Konzeption und Wirtschaftlichkeit rechnerintegrierter Planungssysteme

In der vorliegenden Arbeit werden technologische und wirtschaftliche Anforderungen für den Einsatz rechnerintegrierter Planungswerkzeuge im Produktionsbereich dargestellt. Von wesentlicher Bedeutung sind dabei die Wechselwirkungen zwischen Planung und Fertigung einerseits und zwischen technischen und wirtschaftlichen Fragestellungen andererseits. Aufgrund der besonderen Bedingungen wird ein Schwerpunkt auf die Montage und den Einsatz von Industrierobotern als neuer Produktionstechnologie gelegt. In der Montage ergeben sich für die Planung besondere Anforderungen, da im Gegensatz zur Teilefertigung der Gegensatz zwischen manueller Fertigung mit hoher Flexibilität und automatisierter Fertigung mit hoher Produktivität noch nicht überwunden ist. In der Montageplanung wurden bisher aufgrund der unterschiedlichen Fertigungskonzepte getrennte Ansätze für kurzfristige Funktionen wie die Montageplanerstellung oder Zeitermittlung in der manuellen Montage und langfristige Funktionen wie die Geräteauswahl und Layoutplanung in der automatisierten Montage verfolgt. Für Planungssysteme in der Produktion ergibt sich damit die Zielsetzung, einerseits lang- und kurzfristige Funktionen in einem Konzept zu integrieren, andererseits müssen neue Planungsfunktionen wie die NC-Programmierung von Industrierobotern unterstützt werden. Hierzu werden mögliche Integrationsstufen für durchgängige Planungskonzepte dargestellt. Zentraler Bestandteil ist das rechnerinterne Planungsmodell, das während des Planungsprozesses erstellt und genutzt wird. Konzepte, Methoden und Realisierungsansätze graphisch-interaktiver und automatisierter, aufgabenorientierter Verfahrensketten werden erläutert. Zur Kennzeichnung des Integrationsgrades werden Abstraktionsebenen eingeführt, wobei der Übergang zu einer höheren Ebene mit zusätzlichen Modellinformationen und Planungsmechanismen verbunden ist. Die Wirkungen beim Einsatz von Planungssystemen auf die Auftragsabwicklung wird anhand dieser Modellinformationen analysiert. Wesentlich ist hierbei der Zusammenhang zwischen Planungsumfang und Fertigungsflexibilität, die zu diesem Zweck im Hinblick auf die auszuführenden Planungsfunktionen definiert wird. Anhand von zwei Beispielen aus der elektronischen und mechanischen Montage mit hoher und geringer Fertigungsflexibilität werden die Wirkungen der Rechnerintegration auf den Planungs- und Programmierprozeß erläutert. In der starr automatisierten Linienfertigung betrifft dies den umfangreichen Planungsprozeß vor der eigentlichen Produktion. Mit steigender Integration ergibt sich die Möglichkeit, verschiedene Aufgaben simultan durchzuführen, was gegenüber der konventionellen Sukzessivplanung eine größere Planungssicherheit mit kürzeren Planungszeiten und höherer Qualität ergibt. In der flexiblen Fertigung wird der Einfluß der Werkstattsteuerung auf den Planungsprozeß aufgezeigt. Schnelle Umdispositionen erfordern die Bereitstellung maschinenunabhängiger Fertigungsunterlagen und einen verteilten Planungsprozeß auf Planungs- und Steuerungsebene. Am Beispiel einer Sonderbestückzelle wird gezeigt, wie durch steigende Integration die verteilte Planung und Modellbildung möglich ist. Auf der Basis der beschriebenen Ausprägungen und Wirkungen der Integration im Planungsbereich wird im zweiten Teil der Arbeit die Wirtschaftlichkeit rechnergestützter Systeme untersucht. Hierzu wird eine differenzierte Kosten- und Nutzenbetrachtung durchgeführt, da Planungssysteme nicht über direkte Erlöswirkungen bewertet werden können. Für die Bewertung wird ein ablauforientiertes Kostenmodell herangezogen, das die Abbildung von Planungsprozessen ermöglicht, die über geeignete Bezugsgrößen analog zum Fertigungsbereich quantifiziert werden können. Das Kostenmodell wird zur Nutzenbewertung der beschriebenen Planungskonzepte in konkreten Anwendungsfällen herangezogen. Nutzenpotentiale in der Planungs- und Produktionsphase von Fertigungssystemen werden aufgezeigt. Anhand der erzielten Ergebnisse werden die Möglichkeiten einer ganzheitlichen Bewertung kurz- und langfristiger Flexibilitätsstrukturen von Fertigungssystemen aufgezeigt. Alle verfügbaren Kosteninformationen sind im Sinne einer planungsbegleitenden Kalkulation generell in den Planungsprozeß zu integrieren. Die Arbeit zeigt Ansätze für den Einsatz und die Bewertung zukünftiger Planungstechnologien auf. Im Mittelpunkt steht dabei die integrierte Betrachtung von Planungs- und Fertigungsprozessen im Rahmen der Auftragsabwicklung. Diese Sichtweise ermöglicht im Gegensatz zu bisherigen Konzepten auch die Einbindung und Bewertung langfristiger Planungsfunktionen hinsichtlich umfassenderer Flexibilitätsstrukturen in der Produktion. Die Anwendung eines ablauforientierten Kostenmodelles zur Bewertung der Planungstechnologien macht die Notwendigkeit zur Weiterentwicklung bestehender Ansätze deutlich.In this work, technological and economic requirements for the use of computer-integrated planning tools in the production area are presented. The interaction between planning and production on the one hand and between technical and economic issues on the other are of crucial importance. Due to the special conditions, a focus is placed on the assembly and use of industrial robots as new production technology. In assembly, there are special requirements for planning because, in contrast to parts production, the contrast between manual production with high flexibility and automated production with high productivity has not yet been overcome. In assembly planning, separate approaches for short-term functions such as the assembly plan creation or time determination in manual assembly and long-term functions such as device selection and layout planning in automated assembly have been pursued so far due to the different manufacturing concepts. For planning systems in production, this results in the goal of integrating long and short-term functions in one concept, on the other hand, new planning functions such as NC programming by industrial robots must be supported. For this, possible integration levels for integrated planning concepts are presented. The central component is the computer-internal planning model, which is created and used during the planning process. Concepts, methods and implementation approaches of graphically interactive and automated, task-oriented process chains are explained. Abstraction levels are introduced to identify the degree of integration, with the transition to a higher level being associated with additional model information and planning mechanisms. The effects of using planning systems on order processing are analyzed using this model information. What is essential here is the relationship between the scope of planning and manufacturing flexibility, which is defined for this purpose with regard to the planning functions to be carried out. The effects of computer integration on the planning and programming process are explained using two examples from electronic and mechanical assembly with high and low manufacturing flexibility. In rigidly automated line production, this affects the extensive planning process before the actual production. With increasing integration, there is the possibility to carry out different tasks simultaneously, which results in greater planning security with shorter planning times and higher quality compared to conventional successive planning. The influence of workshop control on the planning process is shown in flexible production. Rapid re-planning requires the provision of machine-independent manufacturing documents and a distributed planning process at the planning and control level. Using the example of a special assembly cell, it is shown how distributed planning can be achieved through increasing integration and modelling is possible. On the basis of the characteristics and effects of integration described in the planning area, the economic feasibility of computer-based systems is examined in the second part of the thesis. For this purpose, a differentiated cost and benefit assessment is carried out, since planning systems cannot be assessed via direct revenue effects. A process-oriented cost model is used for the evaluation, which enables the planning processes to be mapped, which can be quantified using suitable reference values analogously to the production area. The cost model is used to evaluate the benefits of the planning concepts described in specific applications. Potential benefits in the planning and production phase of manufacturing systems are shown. Based on the results obtained, the possibilities for a holistic evaluation of short and long-term flexibility structures of manufacturing systems are shown. All available cost information must generally be integrated into the planning process in the context of a calculation that accompanies the planning. The work shows approaches for the use and evaluation of future planning technologies. The focus is on the integrated consideration of planning and manufacturing processes in the context of order processing. In contrast to previous concepts, this view also enables the integration and evaluation of long-term planning functions with regard to more extensive flexibility structures in production. The use of a process-oriented cost model to evaluate the planning technologies makes it clear that there is a need to further develop existing approaches

Nutzungsgradsteigerung von Montagesystemen durch den Einsatz der Simulationstechnik

In der Montageplanung gewinnt der Einsatz rechnerunterstützter Hilfsmittel zunehmend an Bedeutung. Das liegt einerseits an den Erfordernissen durch immer kürzer werdende Planungszyklen und andererseits an der zunehmenden Komplexität heute eingesetzter Montagesysteme. Die Realisierung anwenderfreundlicher Planungssoftware wird durch das breite Angebot an Standardprogrammen und durch ein verbessertes Preis-Leistungs-Verhältnis der Rechner erleichtert. Dadurch wird auch sichergestellt, daß bei Beachtung ergonomischer Grundprinzipien, die Akzeptanz von Rechnerarbeitsplätzen im Planungsbereich steigt. Die spezifischen Belange der Montagetechnik werden bei den vorhandenen Programmsystemen jedoch nicht oder nur sehr unzureichend berücksichtigt. Eine zentrale Bedeutung im Planungsablauf neuer oder zu modifizierender Montageanlagen besitzt die Simulationstechnik. Mit ihr lassen sich durch eine modellhafte Abbildung des realen zeitlichen Verhaltens geplanter Systeme Aussagen über die Leistungsfähigkeit und Schwachstellen gewinnen. Insbesondere die Frage nach dem Nutzungsgrad und der daraus resultierenden Ausbringung gefertigter Geräte kann durch die Simulation beantwortet werden. In der vorliegenden Arbeit werden die Möglichkeiten, die durch die Integration der Simulation in den Planungsprozeß eröffnet werden, aufgezeigt. Darüber hinaus werden zunächst systematisch die Maßnahmen zur Nutzungsgradsteigerung von Montagesystemen vorgestellt. Die Grenzen alternativer Verfahren zur Simulationstechnik bei der Überprüfung von gewählten Verbesserungsmaßnahmen werden dargelegt. Anschließend erfolgt eine Vorstellung der besonderen Belange der Montagesystemplanung bezüglich der Simulation. Es wird herausgestellt, welche Strukturen in der Montage vornehmlich anzutreffen sind, um die Anforderungen an spezifische Bausteine für die Montagesystemsimulation definieren zu können. Dabei wird auch auf die Bestückung elektronischer Bauelemente als bedeutender Sonderfall in der Montage eingegangen. Die Darstellung der Vorgehensweise bei Simulationsstudien mit dem Schwergewicht der Modellbildung schließt sich daran an. Das Kapitel wird durch die Beschreibung der Arbeitsinhalte von Planern und Simulationsexperten während einer Simulationsstudie abgerundet. An einem konkreten Beispiel für die flexible Montage von elektromechanischen Kleingeräten wird der Einsatz eines allgemeinverwendbaren Simulationspaketes vorgestellt. Mit dem Simulator GPSS-FORTRAN Version III wurde eine sehr komplexe Linie modelliert und verschiedene layout- und steuerungsspezifische Fragestellungen behandelt. Damit wird aufgezeigt, daß mit Hilfe dieses sehr mächtigen Simulationswerkzeugs eine Planungsunterstützung grundsätzlich möglich ist. Aus den Erfahrungen wurden aber auch die Probleme deutlich, die insbesondere bzgl. der Akzeptanz beim Planer und der Interpretationsfähigkeit der Ergebnisse gemacht wurden. Als Konsequenz aus den mit GPSS-FORTRAN gewonnenen Erkenntnissen wurde das Simulationssystem SIMU entwickelt, daß primär für die Grobplanung von Montagestrukturen konzipiert ist. In diesem Kapitel wird der Aufbau und die Leistungsfähigkeit von SIMU beschrieben und an einem typischen Montagesystem demonstriert. Dabei steht insbesondere auch der ergonomische Aspekt der Bedienerführung und Ergebnisdarstellung einschließlich Animation im Vordergrund. Abschließend wird ein Vergleich von SIMU mit dem GPSS-FORTRAN-Montagemodell durchgeführt. Das letzte Kapitel beschäftigt sich mit der Simulation zur Nutzungssteigerung verketteter SMD-Bestückungsautomaten. Hier werden zunächst die besonderen Problemfelder der Bestückung elektronischer Bauelemente aufgezeigt und Ansätze zur Verbesserung erarbeitet. Zur Modellierung und Simulation der Abläufe in flexiblen Bestückungslinien wurde SASB entwickelt. Mit diesem Simulator lassen sich zum einen alternative Linienkonfigurationen miteinander vergleichen und zum anderen auch auftragssteuerungsspezifische Fragen beantworten. Ein Schwerpunkt wird hier auf die Wirtschaftlichkeit unterschiedlicher Bestücksysteme gelegt. Abschließend wird ein Maschinen-Daten-Management-System vorgestellt, mit dem u.a. simulationsrelevante Eingabedaten direkt aus der Bestückungslinie ermittelt werden und dem Anlagenbediener zur Einleitung von Verbesserungsmaßnahmen online auf einem Grafikbildschirm zur Verfügung gestellt werden. Durch die vorgestellten Arbeiten werden dem Planer von komplexen Montagesystemen neue Hilfsmittel angeboten, die ihn bei seinen Aufgaben unterstützen und dem Führungspersonal abgesicherte Ergebnisse als Grundlage für Entscheidungen geben. Damit wird ein wichtiger Beitrag auf dem Weg zur durchgängigen rechnergeführten Montageplanung geleistet. Die Softwaremodule wurden so konzipiert, daß sie mit anderen Programmsystemen kombiniert werden können und somit als integrierter Bestandteil einer Verfahrenskette zu betrachten sind.The use of computer-aided tools is becoming increasingly important in assembly planning. This is due on the one hand to the requirements due to ever shorter planning cycles and on the other hand to the increasing complexity of the assembly systems used today. The implementation of user-friendly planning software is made easier by the wide range of standard programs and an improved price-performance ratio of the computers. This also ensures that the acceptance of computer workstations in the planning area increases if the basic ergonomic principles are observed. However, the specific requirements of assembly technology are not or only insufficiently taken into account in the existing program systems. Simulation technology is of central importance in the planning process of new or to be modified assembly systems. It can be used to obtain information about the performance and weak points by modeling the real time behavior of planned systems. In particular, the question of the degree of utilization and the resulting output of manufactured devices can be answered by the simulation. In the present work the possibilities which are opened by the integration of the simulation into the planning process are shown. In addition, the measures to increase the degree of utilization of assembly systems are systematically presented. The limits of alternative methods for simulation technology when reviewing selected improvement measures are set out. Then there is an introduction to the special requirements of the assembly system planning with regard to the simulation. It is pointed out which structures are primarily to be found in assembly in order to be able to define the requirements for specific components for the assembly system simulation. The assembly of electronic components is also dealt with as an important special case in assembly. This is followed by the presentation of the procedure for simulation studies with a focus on modeling. The chapter is rounded off by a description of the work content of planners and simulation experts during a simulation study. The use of a general-purpose simulation package is presented using a specific example for the flexible assembly of small electromechanical devices. With the simulator GPSS-FORTRAN version III, a very complex line was modeled and various layout and control-specific issues were dealt with. This shows that with the help of this very powerful simulation tool, planning support is fundamentally possible. From the experience, however, the problems became clear, which were made in particular with regard to the acceptance by the planner and the ability to interpret the results. As a consequence of the knowledge gained with GPSS-FORTRAN, the SIMU simulation system was developed, which is primarily designed for the rough planning of assembly structures. This chapter describes the structure and performance of SIMU and demonstrates it on a typical assembly system. The ergonomic aspect of operator guidance and the presentation of results, including animation, is particularly important. Finally, a comparison of SIMU with the GPSS-FORTRAN assembly model is carried out. The last chapter deals with the simulation to increase the use of linked SMD pick and place machines. First, the special problem areas of the assembly of electronic components are shown and approaches for improvement are developed. SASB was developed to model and simulate processes in flexible assembly lines. This simulator can be used to compare alternative line configurations with one another and to answer questions related to order control. One focus here is on the economy of different placement systems. Finally, a machine data management system is presented with which, among other things, simulation-relevant input data can be determined directly from the assembly line and made available to the system operator online for the initiation of improvement measures on a graphic screen. The work presented here offers the planner of complex assembly systems new aids that support him in his tasks and give the executive staff reliable results as the basis for decisions. This makes an important contribution on the way to integrated computer-aided assembly planning. The software modules were designed in such a way that they can be combined with other program systems and are therefore to be regarded as an integral part of a process chain

Projektierung von Montagesystemen

Das Umfeld der mittelständisch geprägten Industrie in der Bundesrepublik Deutschland ist durch einen wachsenden Wettbewerbsdruck gekennzeichnet. Zum Ausdruck kommt diese Situation in der ständig kürzeren Produktlebensdauer, den damit sinkenden Losgrößen und den steigenden Variantenzahlen. Dadurch ergeben sich starke Rationalisierungszwänge in den genannten Betrieben. Technische Abteilungen und Produktion haben in der Vergangenheit insbesondere durch Rationalisierungen in der Vorfertigung ihren Beitrag zu Kosteneinsparungen leisten können. Da hier keine weiteren gleichartigen Erfolge zu erwarten sind, verlagern sich die Rationalisierungsanstrengungen auf den Montagebereich. Nachdem auch hier insbesondere durch neue Techniken wie z.B. den Roboter die Basis für flexibel automatisierbare Montagesysteme geschaffen wurde, gilt es nun, den Einsatz dieser Systeme durch die im Vorfeld angesiedelten Planungsabteilungen zu optimieren. Entsprechend den steigenden Produktionsanforderungen und verkürzten Planungsfrequenzen existiert in den für die Projektierung und Planung von Montagesystemen zuständigen Abteilungen ein beträchtliches Rationalisierungspotential. Ähnlich der Kostenverantwortung in Entwicklungs- und Konstruktionsabteilungen kommt dabei der Projektierung von Montagesystemen als Vorstufe zur eigentlichen Planung verstärkte Bedeutung. In diesen Zusammenhang ist die Zielsetzung der vorliegenden Arbeit zu stellen, die für die Projektierung von automatisierten Montagesystemen ein rechnergestütztes Hilfsmittel aufstellt. Die Struktur der Arbeit spiegelt eine Modellbildung des Projektierungsumfanges wider. Es wird unterschieden in Montageaufgabenanalyse, optimale Stationsbelegung, Funktionsträgerzuordnung und Wirtschaftlichkeitsbeurteilung. Der Aufbau in Modellform wurde gewählt, um den Anforderungen nach einer exakten Abbildung des real existierenden Projektierungsablaufs gerecht zu werden und um die Vorteile der Modellbildung nutzen zu können. Als eine mögliche Art der Montageaufgabenanalyse wird im vorgestellten Modell der Vorranggraph verwendet. Da er besonders geeignet ist, Vorlage für spätere Abtaktungen zu bilden und eine gewisse Verbreitung gefunden hat, wird der Vorranggraph den exakteren Methoden (Petri-Netze) vorgezogen, zumal diese einen für die Projektierung nicht vertretbaren Analyseaufwand mit sich bringen. Für die Abtaktung wurden verschiedene Methoden der rechnergestützten Montagereihenfolgebestimmung im Modell gegenübergestellt. Zur Auswahl stehen die exakte Enumeration und ein heuristisches Verfahren. Um nach der optimalen Stationsbelegung mit Montageinhalten die zugehörigen Funktionsträger auszuwählen, wurde zum einen mit der Methode der Kombinatorik eine Elementezuordnung vorgenommen und zum anderen mit Hilfe einer Nutzwertanalyse der technisch mögliche Lösungsumfang eingeschränkt. Abschließend wurden unter Berücksichtigung wichtiger Kostengrößen die Lösungsvarianten einer Wirtschaftlichkeitsbeurteilung unterzogen. Dazu sind im vorliegenden Projektierungsmodell neue Faktoren und Parameter implementiert worden, die der integralen Konzeption moderner Montagesysteme nachkommen. Vor der Implementierung des Projektierungsmodells wurden auch die Randbedingungen rechnersystemunabhängiger Software aufbereitet. Hierzu ist insbesondere die Aufstellung eines konzeptionellen Datenbankschemas für die rechnergestützte Projektierung zu rechnen. Die Anwendung und Validierung des Projektierungsmodells erfolgte anhand eines praxisnahen Beispiels. Die später ausgeführte Lösung und die tatsächlich aufgetretenen Kosten tragen zum Vertrauen auf die vorab gewonnenen Projektierungsergebnisse bei. Mit dem in der vorliegenden Arbeit vorgestellten Modell zur rechnergestützten Projektierung von Montagesystemen ist somit ein Hilfsmittel vorhanden, welches den Mitarbeitern von Planungsabteilungen in der Industrie erlaubt, gestellte Aufgaben und zukünftige Anforderungen mit einer rechnergestützten Methode in verkürzter Zeit und mit qualitativ verbesserten Ergebnissen zu bewältigen.The environment of the medium-sized industry in the Federal Republic of Germany is characterized by growing competitive pressure. This situation is expressed in the continually shorter product life, the falling lot sizes and the increasing number of variants. This results in strong rationalization constraints in the companies mentioned. In the past, technical departments and production have made their contribution to cost savings, particularly through rationalization in prefabrication. Since no further similar successes can be expected here, the rationalization efforts are shifted to the assembly area. After here, too, especially through new technologies such as for robots to create the basis for flexibly automatable assembly systems, the task now is to optimize the use of these systems by the planning departments located in advance. In accordance with the increasing production requirements and shortened planning frequencies, there is considerable rationalization potential in the departments responsible for project planning and planning of assembly systems. Similar to the responsibility for costs in development and construction departments, the planning of assembly systems as a preliminary stage to the actual planning is of increasing importance. In this context, the objective of the present work is to be placed, which sets up a computer-aided aid for the configuration of automated assembly systems. The structure of the work reflects a modeling of the scope of the project. A distinction is made between assembly task analysis, optimal station allocation, function carrier assignment and profitability assessment. The structure in model form was chosen in order to meet the requirements for an exact mapping of the actually existing project planning procedure and to be able to use the advantages of the model formation. The priority graph is used as a possible type of assembly task analysis in the model presented. Since it is particularly suitable for creating a template for later line balancing and has found a certain distribution, the priority graph is preferred to the more precise methods (Petri nets), especially since these involve an analysis effort that is not justifiable for the project planning. Various methods of computer-aided assembly sequence determination were compared in the model for the balancing. The exact enumeration and a heuristic method are available. In order to select the appropriate function holders based on the optimal station allocation with assembly contents, the combinatorial method was used to allocate elements and, on the other hand, the technically possible scope of solutions was restricted with the help of a utility analysis. Finally, taking into account important cost factors, the solution variants were subjected to a profitability assessment. To this end, new factors and parameters have been implemented in the project planning model that meet the integral concept of modern assembly systems. Before the implementation of the configuration model, the boundary conditions of software independent of the computer system were prepared. In particular, the creation of a conceptual database schema for computer-aided project planning is to be expected. The application and validation of the configuration model was based on a practical example. The solution executed later and the costs actually incurred contribute to trust in the project results obtained in advance. With the model for computer-aided planning of assembly systems presented in the present work, a tool is available that allows the employees of planning departments in industry to master tasks and future requirements with a computer-aided method in a shorter time and with qualitatively improved results

Innovationspotentiale in der rechnerintegrierten Produktion durch wissensbasierte Systeme

Die Realisierung einer Rechnergeführten Fabrik unter dem Schlagwort CIM ist eine der größten Herausforderungen für die industrielle Produktionstechnik. Komplexe Informations- und Automatisierungssysteme steuern und überwachen die Fabrik der Zukunft. Doch die konventionelle Informations- und Datenverarbeitung erreicht ihre Grenzen dort, wo Wissen und Erfahrung zur Problemlösung im Vordergrund steht, und wo komplexe, unstrukturierte und nicht algorithmierbare Zusammenhänge angetroffen werden. Hier eröffnen die Methoden der Künstlichen Intelligenz und Wissensverarbeitung vielfältig neue Möglichkeiten. Unter diesen Randbedingungen will die vorliegende Arbeit Innovationspotentiale in der Rechnerintegrierten Produktion durch den Einsatz wissensbasierter Systeme erschließen. Dazu werden eingangs die grundsätzlichen Methoden und Hilfsmittel der Wissensverarbeitung erläutert. Diese Ausführungen erstrecken sich auf den Wissensbegriff selbst, auf die Methoden zur Wissensrepräsentation, Manipulation und auch Akquisition. Eine grobe Klassifizierung der Softwarehilfsmittel in Programmiersprachen und Werkzeugsysteme schließt sich an. Das nächste Kapitel beschäftigt sich mit dem Einsatz wissensbasierter Systeme in der Produktion allgemein. Erfolgreiche Systeme und interessante Prototypen aus den Anwendungsgebieten Diagnose, Arbeitsplanung, Konstruktion und Simulation werden vorgestellt. Die Wissensverarbeitung erfordert eine neue Qualifikation an Engineeringleistung. Die Aufgaben eines Wissensingenieurs werden im Zusammenhang mit dem Entwicklungsprozeß von wissensbasierten Systemen erläutert. Im anschließenden Kapitel wird ein wissensbasiertes Rahmensystem (WWS) für die Lösung von Planungs- und Konfigurationsaufgaben vorgestellt. Es besteht aus Komponenten für den Dialog, für die Wissensrepräsentation, für die Problemlösung und für den Wissenserwerb. Ein ereignisorientiertes Simulationssystem ist in die Problemlösungskomponente voll integriert. Mit Hilfe dieser logischen und programmtechnischen Integration von Konfigurations- und Simulationswerkzeugen ist es erstmals gelungen, völlig neue Möglichkeiten der Optimierung von Planungstätigkeiten in einem ganzheitlichen und wissensbasierten Ansatz zu erschließen. Innerhalb der industriellen Produktion gilt die Montagetechnik als weitgehend unerschlossenes Rationalisierungspotential. Als exemplarische Anwendung des wissensbasierten Werkzeugsystems (WWS) wurde das Expertensystem MOPLAN zur Planung von Montageanlagen implementiert. Als einziges System seiner Art ist es hardware- und softwareseitig voll in ein CIM-Konzept für die Montage integriert und kommuniziert mit einem dreidimensionalen Modellierer (ROMULUS). Damit steht der Montageplanung erstmals ein rechnergestütztes Werkzeug zur Verfügung, das für einen Großteil der Aufgaben bei der Grobplanung eingesetzt werden kann. Das letzte Kapitel beschäftigt sich mit alternativen Einsatzmöglichkeiten für das wissensbasierte Werkzeugsystem WWS. Hier ist in erster Linie die Planung von produktionstechnischen Anlagen im allgemeinen und die Planung von Flexiblen Fertigungssystemen im speziellen zu nennen. Aber auch zur Planung von Fertigungsabläufen und Fertigungsaufträgen kann das Werkzeug eingesetzt werden. Für die implizite offline-Programmierung von Industrierobotern wird hierzu ein Beispiel gegeben. Die vorliegende Arbeit zeigt das Spektrum der Einsatzmöglichkeiten wissensbasierter Systeme in einer Rechnerintegrierten Produktion auf. Angefangen bei der Konstruktion, über die Fertigungsplanung und -steuerung, bis hin zur Diagnose können mit Hilfe von wissensbasierten Konzepten vielfältige Innovationspotentiale erschlossen werden. Es wird deutlich, daß die Wissensverarbeitung eine wesentliche Komponente in der Fabrik der Zukunft darstellt. Mit dem Rahmensystem WWS und dem Expertensystem MOPLAN ist es gelungen, breit einsetzbare Werkzeuge als Basis für viele weiterführende Arbeiten im Bereich der Planung und Konfiguration zu schaffen. Damit wird auch ein Beitrag dazu geleistet, die Wissensverarbeitung in Forschung und Lehre zu etablieren.The realization of a computer-controlled factory under the catchphrase CIM is one of the greatest challenges for industrial production technology. Complex information and automation systems control and monitor the factory of the future. But conventional information and data processing reaches its limits where knowledge and experience are the focus of problem-solving and where complex, unstructured and non-algorithmic relationships are encountered. The methods of artificial intelligence and knowledge processing open up a variety of new possibilities here. Under these boundary conditions, the present work aims to develop innovation potential in computer-integrated production through the use of knowledge-based systems. To this end, the basic methods and tools of knowledge processing are explained. These explanations extend to the concept of knowledge itself, to the methods for representing knowledge, manipulation and also acquisition. This is followed by a rough classification of software tools in programming languages and tool systems. The next chapter deals with the use of knowledge-based systems in production in general. Successful systems and interesting prototypes from the fields of diagnosis, work planning, construction and simulation are presented. Knowledge processing requires a new qualification in engineering performance. The tasks of a knowledge engineer are explained in connection with the development process of knowledge-based systems. In the following chapter, a knowledge-based framework system (WWS) for the solution of planning and configuration tasks is presented. It consists of components for dialogue, for representing knowledge, for solving problems and for acquiring knowledge. An event-oriented simulation system is fully integrated in the problem-solving component. With the help of this logical and technical integration of configuration and simulation tools, it was possible for the first time to open up completely new possibilities for optimizing planning activities in a holistic and knowledge-based approach. In industrial production, assembly technology is considered a largely untapped rationalization potential. The MOPLAN expert system for planning assembly systems was implemented as an exemplary application of the knowledge-based tool system (WWS). As the only system of its kind, it is fully integrated in terms of hardware and software into a CIM concept for assembly and communicates with a three-dimensional modeller (ROMULUS). For the first time, assembly planning now has a computer-aided tool that can be used for a large part of the rough planning tasks. The last chapter deals with alternative uses for the knowledge-based tool system WWS. The planning of production engineering systems in general and the planning of flexible manufacturing systems in particular should be mentioned here. The tool can also be used to plan production processes and production orders. An example is given for the implicit offline programming of industrial robots. The present work shows the spectrum of possible uses of knowledge-based systems in computer-integrated production. Starting with the construction, through the production planning and control, up to the diagnosis, knowledge-based concepts can be used to open up a wide range of innovation potential. It becomes clear that knowledge processing is an essential component in the factory of the future. With the WWS frame system and the MOPLAN expert system, it has been possible to create widely applicable tools as the basis for many further work in the area of planning and configuration. This also makes a contribution to establishing knowledge processing in research and teaching

Modulares Informationsmanagement in der integrierten Produkt- und Prozeßplanung

Die Gewährleistung größtmöglicher Flexibilität in allen Stadien der Entwicklung und Produktion gewinnt angesichts schwieriger Marktbedingungen und sich immer schneller ändernder Kundenbedürfnisse immer mehr an Bedeutung. In der vorliegenden Arbeit wird ein Modellkonzept erstellt, das auf abstrakter Ebene Informationen, Abläufe und funktionale Komponenten innerhalb der Produkt- und Prozeßplanung abbildet. Dieses Modell dient als Grundlage für den Aufbau rechnergestützter Werkzeuge und kann integrativ bis in die Produktion eingesetzt werden. Die im Kapitel 2 aufgezeigten Defizite bestehender Rechnerlösungen zeigen vor allem die Problematik sowohl der Heterogenität als auch der stark unterschiedlichen Sichtweisen der an der Planung beteiligten Personen auf. Eine frühzeitige Berücksichtigung von Realisierungs- und Implementierungsdetails in der Entwicklung dieser Werkzeuge verstärkt die Diversifikation in den Zielsystemen noch mehr. Eine umfassende Betrachtung und Überprüfung der korrekten Abbildung des realen Ausschnittes ist damit nicht mehr möglich. In den letzten Jahren nahm der Einsatz objektorientierter Methoden gerade im Bereich der Programmentwicklung zu. Die Elemente bei der Modellierung von Realitätsabschnitten entsprechen mehr der menschlichen Vorgehensweise im Vergleich zu den rein prozeduralen Sprachen herkömmlicher Softwaresysteme. Gleichzeitig ermöglichen sie die Abbildung komplexer Elemente, die mit Hilfe der modellinhärenten Abstraktion transparent bleiben. Die in Kapitel 3 aufgezeigten Elemente der Planung werden mittels der erwähnten objektorientierten Konstrukte abgebildet und für den Bereich der Produkt- und Prozeßplanung strukturiert. Es wird darauf Wert gelegt, daß eine Entkopplung zwischen Produkt- und Ressourceninformationen stattfindet. Diese informatorische Lücke wird durch ein Modul geschlossen, das in der Lage ist, nach beiden Seiten die jeweiligen Benutzersichten mit den entsprechenden Informationen zur Verfügung zu stellen. Die Beschreibung des Produktes innerhalb des Modells wird in Kapitel 4 aufgezeigt. Durch die Abbildung der Informationen als Objekte, die bei Instanziierung den Planungsfortgang steuern, kann der Produktplaner auf beliebigen Detaillierungsebenen und entsprechend seinem Informationsstand eine neutrale Beschreibung in Form von Produktzustandsübergängen definieren. Die neutrale Abbildung beinhaltet die Aufgaben, die durch die Prozesse innerhalb der Produktion erfüllt werden sollen. Im Gegensatz zu einer statischen Betrachtung, wird in Kapitel 5 zur Anbindung der Ressourcen eine Abbildung der funktionalen Eigenschaften in den Vordergrund gestellt. Ressourcenoperationen können damit als Bestandteil der Zielfunktion der Prozeßplanung direkt ermittelt und überprüft werden. Durch einen flexiblen hierarchischen Aufbau ist darüberhinaus eine beliebige Strukturierung nach verschiedenen technologischen Gesichtspunkten möglich. Die Verknüpfung der beiden beschreibenden Module durch eine neutrale Komponente, die Informationen aus fertigungs- und montagetechnologischen Anforderungen mit funktional operationsorientierten Komponenten verbindet, erfolgt in Kapitel 6. Der Vorteil des Moduls PROZESS ist einerseits die Darstellung der Menge an Technologiemöglichkeiten als Informationsbasis, die dem Produktplaner entsprechend seiner Benutzersicht prozeßorientiertes Wissen zur Verfügung stellt. Andererseits erfolgt durch die Abbildung der Technologien auf ressourcenneutrale Operationen eine Entkopplung von ressourcenbezogenen Randbedingungen, gleichzeitig aber auch die definierte Ausrichtung der Technologielösungen nach unternehmerischen Kriterien (Kosten, Standards usw.) Auf diese Weise verfügt der Prozeßplaner über ein Netzwerk an Lösungen, das ihm auf jeder Detaillierungsstufe die möglichen Alternativen aufzeigt und die gewählte Lösung wiederum in das System integriert. Die in den Kapiteln dargestellten Ausführungen für den Bereich des automatisierten Klebstoffauftrages werden in Kapitel 7 anhand einer beispielhaften Realisierung des Moduls PROZESS präzisiert. Die Ankopplung dieses Moduls an eine reale Montagezelle zeigt den über die Planung hinausgehenden Nutzen des Konzeptes für den Betrieb exemplarisch auf. Das in dieser Arbeit gezeigte Modellkonzept berücksichtigt in umfassender Weise die unterschiedlichen Strukturen und Sichtweisen im Planungsablauf. Bei der Entwicklung rechnergestützter Werkzeuge wird deshalb auf ein übergeordnetes Konzept gesetzt, das die Integration von Daten, Abläufen und Funktionen gewährleistet. Daraus leitet sich ein erhöhter Anspruch an Softwarelösungen ab, die künftig nicht mehr nur konkreten, isoliert betrachteten und spezialisierten Aufgaben genügen dürfen, sondern sich grundsätzlich auf übergeordneter Ebene in ein Gesamtkonzept mit einer dedizierten Funktion einordnen müssen. Die Nutzung eines objektorientierten Ansatzes ermöglicht die Detaillierung in jeder Phase der Entwicklung von Lösungen und stellt gleichzeitig ein besseres Äquivalent für die Abbildung menschlichen Planungsvorgehens dar. "Human Resources” können deshalb in das Modell problemlos eingegliedert werden. Ein Vorteil, der in Zukunft zunehmend an Bedeutung gewinnen wird, um die menschliche Kreativität als Rationalisierungspotential verstärkt nutzen zu können, was bei vorgegebenen, starren Strukturen in weitaus geringerem Maße möglich ist. Die Entwicklungen im Bereich des "Rapid Prototyping” haben in den letzten Jahren bereits zu erheblichen Einsparungen in der Produktentwicklung geführt. Für einen bestimmten Fertigungsprozeß werden rechnergestützte Werkzeuge miteinander gekoppelt und die Prozeßkette wird für einen dedizierten Bereich optimiert. Das Ergebnis der Planung ist ein physisches Modell, das allerdings immer wieder neu erstellt werden muß, sobald eine Änderung am Produkt erfolgt. Gefordert wird heute ein System, das in jedem Stadium der Produktentwicklung Änderungen an Design, Funktionalität, Gestalt, Material usw. erlaubt, ohne daß aufwendige Neuplanungen notwendig sind. Gleichzeitig sollen Wechselwirkungen mit anderen Bereichen in kürzester Zeit dargestelit werden können. Beim "Virtual Prototyping” wird ein Ansatz verfolgt, bei dem vollständig auf physische Modelle in der Planung verzichtet wird und verschiedene rechnergestützte Werkzeuge mit Hilfe eines rechnerinternen Modells verknüpft werden sollen. Das Rationalisierungspotential, das diese Entwicklungsmethodik bietet, läßt sich weiter deutlich erhöhen, wenn sich einzelne Komponenten beliebig austauschen lassen und alle Planungsinstanzen umfassend abgebildet sind. Dabei gilt es, eine Betrachtung weitaus umfassender Strukturen als bisher durchzuführen, diese zu beherrschen und zu koordinieren. Aufgrund der damit verbundenen Integration vielschichtiger, verteilter und heterogener Informationsobjekte (Text, Bild, Ton, Video, Netzwerke usw.) kann die Analyse und Entwicklung solcher Systeme nicht mehr ausschließlich auf datentechnischer Ebene erfolgen, sondern muß künftig auf einem Abstraktionsniveau durchgeführt werden, das dem Anwender alle Informationen in seiner Sichtweise und unabhängig von ihrem Ursprung zur Verfügung stellt. Systeme, die die geforderte Flexibilität bei gleichzeitiger Kontrolle der modularen Strukturen gewährleisten, stützen sich auf ein Informationsmanagement, das auf dem in dieser Arbeit entwickelten Modellkonzept aufbaut. Künftige Lösungen, sei es auf übergreifender Ebene oder nur für Teilbereiche, werden sich deshalb beim Aufbau von rechnergestützten Werkzeugen für die Produkt- und Prozeßplanung an dem hier beschriebenen Ansatz orientieren.Ensuring the greatest possible flexibility in all stages of development and production is becoming increasingly important in view of difficult market conditions and ever faster changing customer needs. In the present work, a model concept is created that depicts information, processes and functional components within the product and process planning on an abstract level. This model serves as the basis for the construction of computer-aided tools and can be used integratively into production. The deficits of existing computer solutions shown in Chapter 2 above all show the problems of both heterogeneity and the very different perspectives of the people involved in the planning. An early consideration of implementation and implementation details in the development of these tools increases the diversification in the target systems even more. A comprehensive consideration and verification of the correct representation of the real section is no longer possible. In recent years, the use of object-oriented methods has increased, particularly in the area of program development. The elements in the modeling of reality sections correspond more closely to the human approach compared to the purely procedural languages of conventional software systems. At the same time, they enable the mapping of complex elements that remain transparent with the help of the inherent abstraction. The planning elements shown in Chapter 3 are mapped using the object-oriented constructs mentioned and structured for the area of product and process planning. It is important that there is a decoupling between product and resource information. This information gap is closed by a module that is able to provide the respective user views with the corresponding information on both sides. The description of the product within the model is shown in Chapter 4. By displaying the information as objects that control the planning process when instantiated, the product planner can define a neutral description in the form of product status transitions at any level of detail and according to his level of information. The neutral figure contains the tasks that should be carried out by the processes within the production. In contrast to a static view, chapter 5 on the connection of resources focuses on the depiction of the functional properties. Resource operations can thus be directly identified and checked as part of the objective function of process planning. Thanks to a flexible hierarchical structure, it is also possible to structure it according to various technological aspects. The combination of the two descriptive modules by means of a neutral component, which combines information from production and assembly technology requirements with functional, operation-oriented components, takes place in Chapter 6. The advantage of the PROCESS module is, on the one hand, the presentation of the amount of technology options as an information base that corresponds to the product planner provides process-oriented knowledge to its user perspective. On the other hand, by mapping the technologies to resource-neutral operations, a decoupling of resource-related boundary conditions takes place, but at the same time the defined orientation of the technology solutions according to entrepreneurial criteria (costs, standards, etc.) In this way, the process planner has a network of solutions that shows the possible alternatives at every level of detail and in turn integrates the selected solution into the system. The explanations given in the chapters for the area of automated adhesive application are specified in Chapter 7 using an exemplary implementation of the PROCESS module. The coupling of this module to a real assembly cell shows the benefits of the concept for operation that go beyond the planning. The model concept shown in this work comprehensively takes into account the different structures and perspectives in the planning process. When developing computer-aided tools, a higher-level concept is therefore used that guarantees the integration of data, processes and functions. This leads to an increased demand for software solutions, which in future will no longer only be able to meet specific, isolated and specialized tasks, but will have to be integrated into an overall concept with a dedicated function at a higher level. The use of an object-oriented approach enables detailing in every phase of the development of solutions and at the same time represents a better equivalent for the mapping of human planning procedures. "Human resources" can therefore be integrated into the model without any problems. An advantage that will become increasingly important in the future will gain in order to be able to use human creativity as a potential for rationalization, which is possible to a much lesser extent with given, rigid structures. The developments in the field of "rapid prototyping" have already led to considerable savings in product development in recent years. Computer-aided tools are coupled with one another for a specific manufacturing process and the process chain is optimized for a dedicated area. The result of the planning is a physical model which, however, has to be created again and again as soon as a change is made to the product. Today, a system is required that allows changes in design, functionality, design, material, etc. at any stage of product development without the need for time-consuming re-planning Interactions with other areas should be shown in a very short time. "Virtual prototyping" follows an approach in which physical models are completely omitted in the planning and various computer-aided tools are linked using an internal computer model should be. The rationalization potential that this development methodology offers can be further increased significantly if individual components can be exchanged as desired and all planning instances are comprehensively mapped. It is important to consider far more extensive structures than before, to master and coordinate them. Due to the associated integration of multi-layered, distributed and heterogeneous information objects (text, image, sound, video, networks, etc.), the analysis and development of such systems can no longer be carried out exclusively at the data technology level, but must in future be carried out at an abstraction level which Provides users with all information in their perspective and regardless of their origin. Systems that guarantee the required flexibility while simultaneously checking the modular structures are based on information management that is based on the model concept developed in this work. Future solutions, whether at a comprehensive level or only for sub-areas, will therefore be based on the approach described here when building computer-aided tools for product and process planning

Regionalized implementation strategy of smart automation within assembly systems in China

Produzierende Unternehmen in aufstrebenden Nationen wie China, sind bestrebt, die Produktivität der Produktion durch eine Verbesserung der Lean Produktion mit disruptiven Technologien zu erreichen. Smart Automation ist dabei eine vielversprechende Lösung, allerdings können Unternehmen aufgrund von mangelnden Ressourcen oft nicht alle Smart Automation Technologien gleichzeitig implementieren. Ebenso beeinflusst eine Vielzahl an Einflussfaktoren, wie z.B. Standortfaktoren. Dementsprechend herausfordernd ist die Auswahl und Priorisierung von Smart Automation Technologien in Form von Einführungsstrategien für produzierende Unternehmen. Der Stand der Forschung untersucht nur unzureichend die Analyse der Interdependenzen zwischen Standortfaktoren, Smart Automation Technologien und Key Performance Indikatoren (KPIs). Darüber hinaus mangelt es an einer Methode zur Ableitung der Einführungsstrategie von Smart Automation Technologien unter Berücksichtigung dieser Interdependenzen. Entsprechend trägt diese Arbeit dazu bei, eine regionalisierte Einführungsstrategie von Smart Automation Technologien in Montagesystemen zu ermöglichen. Zunächst werden die Standortfaktoren, Smart Automation Technologien und KPIs identifiziert. In einem zweiten Schritt werden, mit Hilfe von qualitativen und quantitativen Analysen, die Interdependenzen bestimmt. Anschließend werden diese Interdependenzen auf ein Montagesystem mittels hybrider Modellierung und Simulation übertragen. Im vierten Schritt wird eine regionalisierte Einführungsstrategie durch eine Optimierung und eine Monte-Carlo-Simulation abgeleitet. Die Methodik wurde im Rahmen des deutsch-chinesischen Forschungsprojekts I4TP entwickelt, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt wird. Die Validierung wurde erfolgreich mit einem produzierenden Unternehmen in Beijing durchgeführt. Die entwickelte Methodik stellt einen neuartigen Ansatz zur Entscheidungsunterstützung bei der Entwicklung einer regionalisierten Einführungsstrategie für Smart Automation Technologien in Montagesystemen dar. Dadurch sind produzierende Unter-nehmen in der Lage, individuelle Einführungsstrategien für disruptive Technologien auf Basis wissenschaftlicher und rationaler Analysen effektiv abzuleiten

Entwerfen Entwickeln Erleben 2014 – Beiträge zur virtuellen Produktentwicklung und Konstruktionstechnik: Dresden, 26.-27. Juni 2014

Die Konferenz Entwerfen – Entwickeln – Erleben bietet ein besonderes Podium zum Austausch von Wissenschaftlern und Praxisvertretern aus den zentralen Bereichen der Produktentwicklung. Der vorliegende Band enthält Beiträge der EEE2014 unter anderem zu Industrie 4.0, Cyber-Phy­sical Systems und Virtual Reality in vielfältigen Anwendungsbereichen des Maschinenbaus, zu Innovationsmanagement, Konstruktionsmetho­dik und Product Lifecycle Management sowie zu Reverse Engineering und generativen Verfahren. Die Technischen Universität Dresden und technischesdesign.org ermög­lichten in Kooperation mit der Gruppe Virtuelle Produktentwicklung der Wissenschaftlichen Gesellschaft für Produktentwicklung (WiGeP), dem Mathematisch-Physikalischen Salon der Staatlichen Kunstsammlungen Dresden und der Hochschule für Bildende Künste Dresden die fachüber­greifende Diskussion des Schwerpunkt-Themas inmitten der Dresdner Altstadt. In diesem Band sind die Beiträge zur Konstruktionstechnik und zur Virtuellen Produktentwicklung enthalten, ein weiterer Band (http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:14-qucosa-144950, herausgegeben von Mario Linke et al.) fasst die Bei­träge zum Technischen Design zusammen.:Beschreibungsmethode für die Repräsentation cyber-physischer Produktionssysteme Daniel Strang, Nadia Galaske und Reiner Anderl 13 Industrie 4.0 und der „Faktor“ Mensch: Psychologische Herausforderungen der vierten industriellen Revolution Bettina Schleidt 27 Modell Based Systems Engineering auf einer Plattform für PLM Martin Eigner 39 Enterprise Integration als Herausforderung und Ziel im Produktlebenszyklus Michael Spranger, David Hein und Alexander Hoffmann 57 Innovation Management: Erfolgreiche Innovationen durch Einbindung aller Mitarbeiter Ulf Köster 69 Zukunft der Wertschöpfung aus Sicht des Lebenszyklusmanagement Heinz-Simon Keil 75 bee® – eine Software zur Integration von VR im Planungs- und Montageprozess Oliver Schwarz und Olaf Zupke 93 Produktmodelle als Dreh- und Angelpunkt der Entwicklung von cyberphysischen Systemen Michael Pfenning, Christian Tschirner und Andreas Uhlig 103 Umsetzung einer eigenschaftsbasierten Simulationsplanung in einem PDM-System Johannes Kößler, Jochen Reitmeier und Kristin Paetzold 113 Risikoidentifizierung zur proaktiven Qualitätsabsicherung in der Virtuellen Produktentstehung Rainer Stark, Roland Jochem, Pascal Lünnemann und Johannes Schober 127 Integration von elektrischem Energiebedarf als Planungsgröße in der Produktionsfeinplanung Detlef Gerhard 141 Lebenszyklusorientiertes Konfigurationsmanagement – Neue Anforderungen an PLM Patrick Müller, Roland Drewinski und Helmut Auler 155 Product Lifecycle Management und Dienstleistungen: Methode und Werkzeug zur Unterstützung von Dienstleistungen innerhalb des PLM-Ansatzes Christian Zinke, Lars-Peter Meyer und Frieder Swoboda 167 Wartungsprozesse dynamisch unterstützen – ein Modell für die Zukunft? Thomas Burger 177 Advanced Virtual Reality and Visualization Support for Factory Layout Planning Sebastian Pick, Sascha Gebhardt, Kai Kreisköther, Rudolf Reinhard, Hanno Voet, Christian Büscher and Torsten Kuhlen 187 Durchgängige Lösung zur Unterstützung von Wartungsprozessen durch Augmented Reality mit Smart Devices Michael Abramovici und Matthias Neges 199 Nutzung von Virtual Reality als interaktive Testumgebung in der Produktentwicklung Eckhart Wittstock, Mario Lorenz, Franziska Pürzel und Volker Wittstock 213 Prototypen mit einer Mixed-Reality-Brille erleben – Vom Entwurf zur Simulation und Visualisierung Sebastian Voigt, Martin Großer, Marius Vopel und Günter Kunze 225 Effektive Anwendung optischer 3D-Messsysteme im Produktionsprozess von Gussteilprototypen sowie beim Reverse Engineering Andreas Knoch 239 Entwicklung eines Leitfadens zur methodischen Weiterentwicklung von Bauteilen anhand von Praxisbeispielen Andreas Meyer-Eschenbach und David Rudolz 251 Untersuchung generativ gefertigter medizinischer Prüfkörper durch das Streiflicht-Scanverfahren Fabian Klink und Kevin Kuhlmann 263 Vom Ideal- zum Realmodell: Bauteile mit Fertigungsabweichungen durch automatische FE-Netzadaption simulieren Sebastian Katona, Philipp Kestel, Michael Koch und Sandro Wartzack 275 3D-Digitalisierung und Datenaufbereitung zweier Monumentalplastiken mit unterschiedlichen Verfahren – ein Praxisbericht Christine Schöne 287 Interdisziplinäre Kooperation bei der Erstellung virtueller geschichtswissenschaftlicher 3D-Rekonstruktionen Sander Münster 299 Nutzung digitaler Werkzeuge für die Umsetzung eines künstlerischen Entwurfs Wolfgang Steger, Christine Schöne, Lisa Ewald und Ulrich Eißner 313 3D-Druck von metallischen Mikrobauteilen mittels Mikro Laser Sintern Joachim Göbner und Matthias Winderlich 325 Additive Manufacturing – Integration von Fertigung und Produktentwicklung Alexander Martha, Thivakar Manoharan und Peter Köhler 331 Bionische Radien als User Defined Feature Martin Wiesner und Sándor Vajna 345 Faser-Thermoplast-Verbund: Neue Möglichkeiten zur Entwicklung von Leichtbauprodukten Maik Gude, Michael Krahl, Christian Garthaus und Michael Stegelmann 357 Grafikorientierte Darstellung verteilter Simulationsergebnisse und Entscheidungsprozesse Hans-Peter Prüfer 369 Integration der GPS in den methodischen Konstruktionsprozess nach VDI 2221 Erhard Leidich, Marko Ebermann und Sophie Gröger 383 Methodische Konstruktion eines Nachlauf Range Extenders zur Verbesserung der Reichweite von Elektrofahrzeugen Carsten Haugwitz, Kevin Kuhlmann, Jonas Crackau und Karl-Heinrich Grote 397 Methode zur kundenorientierten Validierung im Entwicklungsprozess innovativer Fahrzeugsysteme Albert Albers, Jürgen Becker, Matthias Behrendt, Oliver Sander und Fabian Schille 407 Webgestützte Konstruktionsmethodik im Einsatz: Eine erste Evaluation Marc Oellrich und Frank Mantwill 417 Ein Ansatz zur methodischen, CAD integrierten Toleranzsynthese Tim Katzwinkel, Jan Erik Heller und Jörg Feldhusen 433 Einsatz von Ontologien zur Vernetzung von Wissensdomänen in der nachhaltigen Produktentstehung am Beispiel des Sonderforschungsbereiches 1026 Rainer Stark, Wei Min Wang, Anne Pförtner und Haygazun Hayka 451 Untersuchungen von Toleranzketten im parametrischen 3D-CADSystem Stephan Husung, Axel Oberänder, Annika Geis und Christian Weber 465 3D-Aufstellpläne für komplexe Industrieanlagen Robert Bonca 477 Approximation der Wirklichkeit – Hairy root Wachstumssimulation mit 3D-Visualisierung Felix Lenk, Patrick Oberthür und Thomas Bley 485 CAD im Kontext der Industrie 4.0 Thomas Hagenreiner, Peter Köhler und Thivakar Manoharan 497 Computergestützte Wissenserhebung und visuelle Modellierung von Konfigurationsregeln für komplexe Produkte Marius Brade, Robert Bonca und Rainer Groh 509 Gestaltung und Konstruktion historischer Leuchten Peter Schulze, Hartmut Stabler, Annette Jacob und Thomas Hinz 517 Innovative Applikationen für zellulare metallische Werkstoffe für Biosensorik und Biokatalyse Anett Werner, Ralf Hauser und Thomas Bley 527 Klassifikation und Handhabung von Unsicherheiten zur entwicklungsbegleitenden Erfassung des Produktreifegrades Thomas Luft und Sandro Wartzack 535 Produkt- und Prozessdatenmodellierung im Kontext der Blechmassivumformung Thilo Breitsprecher, Andreas Meinel, Martin Thummet und Sandro Wartzack 551 Leichtbaugussteile mittels Niederdruck-Vollformgießverfahren Malchasi Aitsuradze, Jürgen Bast und Bertram Hentschel 565 Blechdickenreduktion an einem PKW-Mittelschalldämpfer mit Hilfe innovativer Optimierungsmethoden Alexander Krauß, Christoph Schleicher und Uwe Fischer 577 Mit innovativer Technologie und optimaler Auslegung zum effizienten Gesamtprozess – Integrative Produkt- und Prozessoptimierung beim Thermoformen Marcus Stein, Sascha Bach, Ronald Claus und Jens-Peter Majschak 589 Überlegungen zur digitalen Verknüpfung von Normen und standardisierten Algorithmen zu Berechnungsbaugruppen Denis Polyakov und Willi Gründer 605 Auswahl anwendungsoptimaler Antriebssysteme als Basis für die Komposition von Antriebsbaukästen Alexander Klause und Detmar Zimmer 619 Neue Konzepte zur Erstellung komplexer Konfigurationen Michael Wegner, Georg Freitag und Markus Wacker 637 Parametrische und interkonnektive Synthesemethoden zur effizienten Entwicklung neuer Mechanismen Maik Berger, Stefan Heinrich und Andreas Heine 649 Generative Fertigung – Handlungsbedarfe und entscheidungsgestützte Prüfung auf RPT-gerechte Konstruktion Alexander Arndt und Reiner Anderl 667 Sah!-Methode zur Verbesserung der Zusammenarbeit mittels der Identifikation interdisziplinärer Netzwerke Mathias Tralau, Fernando Kabisch und Frank Mantwill 681 Speed Design – Konstruieren mit Köpfchen Frank Mantwill 697 Systematische Entwicklung von Lösungskonzepten für spezifische Problemstellungen im Montageanlagenbau Dieter Fischer, Andreas Schulz, Andreas Richter und Carsten Keller 703 Über die gestalterische Phase des Konstruktionsprozesses unter dem Gesichtspunkt der objektorientierten Informatik Peter Sigalov 715 Untersuchungen der Form- und Maßabweichungen von generativ gefertigten dünnwandigen Hohlzylindern Kevin Kuhlmann, Fabian Klink, Tobias Stefaniak, Patrick Hebner und Karl-H. Grote 725 Validierung kundenorientierter funktionaler Anforderungen unter Berücksichtigung abweichungsbehafteter Geometrien und systembedingter Variationen Matthias Ehlert, Andreas Stockinger und Sandro Wartzack 743 Die Bedeutung von Prototypen für den Lernerfolg von interdisziplinären studentischen Produktentwicklungsprojekten Katharina Albrecht, Paul Gerber, Ingmar Langer, Julian Sarnes, Susanne Sprenger und André Stocker 75

Veränderungsfähigkeit getakteter Fließmontagesysteme: Planung der Fließbandabstimmung am Beispiel der Automobilmontage

Produzierende Unternehmen der Automobilindustrie sind mit der Herausforderung konfrontiert die Marktdurchdringung elektrisch angetriebener PKW wirtschaftlich zu gestalten. Die Prognose der zukünftigen Jahresabsatzzahlen unterschiedlicher Antriebskonzepte unterliegt einer hohen Unsicherheit, sodass die schnelle und wirtschaftliche Reaktion von Unternehmen auf Veränderungen zu einem wesentlichen Erfolgsfaktor wird. Das Ziel der vorliegenden Dissertation besteht in der Entwicklung einer Methodik zur Fließbandabstimmung, die sowohl Flexibilitäts- und Wandlungsfähigkeitsanforderungen aufgrund Veränderungen im Variantenmix berücksichtigt, als auch eine Bewertung der resultierenden Kosten ermöglicht. Hierzu erfolgt die Entwicklung eines multikriteriellen Optimierungsmodells, das in Abhängigkeit möglicher zukünftiger Szenarien veränderungsfähige Fließbandabstimmungen erzeugt. Da Flexibilitätsuntersuchungen und die monetäre Bewertung zur Auflösung von Überlast erst nach erfolgter Reihenfolgeplanung durchzuführen sind, wird eine der Optimierung nachgelagerte Bewertung der Fließbandabstimmungen vorgenommen. Aufgrund der konkurrierenden Zielkriterien von Kosten, Flexibilität und Wandlungsfähigkeit schließt die Methodik mit einer multikriteriellen Auswahlentscheidung alternativer Fließbandabstimmungen. Zur Erhöhung der Praxistauglichkeit wurde der Ansatz prototypisch implementiert und im Rahmen einer Pilotanwendung erprobt. Zusammenfassend leistet die entwickelte Methodik einen wesentlichen Beitrag zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit von Fließbandabstimmungen im unsicheren Marktumfeld durch den zielgerichteten Einsatz von Veränderungsfähigkeit

Integration elektromechanischer CA-Anwendungssysteme über einem STEP-Produktmodell

Ein Problem der Spezialisierung industriealisierter Wirtschaftsstrukturen in einzelne Leistungserbringer ist die Kommunikation zwischen Anbietern und Nachfragern von Gütern und Dienstleistungen. Dies gilt sowohl zwischen kooperierenden Unternehmen als auch innerhalb eines Unternehmens zwischen unterschiedlichen Abteilungen. Durch die Nutzung rechnergestützter Hilfsmittel wird diese Kommunikationsproblematik nicht gelöst, sondern auf eine neue Stufe gehoben. Während die rechnergestützte Bearbeitung administrativer Unternehmensvorgänge oftmals zentralistisch organisiert und über Datenbanklösungen integriert wurde um Kommunikationsvorgänge zu minimieren, ließen sich technische EDV-Systeme bisher weder effizient koppeln noch zentral oder verteilt integrieren. Grund hierfür sind hochspezialisierte interne Datenstrukturen technischer Anwendungssysteme die allgemeingültigen Modellen wenig zugänglich waren. Mit der unter der ISO definierten Norm ISO-10303 (STER Standard for the Exchange of Product Model Data) wird ein einheitliches Modell für produktbeschreibende Informationen geschaffen. Über die Modellbildung hinaus wird jedoch sogar eine Referenzarchitektur für die Entwicklung von Anwendungs- und Implementierungsmodellen bereitgestellt. Dabei stellt die Modellierungssprache EXPRESS fundamentalen Kern der Architektur von STEP dar. Die Entwicklung von Werkzeugen zur Unterstützung der Implementierung der einzelnen Teile der Norm ISO-10303 stellt ein Ergebnis der geleisteten Arbeit dar. Insbesondere die Verarbeitung der Modellierungssprache EXPRESS, in der sowohl Anwendermodelle, Referenzmodelle sowie Metamodelle der Implementierungsprinzipien beschrieben werden, wurde effizient unterstützt. In der Arbeit wird auf ein flexibles Implementierungswerkzeug für jegliche in EXPRESS definierte Modelle gesetzt. Die Nutzung beliebiger EXPRESS-Modelle als Basis von Implementierungen wird dadurch möglich. Die vier in der Norm ISO-10303 diskutierten und teilweise genormten Implementierungsmethoden Austauschdatei, Datenbasis mit Zugriffsschnittstelle SDAI (Standard Data Access Interface), Hauptspeicherstruktur und Wissensbasis wurden prototypisch in der Arbeit realisiert. In die noch laufenden Normierungstätigkeiten konnten dadurch wertvolle Spezifikationshinweise eingebracht werden. Während zu Beginn der Entwicklung von STEP primär die Definition von Datenmodelle und daraus abgeleitet, Dateiformate zum Austausch von Produktinformationen im Vordergrund stand, stellt im weiteren Verlauf der STEP-Entwicklung die koordinierte Verwaltung von Produktinformationen einen Schwerpunkt dar. Die in Datenbanksystemen vorhandenen Fähigkeiten zur Datenverwaltung stellen einen Ansatz zur Realisierung von Produktdatenbanken dar. Die in STEP definierten Produktmodelle können dabei als Datenbankschemata benutzt werden. Die heute in industriellen Umgebungen eingesetzten Datenbankprinzipien der relationalen und objektorientierten Datenbanksysteme werden hinsichtlich ihrer Einsetzbarkeit als Basissysteme für STEP-Produktdatenbanken untersucht und für ein Datenbanksystem, das eine spezielle Erweiterung des relationalen Modells darstellt, eine Implementierung einer STEP-Datenbank vorgenommen. Die primären Anwendungsprobleme, für die mit Hilfe von STEP Austauschszenarien bewältigt werden können, sind im Bereich des Datenaustausches zwischen CAD/CAE- Systemen zu finden. Besonders CAD-Systeme, die die Repräsentation dreidimensionaler technischer Objekte ermöglichen, profitieren von der ausdrucksstarken Modellbildung der STEP Geometrie-Partialmodelle. Für leistungsfähige geometrische Modellierwerkzeuge wurde ein Datenaustauschszenario skizziert und mit Hilfe von realisierten STEP-Pre- und Postprozessoren unterstützt. Der Integrationsaspekt von zukünftigen, unternehmensweiten CAD/CAE-Anwendungssystemen wird durch die Fähigkeit dieser Anwendungen bestimmt, STEP-konforme Daten aus Datenbasen zu entnehmen und für diese bereitzustellen. Während neu zu realisierende Anwendungssysteme zur Verwaltung von Produktdaten eine SDAI-Schnittstelle als integralen Bestandteil realisieren können, sind vorhandene Systeme mit Schnittstellen zu einem SDAI auszurüsten. Der geometrische Modellierer Acis wurde mit einem derartigen Interface versehen, um eine Integration von CAD-Anwendungssystemen die auf diesem Modellierer beruhen, auf STEP/SDAI-basierten Datenbasen zu ermöglichen. Die Probleme der langer Transaktionen stellen in diesem Zusammenhang neue Anforderungen Datenbankmanagementsysteme. Die Bearbeitung von STEP-basierten Problemlösungen kann aus einer anwendungsfreien und einer anwendungsorientierten Sicht vorgenommen werden. Während Werkzeuge, die zur Unterstützung der Implementierung von Anwendungssystemen aus EXPRESS-Modellen heraus dienen, zunächst anwendungsfrei gehalten werden können, muß ein STEP-basiertes Anwendungssystem die Anforderungen, die aus dem Anwendungsreferenzmodell eines STEP-Anwendungsprotokolls stammen, inhaltlich berücksichtigen. Die aus der Entwicklungsmethodik für STEP-Anwendungsprotokolle abgeleitete problematische Beziehung zwischen Anwendungsmodell und Referenzmodell wurde kritisch hinterfragt und neue Lösungsansätze vorgestellt. Spritzgegossene dreidimensionale Schaltungsträger stellen ein Beispiel eines mechatronischen Produktes in einer neuen Produkt- und Produktionstechnologie dar. Das Defizit von Entwicklungswerkzeugen für die Produkt- und Produktionsgestaltung dieser Produkttechnologie ist vor allem durch fehlende und in den existierenden CAD/CAE-Systemen nur ineffizient realisierbare Modellbildung für derartige Produkte begründet. Das STEP-Anwendungsprotokoll 210 stellt einen akzeptablen Ansatz für eine integrierte elektromechanische Modellbildung bereit. Die in elektronisch oder mechanisch orientierten Systemen fehlenden Entwurfsfunktionen 3D-Layout und 3D-Entflechtung wurden auf einem geometrischen Modellierer realisiert. Der Prototyp wurde als integraler Bestandteil eines STEP-Anwendungssystems konzipiert und realisiert. Mit einem Anwendungsbeispiel konnte die prinzipielle Tragfähigkeit des integrierten Ansatzes nachgewiesen werden.One problem with the specialization of industrialized economic structures in individual service providers is the communication between suppliers and consumers of goods and services. This applies both between cooperating companies and within a company between different departments. By using computer-assisted aids, this communication problem is not solved, but raised to a new level. While the computer-assisted processing of administrative company processes was often organized centrally and integrated via database solutions to minimize communication processes, technical EDP systems have so far been neither efficiently coupled nor integrated centrally or distributed. The reason for this is highly specialized internal data structures of technical application systems that were generally inaccessible to models. The ISO-10303 (STER Standard for the Exchange of Product Model Data), defined under the ISO, creates a uniform model for product descriptive information. In addition to modeling, however, a reference architecture for the development of application and implementation models is also provided. The modeling language EXPRESS represents the fundamental core of the architecture of STEP. The development of tools to support the implementation of the individual parts of the ISO-10303 standard is a result of the work done. In particular, the processing of the modeling language EXPRESS, in which both user models, reference models and metamodels of the implementation principles are described, was efficiently supported. The work is based on a flexible implementation tool for any models defined in EXPRESS. This makes it possible to use any EXPRESS models as the basis of implementations. The four implementation methods exchange file, database with SDAI (Standard Data Access Interface), main memory structure and knowledge base, discussed and partially standardized in the ISO-10303 standard, were implemented prototypically in the work. As a result, valuable specification notes could be included in the ongoing standardization activities. At the beginning of the development of STEP, the primary focus was on the definition of data models and, derived from them, file formats for the exchange of product information. In the further course of STEP development, the coordinated administration of product information will be a focal point is an approach to the realization of product databases. The product models defined in STEP can be used as database schemes. The database principles of relational and object-oriented database systems used today in industrial environments are examined with regard to their usability as basic systems for STEP product databases and an implementation of a STEP database is carried out for a database system that represents a special extension of the relational model. The primary application problems for which STEP exchange scenarios can be dealt with can be found in the area of data exchange between CAD / CAE systems. CAD systems in particular, which enable the representation of three-dimensional technical objects, benefit from the expressive modeling of the STEP geometry partial models. A data exchange scenario was outlined for high-performance geometric modeling tools and supported with the help of implemented STEP pre- and postprocessors. The integration aspect of future, company-wide CAD / CAE application systems is determined by the ability of these applications to extract STEP-compliant data from databases and make them available for them. While newly implemented application systems for managing product data can implement an SDAI interface as an integral part, existing systems must be equipped with interfaces to an SDAI. The geometric modeler Acis was provided with such an interface to enable the integration of CAD application systems based on this modeler on STEP / SDAI-based databases. The problems of long transactions place new demands on database management systems in this context. STEP-based problem solutions can be processed from an application-free and an application-oriented perspective. While tools used to support the implementation of application systems from EXPRESS models can initially be kept application-free, a STEP-based application system must take into account the content of the requirements that come from the application reference model of a STEP application protocol. The problematic relationship between the application model and the reference model derived from the development methodology for STEP application protocols was critically examined and new solutions were presented. Injection molded three-dimensional circuit carriers represent an example of a mechatronic product in a new product and production technology. The deficit of development tools for the product and production design of this product technology is mainly inefficient due to the lack of and in the existing CAD / CAE systems feasible model formation for such products justified. The STEP application protocol 210 provides an acceptable approach for integrated electromechanical modeling. The design functions 3D layout and 3D unbundling, which are missing in electronically or mechanically oriented systems, were realized on a geometric modeler. The prototype was designed and implemented as an integral part of a STEP application system. An application example was used to demonstrate the basic sustainability of the integrated approach