Die vorliegende Dissertation beschreibt eine Methodik zur kennzahlenbasierten Auswahl der Fertigungstechnologien und ressourcen im industriellen Werkzeugbau auf Basis von quantitativen Entscheidungsprozessen. Durch die Quantifizierung der Entscheidungsprozesse wurde eine Lösung gefunden, um die heute übliche, intuitiv und qualitativ geprägte Auswahl der Technologien und Ressourcen abzulösen. Damit wird der Werkzeugbau befähigt, die meist personal- und kostenintensive Einführung von Technologien und Ressourcen zu quantifizieren und somit das Risiko von Fehlentscheidungen zu reduzieren.

Damit ein Produkt am Markt erfolgreich sein kann, muss es sich wirksam von der Konkurrenz differenzieren. Lange Zeit waren technische Eigenschaften der Schlüssel zu dieser Differenzierung. Gerade bei Konsumprodukten reicht dies allein häufig nicht mehr aus. Die Leistungsdaten innerhalb einzelner Produktklassen werden immer ähnlicher. Zudem fehlt vielen Konsumenten das Fachwissen, die wenigen noch vorhandenen Unterschiede verstehen und beurteilen zu können. Unternehmen, die diese Entwicklung erkannt haben, setzen vermehrt auf subjektiv erlebbare Eigenschaften zur Positionierung ihrer Produkte.

In dieser Dissertation wird über eine quantitative empirische Analyse untersucht, welchen Wertbeitrag die betriebliche Instandhaltung für Unternehmen der kontinuierlichen Prozessindustrie leistet und welche Elemente maßgeblich für den Erfolg der Instandhaltung sind. Ausgangspunkt der Untersuchungen ist die Tatsache, dass die betriebliche Instandhaltung unmittelbar den Unternehmenserfolg beeinflusst und ein maßgeblicher Wettbewerbsfaktor für produzierende Unternehmen ist. Die aktuell in der betrieblichen Praxis dominierende Strategie der kurzfristigen Ergebnisoptimierung („cost-cutting“-Denken) erfordert jedoch einen Paradigmenwechsel, um im Zuge dessen die Instandhaltung nicht mehr als Kostenfaktor zu steuern, sondern über die Wertorientierung zu einem maßgeblichen Werttreiber des Unternehmens zu entwickeln. Ziel dieser Arbeit ist daher die Entwicklung eines ganzheitlichen Lösungsangebotes für die betriebliche Praxis zur wertorientierten Gestaltung der betrieblichen Instandhaltung. Zunächst wird aufbauend auf der wertorientierten Perspektive, der Systemtheorie, dem verhaltenswissenschaftlichen Ansatz, dem St.-Galler-Management-Modell sowie etablierten Konzepten der Instandhaltung (u.a. TPM, RCM) der Bezugsrahmen der Untersuchung konzipiert. Dieser enthält Gestaltungselemente und erfasst im Sinne der Wertorientierung die Bedürfnisse aller relevanten Anspruchsgruppen über die Festlegung auf den Stakeholder-Ansatz und hierüber spezifizierte Erfolgsvariablen. Grundlage der wissenschaftlichen Untersuchungen ist eine quantitative empirische Analyse in der internationalen Papierindustrie zur Operationalisierung des Modells und Überprüfung der Wirkzusammenhänge zwischen Gestaltungselementen und Erfolgsvariablen. Über die empirisch ermittelten Kausalzusammenhänge und kritische Reflexion der Ergebnisse im Anwendungszusammenhang liefert die Dissertation den wissenschaftlichen Nachweis, dass die betriebliche Instandhaltung einen Wertbeitrag für Unternehmen leistet, und beseitigt das grundlegende Erkenntnisdefizit, welche Elemente im Sinne der Wertorientierung maßgeblich für den Erfolg der Instandhaltung sind und wie hoch ihr Wertbeitrag ist. Das Ergebnis ist ein Gestaltungsmodell für die wertorientierte Instandhaltung, das im Wesentlichen drei Zwecke erfüllt: Führung durch den Gestaltungsprozess, prospektive Bewertung von Gestaltungsalternativen, ex post Bewertung bestehender Optimierungsprogramme. Das Modell enthält beschreibende, erklärende und entscheidungsvorbereitende Elemente und gibt Gestaltungsempfehlungen für den Praktiker. Es unterstützt den Paradigmenwechsel in der Instandhaltung und zeigt auf, wie das Management die Instandhaltung unter Berücksichtigung der individuellen strategischen Ziele und aktuellen Unternehmenssituation wertorientiert gestalten kann.

Durch die Entwicklung eines Laserverfahrens zur Induzierung von Temperaturverteilungen mit kurzer Haltezeit wird eine inline-fähige Prozesskette zur Herstellung nanokeramischer Verschleißschutzschichten realisiert. Die laserbasierte Funktionalisierung gedruckter Sol-Gel-Schichten bietet neben Kostenvorteilen gegenüber teuren Vakuumbeschichtungsverfahren gemäß den Ergebnissen der Arbeit überdies funktionale Vorteile durch die Möglichkeit gezielt eingestellter Schichtstrukturgradienten.

In den vergangenen Jahren wurden für Kunststoff-Spritzgussbauteile zunehmend höhere Anforderungen bei Maßen, Toleranzen und Funktionsintegration durchgesetzt. Hieraus ergeben sich für die Koordinatenmesstechnik (KMT) Herausforderungen durch zunehmende Bauteilkomplexität, höhere Variantenvielfalt, mehr Prüfmerkmale und fertigungsbegleitende Prüfungen. Diesen Herausforderungen kann nur bedingt mit der taktilen und licht-optischen KMT entsprochen werden. Hier kann die röntgenbasierte KMT mittels CT eine Lösung sein. Die CT ist aufgrund vieler Einflussgrößen und nichtlinearer Zusammenhänge zwischen Ein- und Ausgangsparametern ein komplexes Messverfahren, das bislang nicht vollständig analytisch beschrieben werden kann. Neben der Hard- und Software des CT-Geräts und Umgebungsbedingungen hat der Bediener einen großen Einfluss auf CT-Messungen, da dieser das Bauteil im CT-Gerät ausrichtet und die Parameterwerte der tomografischen Bildgebung einstellt. Letzteres ist bislang weitgehend erfahrungsbasiert. Ziel ist es daher, diejenige Einstellung zu finden, für die bei gegebenem CT-Gerät und gegebener Messaufgabe die Messunsicherheit am geringsten wird. Hierzu wird der prozedurale Parameterfindungsprozess von menschlichen Experten mittels eines Wissensbasierten Systems (WBS) abgebildet. Ein WBS wurde als Software-Programm implementiert, das für ein neues Bauteil regelbasiert angepasste Parameterwerte ableitet. Hierzu stellt der Bediener dem WBS die Bauteilgeometrie und die Materialzusammensetzung bereit. Mit diesem fallspezifischen Wissen sucht das WBS in der Falldatenbank nach ähnlichen Bauteilen. Hierfür wurde das Konzept der Ähnlichkeit der tomografischen Randbedingungen entwickelt, um quantitativ bewerten zu können, ob es zulässig ist die Parameterwerte von vorhandenen Fällen auf den neuen Fall zu übertragen. Bei unzureichender Ähnlichkeit kann das WBS bauteilangepasste Parameterwerte für die Ausrichtung und die tomografische Bildgebung ermitteln. Zur Validierung wurden Messungen an Spritzgussbauteilen auf Basis der WBS Empfehlung mit Messungen von menschlichen Bedienern verglichen. Durch das WBS konnten die Messunsicherheiten für viele Merkmale gesenkt werden. Aufgrund der Kopplung des Volumendatensatzes mit der Parametereinstellung konnte dies jedoch nicht für alle Merkmale erreicht werden. Die Tomografiezeit konnte reduziert werden. Über die automatische Ermittlung der Parameterwerte war die Reproduzierbarkeit und Nachvollziehbarkeit der Empfehlung gegeben.

Die Wertschöpfung eines Hochlohnlandes wie Deutschland ist im globalen Wettbewerb aktuellen Herausforderung ausgesetzt: dem Trend zur Individualität der Leistung, der Miniaturisierung und Mechatronisierung des Produktes sowie der Forderung nach permanenter Kostenreduktion. Die Auslegung eines Produktionssystems befi ndet sich im stetigen Zielkonfl ikt zwischen den Dichotomien Economies of Scale und Economies of Scope sowie der Planungs- oder Wertorientierung. Diese beschreiben das sogenannte Polylemma der Produktionstechnik. Seine Aufl ösung kann nur durch einen integrativen Forschungsansatz geleistet werden. Dieser Aufgabe stellt sich das Exzellenzcluster „Integrative Produktionstechnologien für Hochlohnländer“, gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG). Es ist ein Verbundprojekt der produktionstechnischen Institute der RWTH Aachen und verfolgt das erklärte Ziel, eine neue Theorie speziell für die produktionstechnischen Herausforderungen in Hochlohnländern zu entwickeln. Unter der Leitung des Werkzeugmaschinenlabors (WZL) der RWTH Aachen vereint dieses Vorhaben mehr als 18 Institute des Maschinenbaus in denen über 70 Wissenschaftler zusammenarbeiten. Dieser kollaborative Ansatz ermöglicht die Generierung und Nutzung von Wissen über Grenzen der eigenen Forschungsdisziplin hinweg und schafft somit die Basis für innovative Ansätze und Lösungen für die Praxis. Individualisierte Produktion, Virtualisierung sowie Hybridisierung von Produktionsprozessen und selbstoptimierende Produktionssysteme sind die Kernbestandteile des Lösungsansatzes des Exzellenzclusters. Das Werk richtet sich an Unternehmer und Wissenschaftler, die auf aktuelle Herausforderungen in Hochlohnländern reagieren und Produktionssysteme gestalten müssen.

Zahlreiche produzierende Unternehmen in Deutschland haben mit einem Ausbau ihres Dienstleistungsportfolios in den letzten Jahren einen strategischen Wandel vom reinen Sachleistungsgeschäft hin zum Anbieter von integrierten Lösungen, sog. Leistungssystemen, initiiert. Branchenweit besteht ein Konsens darüber, dass die Bedeutung von Leistungssystemen im Investitionsgütermarkt gestiegen ist und weiterhin steigen wird. Diverse Studien belegen jedoch auch, dass für den Großteil der befragten Unternehmen das Dienstleistungsgeschäft keinen oder nur einen geringen Anteil am finanziellen Gesamterfolg hat und somit hinter den hohen Erwartungen der Unternehmen liegt. Der wesentliche Grund für diesen Umstand ist darin zu sehen, dass die Unternehmen den zunehmenden Kundenforderungen nach Dienstleistungen eher ad hoc nachkommen, dadurch ihr Dienstleistungsportfolio unsystematisch planen und durch die unreflektierte Ausweitung der Unternehmensleistungen die vielfaltsbedingten Kom¬plexitätskosten in den internen Prozessen zunehmen. Diese Problematik greift der Autor auf und macht sich zum Ziel, produzierende Unternehmen bei Entscheidungen zur Festlegung der Angebotsvielfalt von Leistungssystemen zu unterstützen, um einen optimalen Grad zwischen dem Nutzen am Markt und den internen verursachten Komplexitätskosten erzielen zu können. Hierzu entwickelt der Autor ein Optimierungsverfahren, welches auf evolutionären Algorithmen basiert. Da die Bestimmung der Eingangswerte für die Optimierung mit Unsicherheiten behaftet ist, untersucht der Autor zudem, wie mit Messfehlern, Fehlangaben und Unsicherheiten umgegangen werden kann. Mittels einer Robustheitsuntersuchung wird der Einflusses von Unsicherheiten auf die Ergebnisse der Optimierung bewertet, bevor letztendlich ein Entscheidungsmodell entwickelt wird, anhand dessen Handlungsalternativen zur Gestaltung einer effektiven Angebotsvielfalt industrieller Leistungssysteme abgeleitet werden können.

Die Telekommunikationswirtschaft ist durch immer kürzer werdende Innovationszyklen sowie ein stetig komplexer werdendes Produktportfolio gekennzeichnet. Produkte in diesem turbulenten Marktumfeld zu entwickeln, am Markt erfolgreich zu platzieren und zu dem richtigen Zeitpunkt den Kunden auf eine geeignete Produktalternative zu migrieren, setzt ein ganzheitliches Produktlebenszyklusmanagement voraus. Dieser Managementansatz, der bisher vor allem in der Fertigungsindustrie einen hohen Verbreitungsgrad besitzt, gewinnt in der Dienstleistungswirtschaft insgesamt und im Speziellen in der Telekommunikationswirtschaft zunehmend an Bedeutung. In dieser Arbeit wird ein systemisches Modell für das PLM von konvergenten TK-Produkten entworfen. In vier Gestaltungsbereichen eines systemischen PLMs, der PLM-Strategie, dem PLM-Prozess, der Produktarchitektur und der PLM IT-Architektur, werden TK-spezifische Gestaltungselemente definiert und im Rahmen einer weltweit durchgeführten Studie überprüft. Da insbesondere in der Telekommunikationswirtschaft eine Intransparenz über die Gestaltung eines systemischen PLM herrscht, wurde eine empirische Form der Untersuchung gewählt. Zum einen gelingt damit eine erste breite Bestandsaufnahme über den Status Quo des PLMs in der Telekommunikationswirtschaft überhaupt. Zum anderen erlaubt eine empirische Untersuchung Wirkungsbeziehungen von PLM-Gestaltungselementen auf PLM-Erfolgskriterien zu quantifizieren und damit vergleichbar für eine Priorisierungsentscheidung zu machen. Vor dem Hintergrund der Heterogenität von Telekommunikationsunternehmen werden die Wirkungsbeziehungen und der Implementierungsgrad der PLM-Gestaltungselemente in Abhängigkeit von dem Komplexitätsniveau beschrieben. Dadurch werden Entscheidungsträger dabei unterstützt aus der Vielzahl an möglichen Gestaltungsoptionen, diejenige mit der besten Aufwand-Nutzen-Relation entsprechend dem spezifischen Komplexitätsniveau auszuwählen.

Das laserunterstützte Thermoplast-Tapelegen ist ein Faserverbundproduktionsverfahren, welches aufgrund weitreichender Vorteile gegenüber konkurrierenden Verfahren, ein hohes Marktpotenzial aufweist. Trotz dieses Potenzials konnte es bis heute nicht in die industrielle Produktionsfähigkeit überführt werden. Dabei können geometriegenaue und mechanisch belastbare Laminate insbesondere aufgrund fehlender, auf das Tapelegeverfahren angepasster Konsolidierungssysteme, nicht gefertigt werden. Aus diesem Grund konnten prozesstechnologische Zusammenhänge bisher nur unzureichend untersucht werden. Vor dem Hintergrund dieses Entwicklungsstands wird in der Dissertationsschrift 'Laserunterstütztes Tapelegeverfahren zur Fertigung endlosfaserverstärkter Thermoplastlaminate' folgende übergeordnete Zielsetzung verfolgt: 'Erweiterung des prozesstechnologischen Erkenntnisstandes, für die reproduzierbare Fertigung, mechanisch belastbarer, geometriegenauer, endlosfaserverstärkter Thermoplastlaminate im laserunterstützten Tapelegeverfahren.' Hierzu wird im ersten Schritt ein detailliertes Prozessverständnis zur Auslegung eines angepassten Experimental-Fertigungssystems auf Basis einer umfangreichen Prozessanalyse geschaffen. In diesem Zusammenhang werden Prozessmodelle diskutiert und der Prozess auf theoretischer Basis ausgelegt. Hierauf aufbauend werden allgemeingültige Anforderungen definiert, welche bei der Auslegung eines Tapelegesystems mit Laserintegration zu beachten sind. Unter Berücksichtigung dieser Anforderungen wird die beispielhafte Entwicklung und Umsetzung eines Experimental- Fertigungssystems beschrieben. Detailliert wird hierbei die erstmalige Entwicklung und Umsetzung formflexibler bzw. -adaptiver Konsolidierungssysteme behandelt. Im Anschluss erfolgen prozesstechnologische Untersuchungen mit dem umgesetzten Experimental- Fertigungssystem. Diese dienen dem Ziel, den Einfluss der Prozessstellgrößen auf die geometrische Formhaltigkeit und mechanische Belastbarkeit der Laminate zu ermitteln und hiermit geeignete Prozessfenster für die Fertigung qualitativ hochwertiger Laminate zu identifizieren. Abschließend wird die geometrische Formhaltigkeit und mechanische Belastbarkeit der im laserunterstützten Thermoplast-Tapelegeverfahren gefertigten Laminate anhand geeigneter Kennwerte bewertet. Zur Einordnung der erzielten Eigenschaften erfolgt ein Vergleich der gefertigten Proben mit Laminaten, die im Thermopressverfahren gefertigt werden.