Projektziel von VIPRO war es, Maschinenhersteller und -betreiber in die Lage zu versetzen, anhand von Kennwerten den Zustand von Maschinen zu verfolgen und die Restlebensdauer der überwachten Baugruppen vorauszusagen. Dazu wurden ausgewählte Maschinenbaugruppen unter maximaler Nutzung vorhandener Signale aus Steuerung und Antrieben und mit Hilfe von Sensoren überwacht, die Messdaten verdichtet und durch intelligente Mess- und Auswertemethoden der Zusammenhang zwischen Sensordaten und Verschleißzustand der Maschine hergestellt. Die ermittelten Kennwerte sind über eine internetfähige Service-Plattform abrufbar und damit für unterschiedliche Nutzer (Bedienpersonal, Wartungszentrale, Maschinenhersteller) im Sinne der zustandsorientierten Instandhaltung verwendbar. Aufgrund der ermittelten Kennwerte können Wartungs- und Instandhaltungsanweisungen hinterlegt werden. Im Rahmen des Projektes wurden folgende Baugruppen betrachtet: - Hauptspindeln (Lager, Werkzeugspannung, Drehdurchführung) - Antriebe (KGT, Führung) - Hydraulik (Pumpen, Ölzustand) - Pneumatik (Ventile, Luftverbrauch) Die Projektergebnisse konnten durch gezielte Baugruppenuntersuchungen an verschiedenen Prüfständen bei den einzelnen Projektpartnern und gleichzeitig durch mehrjährige Messdatenerfassung an Produktionsmaschinen im VW Motorenwerk Chemnitz erreicht werden. Die wesentlichsten und im Sinne der zustandsabhängigen, vorausschauenden Instandhaltung Erfolg versprechendsten Ergebnisse wurden an mehreren Produktionsmaschinen der Projektpartner umgesetzt und dienen als Vorlage/Muster für die Nachrüstung vorhandener Maschinen bzw. Ausrüstung von neuen Maschinen.

Im Rahmen dieser Dissertation wird die Einsetzbarkeit und Flexibilität hochpräziser Handhabungsund Montagetechnik behandelt. Hierbei wird ein universell einsetzbares Endeffektorkonzept beschrieben, welches das Greifen und das Manipulieren von Bauteilen verschiedener Materialien und Geometrien ermöglicht und welches gleichzeitig tolerant gegenüber auftretenden Bauteil- und Prozesstoleranzen ist. Das entwickelte Endeffektorkonzept wurde am Beispiel eines einwechselbaren Justagegreifers umgesetzt. Der Justagegreifer ermöglicht es, herkömmliche 4 achsige Präzisionsroboter um fehlende Freiheitsgrade und um zusätzliche Flexibilität zu erweitern. Im Versuch wurde die Prozesssicherheit der Manipulation demonstriert und eine Winkelauflösung von mindestens 1/1000° bei einem Manipulationsbereich von 5° nachgewiesen. Es wurde ein exemplarischer Handhabungsvorgang vorgestellt, in dem ein 4 achsiger Präzisionsroboter mit dem entwickelten Justagegreifer auf sechs Freiheitsgrade erweitert wurde. Um Synergiepotential durch die Verwendung verfügbarer Technologie zu erschließen, wurde aufbauend auf den neu geschaffenen technologischen Möglichkeiten untersucht, wie auf eine Zusammenführung hoch präziser und konventioneller Automatisierungstechnik hingearbeitet werden kann. Um die im Rahmen dieser Dissertation erarbeitete flexible und wiederverwendbare Hardware effizient einsetzen zu können, wurde aus Anwendersicht untersucht, wie eine generische Steuerungsstruktur softwareseitig gestaltet werden kann, die eine Verminderung des Entwicklungs- und Inbetriebnahmeaufwands ermöglicht. Hierbei wurden die Aspekte der Modularisierung und Modellierung innerhalb der Programmierung automatisierter Anlagen vor dem Hintergrund hardware-, prozess- und bauteilspezifischer Aspekte untersucht. Die durchgeführten Handhabungsversuche illustrieren, wie das Zusammenspiel aus hinzugewonnener Flexibilität am Endeffektor, der Erweiterung auf sechs Freiheitsgrade durch den Justagegreifer und die Unterstützung durch eine bauteilorientierte Programmierung die Entwicklung und Inbetriebnahme hoch präziser Handhabungsprozesse vereinfachen und effizienter gestalten kann. Die am Beispiel eines vollautomatischen Einmessens, Positionierens und Ablegens von Bauteilen auf schiefer Ebene gezeigte Fähigkeit, bei Fertigung, Montage und Einrichtung größere Toleranzen zulassen zu können, demonstriert das Potential zur Reduzierung der Komplexität hoch präziser automatisierter Prozesse.

Für produzierende Unternehmen besteht ein stark verwobenes Geflecht aus etablierten ökonomischen Anforderungen, wie z.B. ständig wechselnder „klassischer“ Kundenwünsche, einer zunehmenden Tendenz zur Netzwerkbildung und der damit verbundenen Relevanz von In- bzw. Outsourcing. Diese etablierten Entwicklungen werden in der jüngeren Vergangenheit durch Anforderungen im Umfeld der „3R“ – der Ressourcen, Regularien und Reputation – verschärft. Wichtige Ressourcen für die industrielle Leistungserstellung sind nur begrenzt verfügbar und unterliegen Preissteigerungen am Rohstoffmarkt. Es ergehen zunehmend staatliche Vorgaben in Form von Regularien zu CO2-Emissionen oder der Produktgestaltung. Schließlich gewinnt die Reputation des Unternehmens beim Kunden an Bedeutung. So besteht z.B. zunehmend die Möglichkeit zur Differenzierung vom Wettbewerb durch nachhaltige Produkte. Das Supply Chain Management begegnet den genannten ökonomischen und ökologischen Anforderungen. Im Zuge der Entwicklung des SCM hat sich eine Vielzahl an Logistikkonzepten zur Implementierung des Ansatzes gebildet. Für eine effektive Gestaltung des Supply Chain Management ist es für Unternehmen essenziell, passende Logistikkonzepte hinsichtlich ihrer Nachhaltigkeit zu bewerten und auszuwählen. Daher entwickelt diese Dissertation eine Ansatz zur quantitativ-gestützten ex ante Bewertung des Einsatzes von Logistikkonzepten aufgrund ihrer kurz- bis langfristigen Auswirkungen auf ökologische und ökonomische Kennzahlen im Unternehmensnetzwerk. Als Ergebnis dieser Dissertation liegt dann ein Verfahren vor, das die Bewertung der Nachhaltigkeit von Logistikkonzepten ermöglicht.

Die Feinbearbeitung gefräster oder erodierter Werkzeuge und Formen wird in der industriellen Praxis derzeit durch manuelle Prozesse dominiert. Eine Automatisierung dieses finalen Fertigungsschritts birgt großes Potential hinsichtlich reproduzierbarer Bearbeitungsergebnisse und Gewinnung wirtschaftlicher Wettbewerbsvorteile. Bislang ist jedoch die Entwicklung einer automatisierten Lösung erheblich erschwert, da zwischen Unternehmen der Formenbaubranche, Lohnpolierunternehmen und wissenschaftlicher Forschung kaum ein Transfer von Prozesswissen stattfindet. Wissenschaftliche Ansätze beschränken sich daher vielfach auf die Erarbeitung von CAD/CAM-Lösungen für die Feinbearbeitung, ohne die eigentlichen Prozesszusammenhänge und Bearbeitungsstrategien sowie die sich daraus ableitenden Anforderungen an ein Fertigungssystem durchgängig zu beleuchten. Dies ist als einer der Hauptgründe anzusehen, warum gegenwärtig keine am Markt befindliche Lösung für die automatisierte Feinbearbeitung von komplexen Formen und Werkzeugen aus Stahl existiert. Genau hier setzt diese Dissertation an. Auf Basis bestehender Ansätze werden die technologischen Grundlagen erarbeitet, um eine zeit- und kostenoptimierte Feinbearbeitung qualitativ hochwertiger Werkzeuge und Formen aus Stahl zu ermöglichen. Die Realisierung einer automatisierten Feinbearbeitung erfordert die durchgängige Betrachtung prozess- und systemseitiger Zusammenhänge. Im Vordergrund der wissenschaftlichen Arbeit steht daher die Beantwortung der übergeordneten Fragestellung, wie und wodurch das Ergebnis einer automatisierten Feinbearbeitung von frei geformten Werkzeugen und Formen aus Stahl maschinen- und prozessseitig durch individuell angepasste Bearbeitungsstrategien beeinflusst wird. Zur Beantwortung dieser Forschungsfrage wurden die drei Hauptarbeitsgebiete, Prozesstechnologie, Maschinensystem und Bahnplanung identifiziert, die in einem ganzheitlichen Ansatz betrachtet werden. Mit Hilfe von prozesstechnologischen Voruntersuchungen konnte ein detailliertes Anforderungsprofil an ein Maschinensystem zur Feinbearbeitung erstellt werden. Die konsequente konstruktive Umsetzung dieser Anforderungen ermöglicht eine Vielzahl unterschiedlicher Prozesskinematiken bei gleichzeitiger Regelung der Prozesskräfte abzubilden. Durch den Aufbau eines Simulationsmodells und mit Hilfe mathematischer Modellierung besteht die Möglichkeit die Abtrags bestimmenden maschinenseitigen Kenngrößen im Hinblick auf eine optimierte Bahnplanung wissenschaftlich zu untersuchen. Den Abschluss der Arbeiten bildet die Feinbearbeitung von ausgewählten Demonstratorgeometrien sowie eine Analyse der Wirtschaftlichkeit des erarbeiteten automatisierten Ansatzes.

Im Rahmen dieser Arbeit wird erstmals ein Modell zur Berechnung des Standweges und der Standmenge beim Kegelradfräsen entwickelt und vorgestellt. Das Modell basiert auf rein geometrischen Kenngrößen, wie z. B. dem Frei- und Spanwinkel der Werkzeuge. Durch die Kopplung mit einer Fertigungssimulation können verschiedene Prozesse abgebildet werden. Hierdurch wird erstmals eine lokale quantitative Standweg- und Standmengenvorhersage beim Kegelradfräsen ermöglicht.

Die in der Arbeit entwickelte Methodik zur Wertstromanalyse in der Produktentwicklung zielt auf die Erhöhung der Entwicklungseffizienz. Hierzu wurde eine Analysemethodik erarbeitet, die Verschwendung auf Projekt-, Aufgaben- und Interaktionsebene identifiziert und bewertet. Die Kriterien der drei Ebenen fließen als Elemente in die Modellierungssprache aixperanto 2.0 ein, die den Leser dazu befähigt, eine Wertstromanalyse in der Produktentwicklung systematisch und erfolgreich durchzuführen.

In dieser Arbeit wird ein robotergeführtes, monokulares Kamerasystem vorgestellt, welches die Position und Trajektorie eines bewegten Werkstücks kontinuierlich messen kann. Mithilfe der Messdaten lässt sich der Montageroboter mit der transportierten Karosserie während des Montageprozesses synchronisieren. In diesem relativen Stillstand zwischen Roboter und Karosserie kann die Fahrzeugendmontage mit einer im Vorfeld online programmierten Roboterbahn automatisiert durchgeführt werden.

Ziel dieser Arbeit ist eine umfassende Betrachtung der Lasermaterialbearbeitung von Metallen mit Ultrakurzpulslasern hinsichtlich der Erhöhung der Produktivität und der Prozesseffizienz. Durch Entwicklung und Untersuchung von Effizienzmodellen sowie einer angepassten Systemtechnik zur Materialbearbeitung mit hohen mittleren Laserleistungen werden Wege aufgezeigt, die Produktivität in UKP-Prozessen ohne Qualitätseinbußen durch Wärmeeffekte zu erhöhen.