Um eine Funktionsintegration unterschiedlicher Systeme realisieren zu können, müssen Stammdaten systemübergreifend harmonisiert sein, da sich ansonsten unweigerlich ökonomische Folgen ergeben. Bis heute existiert keine wissenschaftlich fundierte Methodik, die es erlaubt, Nutzenpotenziale in Bezug auf harmonisierte Stammdaten ex ante zu bewerten. Dementsprechend war es das Ziel dieser Dissertation, die Grundlagen zur Bewertung von Harmonisierungseffekten zu schaffen und diese in ein anwendungsorientiertes Verfahren zu überführen. Dazu wurde zunächst die Problemstellung unter Berücksichtigung der Prinzipien der Managementkybernetik im Produktionsmanagementsystem nach Brosze dargestellt. Auf die sich hierdurch ergebenden Anforderungen wurde sowohl bei der Modellierung der Informationsstrukturen der Auftragsabwicklung als auch bei der Ableitung des strategischen Zielsystems eingegangen. Logisch parallel erfolgte die Modellierung der Auftragsabwicklungsprozesse. Auf dieser Basis wurde anschließend eine Analyse der datenorientierten Informationsbedarfe der einzelnen Prozessen der Auftragsabwicklung durchgeführt. Die Herleitung von Nutzenpotenzialen aus den Effekten von Informationsdefiziten und die Zuordnung der Potenziale zu den Aufgaben des kybernetischen Produktionsmanagementsystems stellt ein erstes Kernergebnis der Dissertation dar. Dieses erfährt eine substanzielle Aufwertung, indem die bisher fehlende Verknüpfung der lokalen Nutzenpotenziale mit den Elementen eines übergeordneten Zielsystems durch den Aufbau von Referenzwirkungsketten geleistet wird. Die Spezifikation der jeweiligen funktionalen Zusammenhänge mit Hilfe von Nomogrammen vervollständigt die Modellierung. Im Anschluss erfolgte die Überführung der Teilmodelle in ein anwendungsorientiertes Verfahren, welches im Rahmen einer direkten und einer indirekten Überprüfung evaluiert wurde. Diese Arbeit liefert ein Referenzmodell der Wirkzusammenhänge zwischen Nutzenpotenzialen harmonisierter Stammdaten und dem unternehmerischen Zielsystem. Sie erweitert darüber hinaus das Modell des kybernetischen Produktionsmanagementsystems nach Brosze um eine daten- und integrationsorientierte Sicht. Durch die Ableitung und Bereitstellung eines Bewertungsverfahrens wird das aufgebaute Beziehungswissen der praktischen Anwendung zugänglich gemacht und befähigt Unternehmen, in Zukunft Harmonisierungsprojekte wissenschaftlich fundiert hinsichtlich des zu erwartenden Nutzen zu bewerten.

In den letzten Jahren ist das Ersatzteilgeschäft zunehmend in den Fokus der Unter-nehmen gerückt. Eine optimale Ersatzteilversorgung wird als ein kritischer Bestandteil der Wertschöpfungskette gewertet. Die Erhöhung der Prognosegüte verbessert hierbei Planungssicherheit und reduziert Bestandskosten. Der differenzierte Einsatz und Parametrierung von Prognoseverfahren im Lebenszyklus des Ersatzteilbedarfs anhand eines Klassifikations- und Entscheidungsprozesses kann dabei erheblich unterstützen.

In zahlreichen Branchen ist in den letzten Jahren eine Zunahme der Variantenvielfalt der Produkte zu beobachten. Um diese Vielfalt beherrschen zu können, versuchen viele Unternehmen durch eine geschickte Produktarchitekturgestaltung (z.B. in Form von Baukästen oder Plattformen) mit einer nur geringen Anzahl von Baugruppen und Bauteilen durch Kombination eine hohe externe Vielfalt in Form von kundenindividuellen Varianten zu erzeugen. So können nahezu individuell konfigurierbare Endprodukte erzeugt werden, ohne auf baureihenübergreifende Skaleneffekte verzichten zu müssen. Demzufolge basieren immer mehr Produktvarianten und -generationen auf einer Produktarchitektur, die, um die Skaleneffekte tatsächlich nutzen zu können, einen immer längeren Lebenszyklus besitzt.

Im Präzisionswerkzeug- und Formenbau sind zunehmend Formeinsätze mit höchsten Formgenauigkeiten und Oberflächengüten aus temperatur- und verschleißfesten Werkstoffen erforderlich. So werden beispielsweise Hartmetalle und Hochleistungskeramiken als Formeinsatzwerkstoffe zum Präzisionsblankpressen von Glaslinsensystemen für die optische Industrie eingesetzt. In diesem Zusammenhang stellt die Präzisionsschleifbearbeitung eine Schlüsseltechnologie dar. Das duktile Schleifen dieser sprödharten Materialien ermöglicht eine effiziente Bauteilbearbeitung, bei der der anschließende Polieraufwand erheblich reduziert und gegebenenfalls ganz eingespart werden kann. Zur präzisen Bearbeitung von Funktionsflächen in „optischer Qualität“ werden Schleifwerkzeuge mit sehr feiner Diamantkörnung benötigt. Insbesondere bei Schleifwerkzeugen mit metallischen Bindungssystemen ergeben sich dabei eine hohe Profilstandhaltigkeit und Verschleißfestigkeit bei gleichzeitig hoher Zerspanleistung. Solche Schleifscheiben sind jedoch schwierig konventionell abzurichten und durch die geringe Spanungsdicke im Prozess nicht selbstschärfend. Daher steht die Entwicklung geeigneter Vor- und In-Prozess Abrichtverfahren im Fokus der Forschung. Zielsetzung der vorliegenden Arbeit war die grundlegende Untersuchung des funkenerosiven und elektrochemischen Abrichtens feinkörniger, bronzegebundener Diamantschleifwerkzeuge. Dabei wurden die Wirkmechanismen detailliert analysiert und die entscheidenden Prozessstellgrößen identifiziert. Die Kenntnis der zugrunde liegenden Effekte und Zusammenhänge ist notwendig zum effizienten und applikationsspezifischen Vor- und In-Prozess-Profilieren und -Schärfen der Schleifwerkzeuge. Hierdurch kann ein zu hoher Werkzeugverschleiß vermieden und gleichzeitig ein optimal konditioniertes Schleifwerkzeug vorgehalten werden. Um das Prozessverständnis aufzubauen, wurden beide Prozessvarianten – gemäß den aufgestellten Forschungshypothesen – detailliert erforscht. Dazu erfolgte zunächst – aufbauend auf dem Stand der Technik – eine Beschreibung und Abgrenzung der Wirkprinzipien. Weiterhin wurden sowohl umfangreiche empirische Untersuchungen durchgeführt als auch entsprechende Modelle zur Beschreibung der experimentellen Beobachtungen entwickelt. Die Einsatzfähigkeit der beiden elektrounterstützten Abrichtverfahren konnte schließlich anhand zweier Präzisionsschleifbearbeitungsaufgaben für den optischen Werkzeug- und Formenbau exemplarisch gezeigt werden.

In der vorliegenden Arbeit werden Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz von Hauptspindelantrieben mit Asynchronmotor entwickelt und prototypisch umgesetzt. Diese Veränderungen fokussieren den Einsatz regelungstechnischer Erweiterungen zur Minimierung der elektrischen Verlustleistung des Antriebssystems sowie der erforderlichen Kühlsysteme. Zusätzliche Systeme zur automatisierten Inbetriebnahme entlasten den Maschinenanwender und erleichtern die Übertragbarkeit auf unterschiedliche Maschinen mit ähnlicher Antriebstopologie.

Die ökonomisch und technologisch wertvolle Triebkraft, die von Innovationsclustern ausgeht, wird in der öffentlichen Diskussion kaum noch in Frage gestellt. Der wirtschaftliche Erfolg weltweit bekannter Cluster wie das Silicon Valley (Software, Halbleitertechnologie), Bostons Route 128 (Biotechnologie, Medizintechnik) oder der Großraum Stuttgart (Automotive) stützen diese These. Daher verwundert es kaum, dass Cluster in der politischen Denkweise zu einem verheißungsvollen Allheilmittel der Wirtschaftspolitik avanciert sind. Die damit verbundene und gerne vernachlässigte Problematik liegt in einem eklatanten Erkenntnisdefizit bezüglich der tatsächlich innovationsfördernden Prozesse innerhalb eines Clusters. In der Wissenschaft herrscht dahingehend Einigkeit, dass eine reine Agglomeration von Unternehmen und Forschungseinrichtungen einer Branche noch kein Cluster ausmacht. Dies wird nicht zuletzt durch den Umstand belegt, dass immer wieder Initiativen zur Schaffung neuer Innovationscluster scheitern oder gewachsene Cluster an Zugkraft verlieren. Insbesondere Kooperationen zwischen Universität und Industrie in hochschulnahen Innovationsclustern liegen weit hinter den an sie gestellten Erwartungen aufgrund mangelnder Effektivität und Effizienz in wissensgenerierenden und -transferierenden Prozessen. Dies ist zumeist auf das Fehlen einer gemeinsamen Grundstruktur, der Vereinbarung gemeinsamer Ziele, einer explizit formulierten Vision des Clusters und der Zielkongruenz der beteiligten Akteure zurückzuführen. Als Reaktion hat die Forderung nach einem institutionalisierten, strategischen Clustermanagement in den letzten Jahren kontinuierlich zugenommen. Diese Dissertation kommt dieser Forderung nach, indem sie eine Möglichkeit aufzeigt, wie hochschulnahe Innovationscluster strategiebasiert und gleichzeitig anwendungsorientiert zu konzipieren sind. Dazu ist dem Innovationscluster ein Geschäftsmodell zugrunde zu legen, welches die Akteure in ihrem Handeln strategisch ausrichtet, die gemeinsamen Prozesse gestaltet und aus den eingebrachten Ressourcen und Kernkompetenzen nachhaltige Wettbewerbsvorteile für das Cluster als Ganzes und die Akteure im Einzelnen generiert. Der Vorteil der entwickelten Vorgehensweise liegt in ihrem modularen Aufbau. Diese reduziert die Komplexität bei der Erarbeitung des Geschäftsmodells deutlich, erlaubt aber gleichzeitig die Adaptierbarkeit auf den jeweiligen Anwendungsfall.

Die Bewertung von Unternehmen in Form eines „Rating“ ist in der Finanzwelt seit Jahrzehnten etabliert. Große Rating-Agenturen wie Moody´s und Standard & Poor’s haben standardisierte Ansätze entwickelt, mit denen finanzielle und geschäftliche Risiken von Unternehmen bewertet werden können. Insbesondere aber bei der Bewertung technologieorientierter, produzierender Unternehmen kommt die Bewertung des Faktors „Technologie“ bei bestehenden Rating-Systemen zu kurz. Zum einen wird technologischen Aspekten bei einer kurzfristigen Bonitätsbeurteilung nur geringer Einfluss unterstellt. Zum anderen stellt die Bewertung technologieintensiver Unternehmen Analysten vor große Herausforderungen. Es wird technologisches Spezialwissen verlangt, um individuelle Unternehmenssituationen aus technologischer Sicht detailliert bewerten zu können. Darüber hinaus muss der Analyst ein Generalistenwissen aufweisen, um das zu analysierende Unternehmen in den Branchenkontext einbeziehen zu können. Die vorliegende Arbeit stellt eine Methodik zur Verfügung, die die zukünftigen Chancen und Risiken eines Unternehmens in Bezug auf eingesetzte Produktions- und Produkttechnologien sowie deren technologisches Umfeld bewertbar macht. Mit Hilfe des Modells wird Unternehmen und Kapitalgeber die Möglichkeit gegeben, die verschiedenen Aspekte des Faktors „Technologie“ einzeln zu systematisieren und quantitativ zu bewerten. Teilergebnisse werden in einem integrierten Rating-Verfahren zusammengefügt und aussagekräftig dargestellt.

Diese Arbeit behandelt das Thema der Ultrapräzisionszerspanung von Nanokorn-Hartmetall mit monokristallinen Diamantwerkzeugen unter Einsatz eines ultraschallunterstützten Prozesses. Die Basis der Arbeit bilden die Forschungshypothesen, die besagen, dass die ultraschallunterstützte Ultrapräzisionszerspanung von Nanokorn-Hartmetall die Prozessgrenzen im Vergleich zur konventionellen Zerspanung dieses Werkstoffs erweitert. Als Ergebnis wird eine effiziente Fertigungstechnologie für die Herstellung von Formeinsätzen für das Präzisionsblankpressen bereitgestellt. Ausgehend von einer detaillierten Analyse der mikroplastischen Verformbarkeit von Nanokorn-Hartmetall auf kristallographischer Ebene, wird in der vorliegenden Arbeit ein Prozessmodell zur ultraschallunterstützten Zerspanung des sprödharten Werkstoffs mit Diamantwerkzeugen erstellt. Das Modell beschreibt den Einfluss der Ultraschallunterstützung auf den Zerspanungsmechanismus eines sprödharten Werkstoffs. Die beschriebenen Effekte begünstigen die duktile Zerspanung und somit die Generierung optisch funktionaler Oberflächen. Das Prozessmodell wird mithilfe von Simulationsergebnissen untermauert. In enger Anlehnung an das aufgestellte Prozessmodell werden ausführliche prozesstechnologische Untersuchungen durchgeführt mit dem Ziel, ein profundes Prozessverständnis zu erlangen. Die Experimente werden in zwei Blöcke mit verschiedener Zielsetzung eingeteilt. Der erste Block beinhaltete grundlegende Hobelversuche, die als Nachweis der duktilen Zerspanbarkeit des Werkstoffs Nanokorn-Hartmetall dienen. Gegenstand des zweiten Versuchsblocks sind Plandrehdrehversuche bei Variation der klassischen Prozessstellgrößen. Zur detaillierten Bewertung des aufgestellten Prozessmodells werden kristallographische Untersuchungen der Werkstoffrandzone durchgeführt. Zur optimalen Nutzung des Prozesses werden die gewonnen Erkenntnisse in technologische Richtlinien überführt und aktuelle sowie zukünftige Potenziale für die ultraschallunterstützte Ultrapräzisionsbearbeitung identifiziert. Die Arbeit zeigt sowohl die Möglichkeiten als auch die Grenzen der ultraschallunterstützten Ultrapräzisionszerspanung von Nanokorn-Hartmetall auf.

Der europäische Werkzeugbau steht durch hohe Überkapazitäten seit einigen Jahren massiv unter Druck. Nur mit einem gezielten Einsatz des Know-hows in der Gestaltung und Herstellung von Werkzeugen ist es dem Werkzeugbau in Hochlohnländern möglich, mit den Werkzeugen einen hohen Kundennutzen sicherzustellen um damit höhere Preise zu rechtfertigen. Die indirekten Planungstätigkeiten in der Auftragsabwicklung im Werkzeugbau erfolgen häufig mit einem deutlich höheren Anteil an Improvisation als in der Serienproduktion. Somit wird im Projektmanagement und in der Arbeitsplanung zwar mit hohem Aufwand geplant, allerdings nicht immer an den richtigen Stellen, meist ohne Berücksichtigung möglicher Unsicherheiten der Unikatfertigung und daher auch nicht immer umsetzbar. Daher wird anschließend häufig in der Werkzeugfertigung umgeplant, oder die Werkzeuge werden ohne Berücksichtigung der Planung gefertigt. Eine nicht zufrieden stellende Planung lässt sich insbesondere darauf zurückführen, dass der Zusammenhang zwischen Genauigkeit und Vollständigkeit einerseits und Umsetzbarkeit andererseits nicht bekannt ist sowie der Nutzen der unterschiedlichen Planungstätigkeiten nicht systematisch bewertet werden kann. Notwendig ist statt einer deterministischen Planung ein Management im Sinne einer Abstimmung des Übergangs zwischen Planung und Steuerung. Durch die Ermöglichung einer sinnvollen funktionierenden Planung muss es Ziel sein, den Glauben an die Planung zurückzugewinnen, ohne dass von einer deterministischen vollständigen Umsetzung aller Planungsaspekte ausgegangen werden kann. Eine wesentliche Frage ist hierbei, an welchen Stellen im Prozess welcher Aufwand für Planungsaufgaben getrieben werden sollte, um das Verhältnis von Planungsaufwand und Planungsnutzen zu optimieren, und an welchen Stellen stattdessen Improvisation in Kauf genommen werden sollte. Hierfür ist es notwendig, den Nutzen von Planungstätigkeiten zu bewerten. Hierfür entwickelt die vorliegende Arbeit eine Methodik zur Festlegung des Umfangs und der Allokation von Planungsaufwand. Dabei wird bewertet, wie Planungsaufwand bestmöglich auf verschiedene Planungsaufgaben zu verteilen ist und an welchen Stellen innerhalb der Auftragsabwicklung im Werkzeugbau wie detailliert geplant werden soll. Die Anwendung der Methodik anhand von realen Fallbeispielen verdeutlicht schließlich die Möglichkeiten der Anwendung. Somit wird nachgewiesen, dass die Methodik in unterschiedlichen Werkzeugbaubetrieben zur Erhöhung der Planungsproduktivität in der Auftragsabwicklung genutzt werden kann.