Von spanenden Werkzeugmaschinen wird ein Höchstmaß an Produktivität gefordert, welche neben dem Leistungspotential der installierten Antriebe und verwendeten Werkzeuge sowie Schneidstoffe durch das dynamische Nachgiebigkeitsverhalten der Maschinensysteme begrenzt wird. Sowohl Maschinenhersteller als auch Anwender sehen sich bei der Inbetriebnahme und Fertigungsvorbereitung oft mit dem Problem konfrontiert, dass geplante Zerspanleistungen auf Grund von Prozessinstabilitäten nicht umgesetzt werden können. Dieses Problem führt oft zu langen und unwirtschaftlichen Inbetriebnahmezeiten industrieller Serienfertigungsprozesse, da umfangreiche Versuchsreihen erforderlich sind, um prozesssichere, bearbeitungseffiziente Fertigungsbedingungen zu ermitteln. Dem gegenüber können als Folge instabiler Zerspanoperationen Qualitätsanforderungen an das Werkstück wie z.B. die Form- und Maßhaltigkeit sowie insbesondere die geforderte Oberflächenqualität nicht erfüllt werden. Die auftretenden Schwingungen der Maschinenstruktur begrenzen zudem die Lebensdauer mechanischer und mechatronischer Maschinenkomponenten und verkürzen die Standzeit der Werkzeuge. Die Möglichkeit das dynamische Wechselwirkungsverhalten von Maschine und Zerspanprozess mit Hilfe von Simulationswerkzeugen abzubilden, befähigt Maschinenhersteller und -anwender Inbetriebnahme- und Einfahrprozesse deutlich zu verkürzen, Fertigungsressourcen effizienter zu nutzen und die Fertigungsqualität ihrer Produkte zu steigern. Basierend auf Referenzprozessen für die Fertigungsverfahren Drehen und Fräsen wurden im Rahmen des BMBF Projektes VispaB Prozessmodelle entwickelt, die in Kombination mit ausgereiften Maschinenmodellen verlässliche Stabilitätsvorhersagen ermöglichen und eine Abschätzung der Leistungsfähigkeit von Produktionsanlagen erlauben. Die entwickelten, durchgängigen Modelle und Simulationswerkzeuge befähigen den Maschinenanwender zu einer fertigungseffizienten Parametrierung spanender Bearbeitungsoperationen. Gleichermaßen wurden virtuelle Werkzeuge und Entwicklungsmethodiken geschaffen, die eine frühzeitige Bewertung des dynamischen Nachgiebigkeitsverhaltens von Produktionsanlagen anhand ihres prozessstabilen Verhaltens bereits im Verlauf ihrer Entwicklungsprozesskette gestatten. Die Leistungsfähigkeit und Prognosegenauigkeit der entwickelten Softwaretools wurde durch eine große Anzahl von Bearbeitungsversuchen auf verschiedenen Versuchsträgern der beteiligten Projektpartner untersucht und verifiziert.

Vor dem Hintergrund der allgemeinen Marktdynamik und der speziellen Dynamik im Maschinen- und Anlagenbau mit variierenden Kundenwünschen und häufigen Spezifikationsänderungen wird es für Unternehmen immer wichtiger, Flexibilität aufzubauen, um der Kundenanforderung an eine hohe Liefertermintreue nachzukommen. Da der größte Teil der Wertschöpfung durch Lieferanten erfolgt und diese bei der projektspezifischen Komponentenfertigung keine Sicherheitsbestände anlegen sondern nur Kapazitäten freihalten können, ist ein Verfahren notwendig, um die externe Kapazitätsflexibilität monetär bewertbar zu machen. Obwohl bereits diverse Konzepte zur Verbesserung der Liefertermintreue vorliegen, können sie jedoch für die unternehmensübergreifende Projektfertigung noch keine hinreichende Lösung bieten. Ein Verfahren, das sowohl Dynamik und Flexibilität berücksichtigt und eine monetäre Bewertung ermöglicht, stellt der aus der Finanzwirtschaft stammende Realoptionsansatz dar. Dieser Ansatz wird auch zunehmend für operative Fragestellungen angewendet. Bisher lag der Fokus jedoch noch nicht auf Lieferantenflexibilität und Liefertermintreue. Ausgehend von einer europaweiten Umfrage wurden die Anforderungen an die Methodik abgeleitet, die relevanten Aspekte der überbetrieblichen Kapazitätsplanung und -steuerung modelliert, die Übertragbarkeit des Realoptionsansatzes überprüft und die einzelnen Verfahrensschritte entwickelt. Hierbei sollte die hohe Komplexität der Liefersituationen mit diversen Unsicherheiten und unterschiedlichen Prozessen in einem Simulationsmodell abgebildet und bewertbar gemacht werden. Die Erkenntnisse des Verfahrens wurden in eine prototypische Softwarelösung überführt, in zwei Fallstudien exemplarisch angewendet und auf ihre Gültigkeit überprüft. Durch Simulationen konnten die monetären Auswirkungen von Lieferterminverzögerungen aufgezeigt und der Mehrwert von flexiblen Kapazitäten dargestellt werden. Anwendern steht es dabei offen, die maximal zu bezahlende Prämie für die Fertigungsbereitschaft eines Lieferanten zu berechnen oder ihre Planungen zu optimieren. Die systematische Vorgehensweise ermöglicht zudem ein monetäres und risikogerechtes Problemverständnis für die Beschaffung von änderungsintensiven Baugruppen, was sogar über die behandelte Fragestellung hinausgehen und auf die Wandlungsfähigkeit von Unternehmen übertragen werden kann, indem der Mehrwert von Veränderungsfähigkeit deutlich wird und zur Entscheidungsfindung beiträgt.

Das Bohren mit Laserstrahlung ist ein etabliertes Verfahren in der industriellen Fertigung. Es findet in unterschiedlichen Bereichen Anwendung, wie z. B. in Luft- und Raumfahrt, Automobilindustrie, Werkzeugbau und Halbleitertechnik. Trotz des vielfältigen industriellen Einsatzes ist das Laserstrahlbohren Gegenstand zahlreicher wissenschaftlicher Untersuchungen. Aufgrund der komplexen physikalischen Prozesse und der fehlenden Zugänglichkeit in der Bohrung für optische Diagnoseverfahren ist es nach wie vor nicht vollständig verstanden und beschrieben. In der vorliegenden Arbeit wird die Herstellung von Formbohrungen, sogenannten „Shaped Holes“, mit Laserstrahlung untersucht. Diese sollen unter anderem für die Realisierung der Effusionskühlung bei thermisch hoch belasteten Komponenten von Gasturbinen eingesetzt werden. Für die Fertigung dieser Formbohrungen werden geeignete Verfahrensstrategien entwickelt. Die erzielbaren Aspektverhältnisse und Bohrdauern sowie realisierbare Geometrien und die Reproduzierbarkeit des Verfahrens werden untersucht. Das Konturtrepanieren wird als effizientes Verfahren für die Fertigung von Formbohrungen mit einem Bohrungsdurchmesser von ca. 0,2 mm bei einer Tiefe von bis zu 5 mm umgesetzt. Damit steht ein produktives Verfahren zur Verfügung, das konkurrierende Techniken, wie z. B. Funkenerodieren und elektrochemisches Abtragen, ersetzen kann. Bei entsprechender Anlagentechnik und einer durchgängigen CAD/CAM/CNC-Kette können Formbohrungen mit komplexer Geometrie in „Losgröße 1“ hergestellt werden. Diese Flexibilität wird zurzeit von keinem alternativen Fertigungsverfahren erreicht.

Die Dissertation richtet sich an alle Unternehmen, die technische Produkte oder Komponenten zukaufen. Sie ist ein geeignetes Hilfsmittel, um die Preiswürdigkeit beschaffter Güter zu bestimmen und Transparenz über das produktive Einkaufsvolumen zu erlangen. Sie dient somit dazu, die Informationsasymmetrie zwischen Einkauf und Lieferanten abzubauen und stellt dem Einkäufer leicht interpretierbare Ergebnisse zur Verfügung, die sowohl für Preisverhandlungen mit den Lieferanten eingesetzt werden können als auch zur Identifikation kostengünstiger Designs oder Fertigungsverfahren. Zur Ermittlung der Preistransparenz wird ein mehrstufiges Verfahren eingesetzt, für das die Methodik in jeder Stufe ein geeignetes Modell zur Verfügung stellt. Zunächst wird das produktive Einkaufsvolumen in parametrisch vergleichbare Teilefamilien eingeteilt. Für jede Teilefamilie werden dann Parameter zur Beschreibung der Leistung bzw. der Produktfunktionalität definiert. Mit Hilfe der linearen Regression wird anschließend die relative Preisposition aller analysierten Bauteile bestimmt. Das Ergebnis der Analyse ist eine übersichtliche Darstellung aller betrachteten Bauteile in einem Diagramm. Diese Darstellung erlaubt eine einfache Interpretation des Ergebnisses, wodurch kaufmännische und technische Potenziale für Kostenreduktionen aufgezeigt werden. Die Methodik unterstützt dabei eine Gegenüberstellung unterschiedlicher Dimensionen wie bspw. verschiedener Lieferanten, Fertigungstechnologien oder Produktdesigns. Die Erkenntnisse, die aus dem Ergebnisdiagramm gewonnen werden, sind im letzten Schritt zu analysieren und zu plausibilisieren. Daraus können Maßnahmen zur Schließung der aufgezeigten Kosteneinsparpotenziale definiert werden, die gemeinsam mit den Lieferanten sowie intern bspw. mit der Entwicklung umzusetzen sind. Die Methodik wurde in verschiedenen Industrieprojekten erprobt und es wurden sehr gute Ergebnisse erzielt. Aufbauend auf den in der Praxis angewandten Methoden des 'Linear Performance Pricings' (LPP) und der 'Cost Regression Analysis' (CRA) bietet die vorliegende Arbeit eine wissenschaftlich fundierte und durchgängige Unterstützung des Anwenders in allen Schritten der Methodik zur Erzielung von Preistransparenz.

In der vorliegenden Arbeit wird eine Methodik vorgestellt, mit der die Fremddämpfung des Prüfstandes von der Dämpfung des Untersuchungsobjektes isoliert werden kann. Diese Methodik findet ihre Anwendung bei der Untersuchung des Dämpfungsverhaltens von Profilschienenführungen und Kugelgewindetrieben. Hierbei werden die verwendeten Prüfstände, die konkreten Problemstellungen sowie die identifizierten Dämpfungsmodelle und die systematisch erarbeiteten Parameter bei verschiedenen Einflussgrößen sowie die Validierung der Modelle und Parameter detailliert beschrieben.

Die geometrische Tolerierung bestimmt signifikant die Herstellkosten und die Qualität eines Produktes. Dieser Bedeutung wurde in den letzten Jahren mit intensiver Forschung Rechnung getragen. Einer kosten- und funktionsoptimalen Tolerierung steht allerdings eine sehr hohe Komplexität gegenüber, welche bis heute nicht umfassend beherrscht ist. Diese Komplexität gliedert sich in eine organisatorische und eine technische Komplexität. Die technische Komplexität lässt sich wiederum auf geometrische und funktionale Komplexität sowie Kostenstrukturkomplexität zurückführen. Die vorliegende Arbeit hatte eine Lösung zur optimierten Allokation geometrischer Toleranzen zum Ziel. Die Lösung, bestehend aus einer technischen Methode mit geeigneten Algorithmen sowie einem organisatorischen Konzept, sollte einen Beitrag zur Beherrschung der technischen Komplexität der Tolerierung liefern. Dabei war die organisatorische Komplexität der Tolerierung ebenfalls zu berücksichtigen. Das Optimierungsziel sollte dabei eine Minimierung der Toleranzkosten interagierender, geometrischer Toleranzen unter Beachtung relevanter unternehmerischer und technischer Restriktionen sein. Dabei wurden vereinfachend ausschließlich Maßtoleranzen und interagierende Maßtoleranzketten fokussiert. Form- und Lagetoleranzen fanden explizit keine Berücksichtigung. Die Forschungsfrage, welche dieser Arbeit zugrunde lag, war: Ist es möglich, Toleranzkosten interagierender Toleranzen unter Berücksichtigung der technischen und organisatorischen Zusammenhänge sowie produktionstechnischen Gegebenheiten im Unternehmen automatisiert zu optimieren?

Der Werkzeugverschleiß ist neben den Zerspankräften, der Spanform und der Oberflächengüte eines der wichtigsten Kriterien zur Beurteilung der Zerspanbarkeit. Insbesondere in der Hartbearbeitung kommt dem Werkzeugverschleiß eine zentrale Bedeutung zu, da dieser zum einen die Bauteilrandzone und zum anderen die resultierende Oberflächenqualität maßgeblich beeinflusst. Ziel der vorliegenden Arbeit war es, ein Simulationswerkzeug zur qualitativen und quantitativen Verschleißvorhersage von cBN-Schneidwerkzeugen bei der Hartbearbeitung zu entwickeln. Durch eine systematische experimentelle Analyse sind zunächst die relevanten Einflussgrößen auf den Werkzeugverschleiß von cBN-Schneidplatten beim Hartdrehen des Einsatzstahls 16MnCr5 identifiziert worden. Im Rahmen der Modellbildung zur Simulation von Werkzeugverschleiß erfolgte die Modellierung des tribologischen Beanspruchungskollektivs beim Orthogonaldrehen (2D) und Außenlängsdrehen (3D) mit Hilfe der Methode der Finiten Elemente. Im Anschluss an die Simulation des tribologischen Beanspruchungskollektivs wurde ein geeignetes Verschleißraten-Modell ausgewählt, an die Anforderungen der Hartbearbeitung angepasst und schließlich in die User-Subroutine der verwendeten Software implementiert. Mit Hilfe des neu entwickelten Ansatzes zur Simulation des Freiflächenverschleißes konnte ein gleichmäßiger und ebener Materialabtrag an Haupt- und Nebenfreifläche im dreidimensionalen Werkzeugmodell berechnet werden. Für den industriell relevanten Schnittgeschwindigkeitsbereich konnte dabei eine sehr gute Übereinstimmung hinsichtlich der prognostizierten und der experimentell ermittelten Werkzeugstandzeit erreicht werden. Bei höheren Schnittgeschwindigkeiten fiel die Abweichung zwischen Simulation und Experiment zunehmend größer aus. Die Erweiterung des bestehenden Verschleißraten-Modells um diffusionsbedingtem Verschleiß führte in der Simulation zu einer deutlichen Genauigkeitssteigerung. Das Potenzial der Verschleißsimulation zur Prognose des Kolkverschleißes wurde mit einer ersten Testrechnung zum Spanflächenverschleiß belegt. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war eine Methodik zu entwickeln, die die Vorhersage von hartgedrehten Oberflächen unter besonderer Berücksichtigung des Verschleißzustandes der simulierten Werkzeuge ermöglicht. Auf Basis der verschlissenen Werkzeuggeometrie, für die zuvor eine Verschleißsimulation durchgeführt wurde, generierte die entwickelte Oberflächenroutine das resultierende Oberflächenprofil und berechnete automatisch die Oberflächenkennwerte Ra und Rz. Wie die experimentelle Evaluierung zeigte, war es möglich, den Zusammenhang zwischen der verschlissenen Schneidkante und Oberflächenprofil im Modell richtig abzubilden.

Produzierende Unternehmen haben ihre Wertschöpfung in den letzten Jahrzehnten immer stärker internationalisiert. Die durch rasantes Wachstum entstandenen Produktionsnetzwerke weisen eine hohe Managementkomplexität auf. Die vorliegende Arbeit liefert einen Ansatz zur Bewertung dieser Managementkomplexität auf Basis einer Kosten- und Lieferzeitoptimierung mittels der Software „OptiWo“. Der Ansatz wird anhand von zwei Fallbeispielen aus der Getriebe- und Elektronikherstellung validiert.

Für die Konkurrenzfähigkeit von Forschung und Entwicklung ist es erfolgsentscheidend, nicht nur die Effektivität in der F&E zu steigern, sondern zeitgleich auch die Effizienz. Echte Produktdifferenzierung muss bei reduziertem Ressourceneinsatz erzielt werden. Hier setzt Lean Innovation an. Ziel von Lean Innovation ist es, die Grundsätze des Lean Thinking auf das Management von F&E zu übertragen. Die Management-Aufgabe „Lean Innovation“ ist für die Steigerung der Innovationsproduktivität und die unternehmerische Wettbewerbsfähigkeit von großer Bedeutung. In der Vergangenheit konnten durch die Anwendung der Lean Innovation-Prinzipien bereits viele Erfolge in verschiedenen Branchen erzielt werden können. Im Forschungsprojekt InnoZiel wurden die Ansätze auf die Arzneimittelbranche mit ihren Besonderheiten übertragen.

The understanding of quality is extended in the past years from a purely functional driven quality term to the quality as perceived by the customer. In this thesis a methodology is introduced to reproducibly measure and investigate the customer relevant quality perception of vehicle interiors. To achieve this, a holistic metrology has been developed to measure the attributes and physical parameters, which are important for the Perceived Quality of vehicle interiors. The metrology has to fulfill mobility, modularity and flexibility requirements. To enable a later correlation to human perception, special emphasis is put on an adaption of the metrology to human physiology. Main part is a robot system with free programmable force-travel and torque-angle measurement capabilities. One objective has been to conduct the measurements on a test rig as well as in the vehicle interior. Due to the variety of the covered, partly new established, metrologies the project is called ‘Perceived Quality Toolbox’. The correlation of the gathered data to human perception is carried-out with appropriate statistical processes and the respective transfer functions are established in various validation projects.