Jörg Schwarz zeichnet ein anschauliches Bild der mittelalterlichen Stadt. Wer lebte dort? Welche sozialen Gruppen gab es? Wer regierte und wer zählte zu den Außenseitern? Was leistete die Stadt für ihre Bewohner und wo lagen ihre Probleme?

Die Dissertationsschrift zur Modellierung, Bewertung, Analyse und Optimierung von CAx-Prozessketten beschreibt ein Vorgehen zur flexiblen, fall- und kundenindividuellen, kennzahlen- und metrikbasierten Auslegung und Verbesserung von CAx-Prozessketten. Dabei wird eine Vielzahl relevanter Alternativen berücksichtigt, das starre und sequenzielle Vorgehen durchbrochen und eine iterative, automatisierte Optimierung mit Hilfe der softwaretechnischen Implementierung ermöglicht.

Die Bedeutung der Verfügbarkeit eines Produktionssystems zur Befähigung und Aufrechterhaltung einer nachhaltig stabilen und vorhersagbaren Leistungserstellung nimmt in produzierenden Unternehmen stetig zu. Insbesondere in kontinuierlichen Prozessindustrien sind ausgezeichnete, direkt und indirekt an der Leistungserstellung beteiligte Prozesse und Ressourcen entscheidend, um langfristigen Unternehmenserfolg sicherzustellen. Dabei stehen häufig hohen Anforderungen an die Verfügbarkeit des Produktionssystems gleichzeitig intensive Bestrebungen zur Kostenreduktion gegenüber und beeinflussen stark die Ausrichtung des Verfügbarkeitsmanagements. Diesen Zielkonflikt aufgreifend werden in der Arbeit die zentralen Wirkzusammenhänge eines wertorientierten Verfügbarkeitsmanagements erklärt und somit produzierenden Unternehmen die Basis für die Ausrichtung ihres Verfügbarkeitsmanagements geliefert. In inhaltlich aufeinander aufbauender Reihenfolge werden vier Partialmodelle zu einem zentralen Erklärungsmodell zusammengeführt. Das erste Partialmodell ist ein Zielmodell, dessen Kern aus einem Zielsystem für das Verfügbarkeitsmanagement besteht. Aufbauend auf dem Zielmodell wird ein Leistungsmodell erarbeitet, das die Leistungsmessgrößen und Erfolgsindikatoren des wertorientierten Verfügbarkeitsmanagements qualitativ miteinander verknüpft. Mit Hilfe eines Wertschöpfungsmodells werden die Kern- und Unterstützungsaktivitäten des Verfügbarkeitsmanagements strukturiert. In einem Ressourcenmodell werden zentrale Einflussfaktoren des Verfügbarkeitsmanagements mit Hilfe von Bewertungskriterien charakterisiert. Die Leistungsmessgrößen, Erfolgsindikatoren und Einflussfaktoren werden anschließend mit Hilfe von Erklärungszusammenhängen zueinander in Beziehung gesetzt. Ergebnis der Arbeit ist ein Erklärungsmodell, mit dessen Hilfe plausible Empfehlungen hinsichtlich der unternehmensspezifischen Positionierung und Ausrichtung des Verfügbarkeitsmanagements abgeleitet werden können.

Eine effektive und effiziente Planung des Produktionsanlaufs ist ein wirtschaftlicher Faktor produzierender Unternehmen, der seit Jahren stetig an Bedeutung gewinnt. Durch die Verkürzung der Serienproduktionsphase und des gesamten Produktlebenszyklus nimmt der relative zeitliche Anteil des Produktionsanlaufs zu. Ebenso wird die Anzahl der Produktionsanläufe durch zunehmende Variantenvielfalt und vermehrte Innovationsanstrengungen erhöht. Ein Entscheidungsobjekt im Bereich der Anlaufplanung ist die Auswahl von Fertigungstechnologien. Eine umfangreiche Änderung des Produktionssystems durch Einführung neuer Fertigungstechnologien ist in der Serienproduktionsphase aufgrund des hohen Ausfallrisikos nicht denkbar. Der Produktionsanlauf ist der optimale Zeitpunkt, die Fertigung zu modernisieren und neue Technologien einzuführen. Die Anlaufziele dürfen dadurch aber nicht gefährdet werden, weshalb die Durchführung einer anlauforientierte Technologieplanung notwendig ist. In der vorliegenden Arbeit wurde eine Entscheidungsunterstützung zur Fertigungstechnologieauswahl entwickelt, mit der ein Produktionsanlauf möglichst schnell unter Voraussetzung der geforderten Produktqualität durchgeführt werden kann. Vor Durchführung der Fertigungstechnologieauswahl wird beurteilt, für welche Anlauffälle diese aufwendige Planungstätigkeit geeignet ist. Die Zuordnung erfolgt über Anlaufszenarien, für die das Nutzen-Aufwand-Verhältnis zur Durchführung einer Fertigungstechnologieauswahl angemessen ist. Die Auswahl einer Fertigungstechnologie in der Anlaufplanung wird bei der entwickelten Methodik in zwei Phasen durchgeführt. In der Grobplanungsphase werden Risiken und Potenziale untersucht, die bei Fertigungstechnologiealternativen im Zusammenwirken mit ihrer Umwelt vorliegen. In einer Risiko-Potenzial-Matrix werden diese Risiken und Potenziale zusammengeführt, um die Anzahl der Fertigungsalternativen einzugrenzen. In der Feinplanungsphase erfolgt die Analyse von internen Größen der Fertigungstechnologiealternativen in Form der Bestimmung des erwarteten Hochlaufverhaltens. Dazu wird das Verhalten von Stell- und Einflussgrößen von Fertigungstechnologien auf den Hochlauf analysiert. Über ein mathematisches Modell kann berechnet werden, wann der Abschluss der Optimierung der Stellgrößen im Hochlauf einer Fertigungstechnologie zu erwarten und damit die geforderte Produktivität erreicht ist.

Im Rahmen dieser Arbeit wurde zuerst die Zerspanbarkeit von ADI analysiert. Die Aufhärtung des ausferritischen Grundgefüges und die Schnittkraftdynamik führen zu stark reduzierten Standzeiten. Durch eine Analyse der die Spansegmentbildung beeinflussenden Faktoren wurden werkzeug- und prozessseitige Einflussgrößen auf die ADI-Drehbearbeitung identifiziert. Durch Anwendung einer 3D FEM-Simulation wurden optimierte Schneidteilgeometrien für das Drehschruppen mit angepassten Prozessen entwickelt.

Die herausragenden Festigkeitseigenschaften hochleistungsfähiger Werkstoffe bedingen nicht nur ihren häufigen Einsatz in technischen Systemen, sondern führen zu großen Herausforderungen in der mechanischen Bearbeitung. Hier eröffnet die laserunterstützte Zerspanung völlig neue Perspektiven. Im Rahmen dieser Arbeit wurde die laserunterstützte Fräsbearbeitung mit unmittelbarer Laserbestrahlung der Schnittfläche innerhalb des Fräsereingriffs untersucht. Aufbauend auf der analytischen Betrachtung der zugrundeliegenden Wirkmechanismen erfolgte zunächst die Modellierung der laserinduzierten Temperaturverteilung im Spanungsquerschnitt. Anhand von experimentellen Analogieversuchen am Beispiel von Siliziumnitrid-Keramik wurde schließlich eine grundlegende Bewertung der prozesstechnologischen Machbarkeit durchgeführt. Im Anschluss wurden die optischen, mechanischen und thermischen Grundlagen zur Integration von Strahlführungssystemen erarbeitet. Die Ergebnisse aus der Herleitung entsprechender Anforderungen an die Spindel-Werkzeug-Technologie für die maschinenintegrierte Laserstrahlführung bildeten die Grundlage zur Umsetzung eines Maschinensystems, das erstmalig die hybride Fräsbearbeitung unter direkter Laserbestrahlung der Schnittfläche innerhalb des Fräsereingriffs ermöglicht. Im Anschluss wurden allgemeine systemseitige Mess- und Stellgrößen zur Steuerung des hybriden Fräsprozesses abgeleitet. Die Ergebnisse wurden in einem Prozesssteuerungssystem umgesetzt, das zusammen mit dem Maschinensystem für eine abschließende prozesstechnologische Analyse eingesetzt wurde. Hierbei erfolgte die experimentelle Untersuchung der Abhängigkeiten zwischen maschinenseitigen Stell- und prozessseitigen Kenngrößen bei der laserunterstützten Fräsbearbeitung von Siliziumnitrid-Keramik und der Nickelbasislegierung Inconel 718. Gegenüber dem Stand der Forschung konnte eine signifikante Steigerung der Effektivität und Energieeffizienz nachgewiesen werden. Die vorgestellte Maschinen- und Steuerungstechnik eröffnet weitreichende Entwicklungspotenziale für die Anpassung bestehender Bearbeitungssysteme. Ein Werkzeugportfolio für unterschiedlichste Bearbeitungsaufgaben ist ebenso denkbar wie die modulare Erweiterung der Maschinensteuerungen oder die Implementierung von CAD/CAM-Schnittstellen, welche die zur Synchronisation und Modulation benötigten Eingriffsdaten bei komplexen Bearbeitungsaufgaben bereitstellen. Die Ergebnisse dieser Arbeit eröffnen weitgreifende neue Perspektiven für den Einsatz der laserunterstützten Frästechnologie bei hochfesten Werkstoffen.

Ziel dieser Dissertation war die Entwicklung von Modellen und Methoden zur Gestaltung des Einsatzes intelligenter Objekte in Produktion und Logistik. Basis war hierfür zunächst eine Strukturierung des Untersuchungsbereichs. Auf dieser Grundlage wurden der generelle Aufbau von Systemen intelligenter Objekte und Wirkzusammenhänge zwischen den Systemelementen erläutert.