Efficient handling and analysis of experimental measurements is an essential part of research and development in a multitude of disciplines (e.g., engineering, chemistry, biology), since these contain information about the underlying processes. Researchers investigate processes by running experiments and gathering potentially a huge amount of data which is then to be evaluated. For environmental monitoring wireless sensor networks are used to collect data at spatially and temporally discrete positions. In mechanical engineering and related areas, potentially complex test-benches are set up and observations are recorded. Besides an efficient and effective way of exploring multiple results, researchers strive to discover correlations within the measured data. Moreover, model-based prediction of expected measurements can be highly beneficial for designing further experiments.

Diese Dissertation beschreibt die Nutzung der Impedanzspektroskopie zur in situ-Reaktionsbetrachtung anhand der im Automobilbereich genutzten DeNOx-SCR-Katalyse. Hierzu wird der solvatunterstützte Protonentransport in Zeolithen und anderen porösen, aziden Materialien mittels temperatur- und zeitabhängiger Messung, sowie simultaner und Infrarotspektroskopie in diffuser Reflektion erfasst. Ergänzt wird dies durch Untersuchungen zur in situ-Reaktionsbeobachtung an halbleitenden Materialien.

During years, it has been commonly stated that due to the fact that EDM does not require mechanical contact between tool and workpiece, the process can be regarded as “force-free”. However, measurements of EDM discharge forces have shown that their magnitudes induce tool vibration and geometrical inaccuracy of the manufactured cavities, depending on the chosen process parameters. Unexpected failure and plastic deformation of Sinking EDM graphite electrodes during the manufacturing of cavities with an aspect ratio in the order of 35 - 40 have been reported, but current knowledge of EDM does not allow to accurately explain such events. This work addresses the scientific study of the physical causes of discharge forces on Sinking EDM with high aspect ratio electrodes in order to generate a clear relationship between technological process parameters and tool electrode vibration induced by discharge forces.

In der Produktion von Energiewandlungsmaschinen müssen zunehmend konstruktive Merkmale aus hochfesten Schmiedelegierungen gefertigt werden. Die zu fertigenden Kavitäten sind schwer zugänglich und durch ein großes Aspektverhältnis, Tiefe zu Breite, charakterisiert. Das Material muss, aufgrund der eingeschränkten Zugänglichkeit, durch den Einsatz schlanker Fräser herausgearbeitet werden, die empfindlich auf die radial eingeleitete Zerspankraft reagieren. Das volle Leistungspotential moderner Werkzeugmaschinen und Schneidstoffe kann schließlich nicht ausgeschöpft werden, da das Werkzeug selbst das Element größter Nachgiebigkeit ist. Unter den fortschrittlichen Frässtrategien ist das Tauchfräsen das einzige Verfahren, das auf einer axialen Vorschubbewegung basiert. Die damit intuitiv erwartete Dominanz der axialen Zerspankraft wird in den wenigen Veröffentlichungen nicht durchgängig bestätigt. Weiterhin ist die nutzbare Länge der Werkzeugschneide gegenüber dem Umfangsfräsen deutlich reduziert. Das thermomechanische Belastungskollektiv konzentriert sich daher auf einen kleinen Bereich und erschwert die Auslegung des Verfahrens in einem wirtschaftlich akzeptablen Prozessfenster.

Durch langjährige Entwicklungen im produktionstechnische Umfeld wie einer wachsenden Vielfalt von Produktvarianten, einer stetigen Individualisierung von Produkten und einer Verkürzung von Produktlebenszyklen steigt die Bedeutung des Produktionsserienanlaufs für die Wettbewerbsfähigkeit von produzierenden Unternehmen. Gegenstand des Produktionsanlaufs sind alle notwendigen Maßnahmen, um neue oder veränderte Produkte nach ihrer Entwicklung mit der vorgegebenen Stückzahl in Serie produzieren zu können. Ein wesentlicher Bestandteil der Anlaufaktivitäten ist dabei die Inbetriebnahme und Einrichtung der benötigten Produktionsanlagen für die Herstellung des anlaufenden Produkts. Die vorliegende Arbeit betrachtet den Einrichtungsprozess von robotergestützten Produktionsanlagen im Anlauf kleiner Serien. In der Vergangenheit wurden Industrieroboter im Wesentlichen in Großserienfertigungen eingesetzt, in denen deutlich andere Anforderungen an die Methoden der Roboterprogrammierung gestellt werden. Die langjährige Ausrichtung auf dieses Einsatzgebiet hat zu dem Ergebnis geführt, dass die aktuell zur Verfügung stehenden Programmierverfahren nur schlecht an die Anforderungen der Kleinserienfertigung angepasst sind und in vielen Fällen einen effizienten Anlauf robotergestützter Produktionsanlagen verhindern. Sie fordern ein großes Maß an Expertenwissen und Erfahrung von den Bedienern, um die gewünschten Arbeitsbewegungen zu spezifizieren und den herstellerspezifischen Robotercode zu erzeugen. Aus diesen Gründen besteht ein großer Bedarf an innovativen Verfahren, die eine intuitive und einfache Programmierung von Industrierobotern im Anlauf kleiner Serien erlauben. Der Begriff der Intuitivität bezeichnet in diesem Zusammenhang die Eigenschaft, dass die Programmierung lediglich auf Basis allgemein bekannter Erfahrungen des Bedieners verständlich ist und ohne Expertenwissen ausgeführt werden kann. In der vorliegenden Arbeit wurde daher ein Programmierverfahren entwickelt, das sich an dem natürlichen Lernvorgang zwischen Menschen orientiert. Der Bediener programmiert die Anlage, indem er die durch den Roboter auszuführende Arbeitsaufgabe demonstriert. Dabei werden verschiedene Methoden unterschieden, bei denen entweder das Arbeitsobjekt oder der Roboterendeffektor durch Bewegungen des Bedieners geführt werden. Durch die Kombination dieser Methoden mit einer grafischen Ablaufbeschreibung und die durchgängige Kapselung von herstellerspezifischen Aspekten der Programmierung wurde ein durchgängiges Gesamtkonzept entwickelt, das herstellerübergreifend einsetzbar ist.

Fabrikplanungsprojekte, in denen das Produktionssystem und der Industriebau geplant werden müssen, werden insbesondere an der Schnittstelle zwischen den Disziplinen immer komplexer. Gleichzeitig überschreiten schon heute ein Großteil der Projekte die Ziele hinsichtlich Zeit und Kosten. In dieser Arbeit wird daher ein Ansatz zur integrativen Fabrikplanung auf Basis effizienter Koordinationsmodelle vorgestellt, der Planungsdauer und kosten signifikant senken kann.

Die hohen Produktionskosten für Strukturbauteile aus Faserverbundkunststoffen, insbesondere für kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe (CFK), verhindern aktuell, dass diese Werkstoffe in der Serienfertigung eingesetzt werden. Vor allem die Luftfahrt- und Automobilindustrie betrachten CFK als zukunftsweisenden Leichtbauwerkstoff, der mit seinen herausragenden Eigenschaften einen signifikanten Beitrag zu einer energieeffizienten Mobilität leistet. Die vorliegende Arbeit sieht die mangelnde Industrialisierung der Faserverbundproduktion als Ursache der hohen Produktionskosten. Mit dem Begriff Industrialisierung wird das Streben nach robusten Produktionsprozessen eingeführt – als notwendige Voraussetzung für die erfolgreiche Transformation von einer manuell geprägten hin zu einer automatisierten Produktion. Als besonders kritisch werden die manuellen Prozessschritte und erste abgeleitete Automatisierungsansätze in den frühen Phasen der Produktion erkannt, die ohne eine objektive Qualitätssicherung durchlaufen werden und weder die geforderte Prozessfähigkeit erreichen noch aufgrund ihrer hohen Komplexität erfolgreich automatisiert werden konnten. Als Lösungswerkzeug wird ein Machine-Vision-Messsystem konzipiert, welches geeignet ist, fertigungsintegriert die Qualitätsmerkmale wie z.B. die Faserorientierung zu messen, um somit die fehlenden Informationen über den Prozess bei jedem Schritt des generativen Aufbaus der Verstärkungsstruktur bereitzustellen. Es werden umfangreiche Fallstudien zur Integration des neuen Machine-Vision-Systems entlang der Wertschöpfungskette in der Faserverbundproduktion durchgeführt. Die fallübergreifende Analyse der Machine-Vision-Integrationen führt zu einer Industrialisierungstheorie, die darlegt, wie die Fertigungsintegration von Maschine-Vision-Systemen im generativen Faserverbundleichtbau zur notwendigen Verbesserung der Prozessfähigkeit als Kennzahl des Industrialisierungsfortschrittes beiträgt. Auf Basis der begründeten Industrialisierungstheorie werden drei aufeinander aufbauende Handlungsempfehlungen zur erfolgreichen Machine-Vision-Integration formuliert, die die notwendige Kompetenzentwicklung der Faserverbundhersteller auf dem Weg von einer immer noch handwerklich geprägten Fertigung hin zu einer industrialisierten Produktion unterstützen.

Produktivität entscheidet direkt über den Unternehmenserfolg, ist in ihren Wirkzusammenhängen aber nur schwer greifbar. Neben der technisch fassbaren Verbesserung von Arbeitsprozessen und -strukturen, beeinflussen insbesondere soziale Aspekte die Leistungsfähigkeit und Entwicklung von Produktionssystemen. Dieses Buch zeigt an einfachen Experimenten, welche Strukturen und Mechanismen in diesem Zusammenhang wirken und welche hemmen. Experimente, die zum Nachdenken und Schmunzeln anregen und eine neue Perspektive auf Alltagssituationen in der Produktion und darüber hinaus eröffnen. Die Experimente stammen aus der Produktionsforschung, den Verhaltens- und Entscheidungswissenschaften und befassen sich im Kern mit der Leistungsentwicklung, der Entscheidungsfindung und Problemlösung und mit der Incentivierung. Sie können Anregungen für die Gestaltung von Produktionssystemen bieten und den ein oder anderen Hinweis, warum Verbesserungsmaßnahmen greifen oder nicht.

Das Projekt eMANAGE konzipiert ein Energiemanagementsystem zur Vermeidung energiekostenrelevanter Verbrauchsspitzenwerte. Der Fokus des Projektes reicht von Einzelmaschinen bis hin zu ganzen Fabriksystemen. Dabei wird sowohl eine Strategie/Vorgehensweise als Handlungsempfehlung für interessierte Anwender als auch ein Demonstrator (Software) zur Spitzenlastvermeidung entworfen und erprobt. Angesichts eines steigenden Weltenergiebedarfes kann der effiziente Umgang mit der Ressource Energie nicht nur die Entwicklung und den Einsatz von energiesparenden Endprodukten bedeuten. Überlegungen und Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz müssen auch in den Produktionsablauf Einzug halten. Energiemanagementsysteme sind in deutschen und europäischen Firmen als aktive intelligente Systeme jedoch bisher selten oder gar nicht vorhanden. Mit dem Projekt eMANAGE wird eine Konzeption für ein Energiemanagementsystem erarbeitet und in einer Demonstratorlösung realisiert, die ein hohes Einsparpotential für die Anwender besitzt. Der Vorteil der angestrebten Lösung besteht darin, dass die technologischen Abläufe in einer Fabrik nicht verändert werden müssen, sondern durch deren optimierte zeitliche Abfolge der für die Energiekosten relevante Verbrauchsspitzenwert minimiert wird. Im Mittelpunkt der technischen Umsetzung steht die Erfassung und Offline-Analyse der Energiedaten. Anhand einer Demonstratorlösung werden die erarbeiteten Strategien evaluiert.