförmige Fügeelemente, die bei hohen Anforderungen an die Dichtheit oder den elektrischen Kontakt schweißtechnisch gefügt werden. Dafür bieten sich Lichtbogenbolzenschweißverfahren an, die bisher separat an Schweißstationen ausgeführt werden, wodurch Handhabungsoperationen und Zwischenlagerungen von Teilen notwendig sind. Um die Prozesskette zu verkürzen sind Lösungen zur Integration des Lichtbogenbolzenschweißens in Blechbearbeitungswerkzeuge erforderlich. In dieser Arbeit wird eine Lösung zum Lichtbogenbolzenschweißen mit Spitzenzündung innerhalb von Blechbearbeitungswerkzeugen dargestellt. Das entwickelte Schweißmodul wird in einem Werkzeug mit Hilfe einer Bandanlage automatisiert. In Versuchen im getakteten Betrieb werden die erreichbare Fügequalität, sowie die Wechselwirkungen zwischen Schweißprozess und Werkzeug analysiert und die Prozessstabilität dargestellt, und die Robustheit des integrierten Schweißprozesses untersucht.

Blechverarbeitung, Lichtbogenbolzenschweißen, Spitzenzündung, Folgeverbundwerkzeug, Prozessintegrati

Produzierende Unternehmen sind aufgrund sich ständig verkürzenden Produktlebenszyklen mit immer häufigeren Produktausläufen konfrontiert. Diese weisen ein hohes Kosteneinsparpotenzial in Form vermeidbarer Restbestände nach dem Auslauftermin auf. Trotz dieses Potenzials wird dem Management von Produktausläufen in der Praxis nur unzureichend Aufmerksamkeit gewidmet. Methoden, Modelle, Leitfäden oder Kennzahlen zur Unterstützung eines effizienten Auslaufmanagements fehlen derzeit noch. Erschwerend kommt hinzu, dass die Produkterstellung bei Produkten mit einer Vielzahl an Komponenten und Einzelteilen meist durch mehrere Unternehmen erfolgt. Die Koordination und Zusammenarbeit dieser Produktionsnetze oder auch Supply Chains erschwert zusätzlich die effiziente Abwicklung eines Produktauslaufs. Die vorliegende Arbeit präsentiert eine methodische Unterstützung zum Auslaufmanagement in Produktionsnetzen, so dass Unternehmen eines Netzes die Kosteneinsparpotenziale erschließen können.

Auslaufmanagement, Supply Chain Management, Produktionsplanung

Die flexible Anpassung von Produktions- und Logistikprozessen an die sich veränderten Kundenbedürfnisse ist zur Sicherung unternehmerischen Erfolgs eine immer stärker werdende Herausforderung für Unternehmen. Daraus resultieren Anforderungen an die Produktionssteuerung, welche nicht zuletzt aufgrund der wachsenden Bedeutung der Montage für die industrielle Produktion ganzheitlich sowohl Fertigungs- als auch Montageprozess-übergreifend betrachtet und ausgelegt werden muss. Die kosten- und termingerechte Versorgung der Montage (horizontale Synchronisation) mit eigen gefertigtem und einem steigenden Anteil fremd beschafftem Material ist eine bislang wissenschaftlich wenig thematisierte Aufgabe. Diese logistische Herausforderung kann durch ein Konzept zur Montagesynchronen Auftragssteuerung unterstützt werden. Der Synchronisationsansatz fokussiert dabei auf die Kompensation von Störungsauswirkungen auf die Montage sowie der Flexibilitätssteigerung von Veränderungen im Auftragsdurchlauf. Aufbauen auf einem ganzheitlichen Synchronisationsansatz zwischen Teilefertigung und Montage wird das entwickelte Konzept für eine vorausschauende Fehlteilvermeidung ein eine ganzheitliche, montageorientierte Synchronisations der Materialversorgungsprozesse für die Montage (vertikale Synchronistation) mit dem Ziel einer verbesserten Termintreue von Partneraufträgen erweitert.

Produktionslogistik, Produktionsmanagement, Produktionssteuerung, Montage, Synchronistation

In der Dissertation werden die Grundlagen der kapazitiven Fremdvergabe zwischen Presswerken dargestellt. Darüber hinaus werden Ansätze zur Auswahl von Fremdvergabeumfängen und zur Bewertung von Fremdvergabeszenarien analysiert sowie anhand von Anforderungen an Lösungsansätze überprüft. Das Ziel der Arbeit ist die Entwicklung einer Methode zur Anbahnung von kapazitiven Fremdvergaben zwischen Presswerken. Die Struktur der Methode wird anhand von Methodenschritten und Analyseobjekten beschrieben. Der Ablauf und die Anwendung der Methodenschritte werden dargestellt. Am Beispiel eines realen Kooperationsszenarios erfolgt die Überprüfung der Methode auf Funktionalität und Praxistauglichkeit. Abschließend wird die Methode einer kritischen Beurteilung unterzogen.

Presswerk, Blechteilherstellung, kapazitive Fremdvergabe, Kooperation

Hinter dieser Dissertation verbirgt sich die praxisrelevante, bisher unbeantwortete wissenschaftliche Kernfrage, für welchen Servicegrad auf Vorrat beschaffter Artikel sich ein produzierendes Unternehmen entscheiden soll. Ziel der Arbeit ist die Entwicklung eines entscheidungsunterstützendes Modells zur Bestimmung des gegenüber der Produktion zu erreichenden Servicegrads von Artikeln im Beschaffungslager unter Berücksichtigung sowohl des aus Fehlmengen in der Produktion resultierenden Schadens (z. B. Leerkosten) als auch der zur Erreichung des Servicegrads anfallenden Kosten der logistischen Organisationseinheiten (z. B. Lagerhaltung). Aufbauend auf den in der Wissenschaft bekannten Fehlmengenkostenarten und mit Hilfe der in der Ingenieurwissenschaft unter WIENDAHL und NYHUIS entwickelten logistischen Kennlinien wird die Kernfrage bearbeitet und beantwortet.

Bestand, Fehlmengenkosten, Fehlzeit, Lagerhaltungskosten, Lieferverzug, Logistikkosten, Produktion,

Beim konventionellen Schmieden wird zur Sicherstellung der Formfüllung mit einem Materialüberschuss von bis zu 50 % der Bauteilmasse geschmiedet. Das gratlose Präzisionsschmieden ermöglicht deutliche Materialeinsparungen. Das wirtschaftliche Potenzial des Präzisionsschmiedens gegenüber dem konventionellen Schmieden liegt in den engeren Geometrietoleranzen und in der Verkürzung der Prozesskette. Die in dieser Arbeit entwickelte Stadienfolge zum gratlosen Präzisionsschmieden einer Zweizylinderkurbelwelle besteht aus vier Umformoperationen: zwei Querfließpressprozessen sowie einem mehrdirektionalen Umformprozess. Das abschließende Präzisionsschmieden im geschlossenen Gesenk stellt die Endgeometrie der Kurbelwelle her. Um die geforderten Toleranzen von IT 7 bis IT 9 zu erreichen, wird eine neu entwickelte Methode zur Schrumpfungskorrektur eingesetzt, die ein homogenes Aufmaß beinhaltet und die inhomogenen Spannungs- und Temperaturzustände im Bauteil berücksichtigt.

Gratloses Gesenkschmieden, Präzisionsschmieden, Kurbelwelle, FEM

Beim Schmieden von flachen Aluminiumlangteilen können prozessbedingt Schmiedefehler wie bspw. Falten entstehen. Einen Sonderfall stellt dabei die Bildung von inneren Falten dar, welches sich im Faserverlauf ausprägt. Innere Falten haben u. a. einen negativen Effekt auf die dynamischen Bauteileigenschaften. Als Fertigungsverfahren kann Schmieden in eindirektionales und mehrdirektionales Schmieden unterteilt werden. Beim eindirektionalen Schmieden wurde die Entstehung von inneren Falten beobachtet. Durch die Verwendung des Umformens aus mehreren Richtungen – dem mehrdirektionalen Schmieden – kann die Umformung variabel eingestellt werden und dadurch eine Faltenbildung verhindert werden. Eine neu entwickelte Methode hilft bei der Auswahl des Umformverfahrens und bei der Bestimmung einer geeigneten Werkzeuggeometrie. Hier wird speziell der Bereich angepasst, in dem die inneren Falten entstehen. Dazu wurde ein Berechnungsmodell entwickelt, mit dem eine rechnergestützte Identifizierung der inneren Falten und eine Korrektur des verwendeten sowie parametrisch aufgebauten Schmiedewerkzeugs im relevanten Bereich möglich ist.

Mehrdirektionales Schmieden, flache Langteile, Aluminium, Faserverlauf

Kreisförmig verkettete Produktionssysteme sind weit verbreitete Anlagen. Deren Hersteller sichern die Leistungsfähigkeit und die Wirtschaftlichkeit bereits im Angebot zu. Bislang steht kein Hilfsmittel zur Absicherung der Planungsergebnisse zur Verfügung, da entwickelte Verfahren nur unter idealisierten Bedingungen oder mit erheblichem Aufwand eingesetzt werden können. In dieser Arbeit wird eine neuartige Methode beschrieben, die Planern in der Angebotsphase die Konfiguration von Anlagen hinsichtlich leistungs- und wirtschaftlichkeitsorientierter Kriterien ermöglicht. Dabei werden Data Mining-Algorithmen zur Prognose leistungsorientierter und Kostenkennlinien zur Vorhersage wirtschaftlichkeitsorientierter Kennwerte genutzt. Der Planer entscheidet anhand der Kennwerte, ob auf dieser Basis ein Angebot erstellt wird. Im Rahmen der Arbeit wird gezeigt, dass mit der Methode Aussagen getroffen werden können, wie die Konfiguration eines kreisförmig verketteten Produktionssystems zu bewerten ist. Weiterhin erfolgt die Vorstellung und Diskussion von Untersuchungsergebnissen hinsichtlich der Güte und der Grenzen der Methode.

Verkettete Produktionssysteme, Planung, Kennlinien, Data Mining

Der zunehmende Kundenwunsch nach innovativen und individuellen Produkten zwingt produzierende Unternehmen dazu, ihre Innovationstätigkeit zu forcieren und zu beschleunigen. Dies führt zu einer steigenden Produktvielfalt, gleichzeitig zu kürzeren Produktlebenszyklen und damit zu einem vermehrten Auftreten des Produktionsanlaufs: dem Übergangsbereich zwischen Entwicklung und Serienfertigung. Obwohl die enorme betriebswirtschaftliche Bedeutung dieser Phase des Produktlebenszyklus mehrfach nachgewiesen wurde, bleibt ein Großteil der Produktionsanläufe hinter den technischen und wirtschaftlichen Erwartungen zurück. Die Ursachen hierfür sind vielfältig. Ein Aspekt, der in den bisherigen Ansätzen zur Planung und Durchführung von Anlaufprojekten wenig Beachtung gefunden hat, ist die gestiegene Anzahl der beteiligten Akteure. Sie ergibt sich im Wesentlichen durch verteilte Entwicklungs- und Produktionsstandorte sowie durch die Tatsache, dass gegenwärtige Produktionsanläufe überwiegend in Wertschöpfungsnetzwerken stattfinden. In der vorliegenden Arbeit werden zunächst die handelnden Akteure und die Aufgaben eines unternehmensübergreifenden Anlaufmanagements vorgestellt. Ferner werden bisherige Ansätze zur Planung und Durchführung von Anlaufprojekten sowie deren Schwerpunkte und Defizite aufgezeigt, um anschließend im Rahmen einer empirischen Untersuchung verschiedene Erfolgsfaktoren des unternehmensübergreifenden Produktionsanlaufs zu identifizieren. Sie dienen als Ausgangsbasis für das im Rahmen dieser Arbeit vorgestellte Konzept einer internetbasierten Anlaufplattform, die eine unternehmensübergreifende Terminplanung und -überwachung von Produktionsanläufen ermöglicht. Das Konzept erlaubt es, mit Hilfe der linearen Regressionsanalyse das Risiko einer Terminabweichung bereits in der Planungsphase zu bewerten und die gewonnen Erfahrungswerte für zukünftige Anlaufprojekte zu nutzen. Darüber hinaus wird ein Regelwerk geschaffen, das eine einfache und effektive Überwachung des Projektfortschritts auf den verschiedenen Ebenen im anlaufenden Wertschöpfungsnetzwerk erlaubt.

Produktionsanlauf, Wertschöpfungsnetzwerk, Terminplanung, Terminüberwachung, Risikomanagement, Regre

Produktionsabläufe in der Schmiedeindustrie werden durch eine Vielzahl von Einflussgrößen bestimmt. In zunehmendem Maße wird bei ihrer Verbesserung neben einer anspruchsvollen technologischen Produktqualität auch eine hohe logistische Leistungsfähigkeit angestrebt. In der Ofenbelegungsplanung, einem Teilprozess der Wärmebehandlung, wird jedoch oftmals noch eine ausgesprochen unzureichende technisch-logistische Prozessqualität erreicht. Zu den hierbei relevanten Problemen gehören u. a. Auftragsreihenfolgevertauschungen, eine Vielzahl an technischen Restriktionen und die ungenügende Kenntnis über technisch-logistische Wechselwirkungen. Zur ausgewogenen Positionierung im Spannungsfeld zwischen der Einhaltung technischer Restriktionen und der Verfolgung logistischer Ziele ist eine Methode erforderlich, mit deren Hilfe Auswahl und Zusammenstellung der unter den zuvor gesetzten Zielen bewerteten Aufträge zu Chargen und Belegungsprogrammen automatisiert werden kann. In der vorliegenden Arbeit wird ein derartiges Lösungskonzept zur Unterstützung der Belegungsplanung von Wärmebehandlungsanlagen vorgestellt. Auf Basis der Fuzzy- Logik entwickelte Methoden zur Auftragsauswahl, Chargenbildung und Ofenbelegung bilden die Beziehungen zwischen den technischen und logistischen Zielgrößen der Belegungsplanung ab, wählen für die Wärmebehandlung geeignete Aufträge aus, unterstützen die Zusammenstellung von Chargen und Belegungsprogrammen und ermöglichen die Sicherung des spezifischen Planungswissens.

Schmiedeindustrie, Ofenbelegungsplanung, Fuzzy-Logik, Auftragsauswahl, Chargenbildung

Im Rahmen zunehmender wirtschaftlicher Vernetzung verlagern immer mehr Unternehmen Produktionsumfänge an ausländische Standorte. Hohe Rückverlagerungsquoten zeigen allerdings, dass viele Unternehmen dabei scheitern. Die Gestaltung des Produkts hat ursächlichen Einfluss auf die Produktion und damit auf den Erfolg dieser Internationalisierungen. In der vorliegenden Arbeit wird eine Methode zur Gestaltung interna-tionalisierungsgerechter Produktstrukturen beschrieben. Ziele sind eine geringe Produktkomplexität und eine angepasste Verteilung des Know-hows. Zur Umsetzung dieser Ziele werden Gestaltungsrichtlinien definiert, die mithilfe eines Kennzahlensystems bewertbar werden. Ein integriertes Produktmodell und ein Katalog mit Handlungsoptionen unterstützen bei der Analyse und Gestaltung. Damit können in einem iterativen Prozess Produktstrukturen erstellt werden, die eine Grundlage für erfolgreiche Internationalisierungen bilden.

Produktstrukturierung, Produktgestaltung, Produktmodell, Globalisierung, Internationalisierung

Die Halbwarmumformung stellt für ein begrenztes Bauteilspektrum eine ökonomisch und ökologisch sinnvolle Alternative zur Warm- und Kaltumformung dar. Bisher beschränkt sich die Technologie vorwiegend auf rotationssymmetrische Bauteile. Im Rahmen der Arbeit wurde eine Prozesskette zum Halbwarmgesenkschmieden von flachen Langteilen hergeleitet und anhand einer Stadienfolge eines 2PunktLenkers untersucht. Die Versuche wurden auf einem herkömmlichen Warmumformaggregat durchgeführt, wobei lediglich eine zusätzliche Vorgraphitieranlage zum Einsatz kam. Es konnte nachgewiesen werden, dass flache Langformen aus Stahl durch Gesenkschmieden in Kombination mit einer Vorformung durch Gesenkbiegen mit Streckung im Halbwarmtemperaturbereich hergestellt werden können. Dabei konnte eine Materialausnutzung von 80 % und für Längen und Breiten IT-Toleranzen kleiner/gleich IT 12 erreicht werden. Mit Hilfe von FE-Simulationen wurde gezeigt, dass mit zwei Vorformungen durch Halbwarm Gesenkbiegen und Formrecken Zwischenformen mit gerader, in einer Ebene gebogener und in zwei Ebenen gebogener Längsachse erzeugt werden können.

Gesenkschmieden, Halbwarmumformung, Langform

Für die gezielte Realisierung von Optimierungspotenzialen in produzierenden Unternehmen bietet sich die Einführung eines sogenannten Ganzheitlichen Produktionssystems an. Allerdings erfordert die unternehmensindividuelle Entwicklung und Implementierung eines Ganzheitlichen Produktionssystems den Einsatz umfangreicher personeller und finanzieller Ressourcen. Die Ursachen dafür liegen in der meist aufwändigen und langwierigen Erlangung und Vermittlung von Produktionssystem-Wissen in der Organisation. Während große Unternehmen durchaus in der Lage sind, diesen Aufwand zu erbringen, stehen kleinen und mittleren Unternehmen z. B. des Werkzeug- und Formenbaus entsprechende Mittel nicht zur Verfügung. In der vorliegenden Arbeit wird ein neuartiger Ansatz vorgestellt, um Produktionssystem-Wissen in einem Expertensystem abbildbar und nutzbar zu machen. Das Expertensystem ist auf die Branche Werkzeug- und Formenbau ausgelegt. Zentrale Bestandteile des Systems sind eine Ontologie zur Wissensrepräsentation, eine werkzeugbauspezifisch ausgestaltete Wissensbasis sowie mittels Data Mining hergeleitete Regeln zur automatisierten Anpassung der Wissensbasis an unternehmensindividuelle Randbedingungen. Anhand von Fallbeispielen wird gezeigt, dass das Expertensystem für eine systematische und auf den Unternehmenskontext zugeschnittene Methodenauswahl und -umsetzung eingesetzt werden kann.

Ganzheitliches Produktionssystem, Lean Production, Expertensystem, Wissensmanagement, Data Mining

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Susann Reichert
B. Eng.

Referentin für Public Relations und Marketing