Metrology - Master Global Challenges July 1st - July 5th, 2013 WTH, Aachen, Germany

Das Schleifen steht in einer Vielzahl von Anwendungsfällen am Ende der Wertschöpf-ungskette. Aufgrund des beim Schleifen auftretenden thermomechanischen Belastungskollektives in der Kontaktzone kann es zu thermischen Überbeanspruch-ungen in der Werkstückrandzone kommen. Diese haben einen direkten Einfluss auf die Eigenspannungen und somit auf die Lebensdauer von dynamisch beanspruchten Werkstücken.

Qualität ist für deutsche Unternehmen eines der entscheidenden Differenzierungsmerkmale im globalen Wettbewerb. Die Erzeugung und Gewährleistung von Qualität setzt beherrschte und exzellente Prozesse voraus, die es Unternehmen ermöglichen, den Markt bedarfsgerecht zu bedienen. Sich verändernde gesamtwirtschaftliche sowie unternehmensinterne Rahmenbedingungen zwingen Unternehmen zudem zur Anpassung ihrer Strukturen und Prozesse an neu entstehende Herausforderungen. Das unternehmerische Handeln muss sich auf eine flexible Aufbau- sowie Ablauforganisation stützen. In diesem Zusammenhang sind agile Strukturen mit definierten Funktionen, Rollen und Schnittstellen von Bedeutung, um dynamisch auf Änderungen reagieren zu können. Diese abgestimmten Strukturen unterstützen die Ablauforganisation und fördern exzellente Prozesse zur Erzeugung von Qualität und Erzielung von Wettbewerbsvorteilen. Eine Studie des Fraunhofer IPT von 2010 zeigt, dass sich erfolgreiche Unternehmen mitunter durch eine qualitätsgerechte Organisation ihrer Geschäftsprozesse und ein mustergültiges Managementsystem vom Wettbewerb abheben. Fragestellungen bzgl. des Aufbaus und der Anpassung der Qualitätsorganisation tangieren insbesondere Unternehmen mit wachsenden Strukturen. Dies gilt sowohl für Makro- als auch Mikroebene und damit für die darunter zusammengefassten operativen Einheiten. Innerhalb dieser beiden Ebenen werden übergreifende Prozesse benötigt, welche Unternehmen befähigen, die angestrebte und geforderte Qualität umzusetzen. Um Exzellenz in Prozessen zu erreichen, müssen die entwickelten Managementsysteme aktiv gelebt werden. Im 16. Business Forum Qualität (BFQ) wird diese Thematik aufgegriffen und an Unternehmensbeispielen gespiegelt. Auch in diesem Jahr gilt mein besonderer Dank daher den hochklassigen Referenten, welche das diesjährige Veranstaltungsmotto „Qualität im Unternehmen organisieren und umsetzen“ durch ihre informativen Vorträge beleben und eine Plattform für den persönlichen Austausch zwischen Industrievertretern und Wissenschaftlern schaffen.

In den letzten Jahren erfährt der Werkzeugbau gerade in Hochlohnländern umfassende Verände-rungen. Als Konsequenz der fortschreitenden Globalisierung und der Steigerung des Wettbe-werbdrucks verfolgen immer mehr Branchen das Ziel, ihre Fertigung nach dem Vorbild Toyotas zu organisieren. Im Bereich der Unikatfertigung und besonders im Werkzeugbau wird heute aber meist noch traditionell nach dem Werkstattprinzip produziert. Aus diesem Grund besteht großer Handlungsbedarf, um die Potenziale der Industrialisierung in dieser Branche überhaupt zu nut-zen. Erste Ansätze wie beispielsweise die Produktstandardisierung sind bereits vorhanden. Eine nach dem Vorbild der Serienfertigung organisierte Unikatfertigung basierend auf Taktung und Arbeits-teilung existiert aber noch nicht. Die Optimierung der Prozesse und Abläufe im Werkzeugbau bietet ein großes und darüber hinaus nur schwer imitierbares Potenzial, um die eigene Wettbe-werbsfähigkeit zu steigern. Allerdings ist dieser Ansatz nur ein erster Schritt zur Umsetzung des umfassenden Ansatzes der Synchronisierung bzw. Taktung der Fertigung. Dieser ist nicht nur schwer zu kopieren, weil er für jedes Unternehmen im Detail individuell erarbeitet werden muss, sondern bietet darüber hinaus die Möglichkeit den bestehenden Herausforderungen in allen Di-mensionen zu begegnen. Er verspricht aufgrund seiner weit reichenden Wirksamkeit - denn er betrifft die gesamte Wertschöpfungskette - große Potenziale zur Steigerung der Produktivität. In dieser Arbeit wird ein Modell entwickelt, das die grundlegenden Einflussfaktoren auf die Tak-tung berücksichtigt. Zusätzlich wird die Vorgehensweise beschrieben, wie die Taktung über die gesamte Prozesskette hinweg eingeführt werden kann. Dazu wird die gesamte Prozesskette hin-sichtlich Einflüssen und Auswirkungen der Taktung analysiert. Daraus ergibt sich die Notwen-digkeit zur Gliederung der Taktung. So kann eine für den Werkzeugbau übergreifend gültige Taktdauer bestimmt werden, die für alle Werkzeugbauunternehmen herangezogen werden kann. Diese wird in der Arbeit zunächst theoretisch hergeleitet und anschließend anhand zahlreicher Fallbeispiele praktisch bestätigt. Dabei wird nachweislich aufgezeigt, dass die beschrieben Tak-tungsmethode für unterschiedlichste Werkzeugbauunternehmen genutzt werden kann.

Die Lithium-Ionen-Batteriezelle besitzt den größten Kosteneinfluss auf das Elektrofahrzeug. Der Autor, Heiner Heimes, hat in seiner Dissertation eine Methodik entwickelt, anhand derer ein Zellhersteller aus einer Vielzahl von möglichen Fertigungsressourcen die für seinen Anwendungsfall geeignetste Ressource auswählen und dabei ein Optimum hinsichtlich Zeit, Kosten, Qualität – bezogen auf den unternehmensspezifischen Fertigungsprozess – herstellen kann.

Im April 2010 wurde das Forschungsprojekt ReVista, Ressourcen- und verfügbarkeitsorientierte Instandhaltungsstrategien, gestartet mit dem Ziel, Transparenz über die Ressourceneffizienz und die Verfügbarkeit der Produktion zu erhalten und diese nachhaltig zu verbessern. Die entwickelten Software-Tools „ReVista-Cockpit“ und „CNC-Connect“ und die Ergebnisse in den Themenfeldern Condition Monitoring, Verfügbarkeitsoptimierung und Energieeffizienz sowie ein Schulungskonzept werden vorgestellt.

Das Dichtwalzen pulvermetallurgisch hergestellter Zahnräder ist eine Möglichkeit die hohen Festigkeitsanforderungen an Leistungsverzahnungen mit einer hocheffizienten Fertigungskette zu ermöglichen. Die Abhängigkeit des Materialflusses von den verschiedenen Prozessgrößen während des Dichtwalzens ist bisher unbekannt. Daher ist das Ziel dieser Arbeit die Entwicklung von Vorhersagemodellen für den tangentialen und normalen Materialfluss basierend auf den Prozessgrößen des Dichtwalzens.

Im Kontext der begrenzten Ressourcen haben führende Automobilhersteller die Bedeutung einer ressourceneffizienten Produktion erkannt. Neue Werkzeuge und verbesserte Prozesse werden heute in der Blechumformung und insbesondere beim Tiefziehen von Karosseriebauteilen verbreitet eingesetzt, um eine effiziente Produktion der immer komplexer werdenden Produkte zu gewährleisten. Eine effiziente Herstellung und ein Einsatz solcher Werkzeuge werden im Wesentlichen durch zwei Wissenslücken verhindert. Zum einen führen die Verwendung hochfester Stähle und die immer komplexer werdenden Fahrzeugkomponenten zu einem erhöhten Verschleiß der Werkzeugaktivelemente. Zum anderen erfordert das hohe Gewicht der bewegten Werkzeugsysteme beim Tiefziehen einen hohen Energieverbrauch im Einsatz. Eine Verschleiß- und Gewichtsreduktion kann durch eine Anpassung der Werkzeuggeometrie an den lokal vorliegenden Belastungen erreicht werden. Diese kann jedoch nur durch den Einsatz der numerischen Optimierung auf Basis der tatsächlichen Werkzeugbelastungen effektiv vorgenommen werden. Für komplexe Tiefziehprozesse wird ihr Einsatz durch die niedrige Zeiteffizienz der numerischen Prozesssimulation verhindert. Das Ziel dieser Arbeit ist die Schließung dieser Wissenslücken durch die Entwicklung einer effizienten numerischen Methode zur Werkzeugoptimierung beim Tiefziehen. Zur Erhöhung der Berechnungseffizienz wurde eine gekoppelte numerische Modellierungsmethode auf Basis der FEM und BEM entwickelt. Der Einsatz dieser FEM/BEM-Kopplung ermöglichte eine Reduktion der Rechenzeit um den Faktor 20 für ein nichtlineares Standardproblem der Kontaktmechanik bei vergleichbarer Genauigkeit mit der FEM. Eine Erweiterung der FEM/BEM-Kopplung zur Modellierung komplexer Tiefziehprozesse erlaubte eine zeiteffiziente und genaue Berechnung der Werkzeugbelastungen unter Berücksichtigung des gesamten Werkzeugsystems. Die Integration dieser Methode in numerische Optimierungsalgorithmen ermöglichte eine Gewichtsreduktion des bewegten Werkzeugsystems um 23 % bei einem insignifikanten Steifigkeitsverlust. Des Weiteren wurde durch eine Gestaltoptimierung der Ziehkante eine an den lokal vorliegenden Belastungen adaptierte Geometrie berechnet. Sie ermöglichte eine Homogenisierung und Reduktion der Kontaktflächenpressungen an der Ziehkante. Experimentelle Untersuchungen zeigten, dass hierdurch eine Verschleißreduktion von über 50 % für die optimierte Ziehkantengeometrie möglich ist.