Potenzialanalyse der Modularisierung in der Automobilindustrie für die Freigabe automatisierter Fahrzeuge

Die höchste Stufe der Automatisierung in Fahrzeugen („volle Automation“, SAE Level 5) ermöglicht das Fahren, ohne dass der Fahrer in jeglicher Hinsicht eingreifen muss. Neben den gesellschaftlichen Vorteilen (Verringerung der Unfallzahl, weniger Staus, Reduktion der CO2-Ausstöße) ist die Hauptmotivation einer solchen Automatisierung der Komfortgewinn für den Fahrer. Trotz dieser Vorteile findet man zum jetzigen Zeitpunkt noch keine vollautomatisierten Fahrzeuge auf dem Markt. Somit stellt sich die Frage, welche Faktoren die Markteinführung verhindern. Eine große Herausforderung, die momentan eine Zulassung automatisierter Fahrzeuge verhindert, ist das Testen. Die Problematik besteht darin, dass eine Übertragung der Testkonzepte für Fahrerassistenzsysteme (FAS) auf automatisierte Fahrzeuge aufgrund ökonomischer und zeitlicher Hindernisse (Freigabefalle, Parameterraum- explosion) nicht ohne Anpassung möglich ist. Aus diesem Grund wird im Projekt UNICARagil, das 4 vollautomatisierte Fahrzeuge entwickelt, ein modularer Ansatz eingesetzt, der das Gesamtsystem in funktional und physisch relativ unabhängige Subsysteme (Module) aufteilt. Dies ermöglicht u.a. das partikuläre Testen, sodass jedes Modul individuell getestet und somit der Testaufwand durch Parameterraumeinschränkung reduziert werden kann. Diese Thesis widmet sich einer Potenzialanalyse der Modularisierung zur Freigabe automatisierter Fahrzeuge. Dafür werden auf der Grundlage von Literaturrecherchen unterschiedliche Aspekte der Modularisierung (insbesondere aus wirtschaftlicher Perspektive) betrachtet und analysiert: der Einfluss einer Modularisierung auf die Aufgabenverteilung zwischen Automobilherstellern und Lieferanten, die Auswirkungen dieser Verteilung auf die Entwicklung und Vermarktung der Module bzw. Fahrzeuge und die Grenzen einer Modularisierung. Darüber hinaus wird das Potenzial einer verstärkten Modularisierung (Prinzip des modularen Baukastens) und eines System of Systems bewertet, sodass dessen Auswirkungen auf die Einführung automatisierter Fahrzeuge untersucht werden können. Die Arbeit endet mit einer Analyse der Markstrukturen aufgrund einer verstärkten Modularisierung. Durch die Analysen konnten zahlreiche Erkenntnisse gewonnen werden. Eine Modularisierung bewirkt eine große Umstrukturierung der Aufgaben zwischen den Automobilherstellern und den Zulieferern. Die Automobilhersteller müssen sich nun auf die Entwicklung markenprägender Module konzentrieren während die First-Tier-Lieferanten mit der Entwicklung der nicht-markenprägenden Module beauftragt werden. Diese neue Verteilung hat einerseits den Vorteil, dass die Entwicklungszeiten verkürzt werden und somit schneller auf Marktänderungen reagiert werden kann. Andererseits entstehen Schwierigkeiten u.a. beim Austausch von Informationen zwischen den Lieferanten untereinander und zwischen den Automobilherstellern und den Lieferanten bezüglich der Schnittstellen der Module, da die benötigten Informationen oft vertraulich sind. Weiterhin zeigt die Potenzialanalyse der verstärkten Modularisierung, dass diese für die Einführung automatisierter Fahrzeuge vorteilhaft sein kann, u.a., wenn die Funktionen aus den unteren Stufen der Automatisierung kombiniert und in der höchsten Stufe eingesetzt werden können. Auch für die Lieferanten ergibt sich eine Verbesserung durch die verstärkte Modularisierung, da diese zu einer Gleichstellung der Lieferanten und der OEMs bzgl. der Marktmacht führt

Montagecluster zur Strukturierung der Fahrzeugendmontage – Eine Methode zur frühzeitigen Planung und Auslegung von Endmontagelinien

Vor dem Hintergrund der steigenden Komplexität in der Fahrzeugendmontage beschäftigt sich die vorliegende Dissertation mit einer Methode zur frühzeitigen Auslegung und Abschätzung von Fahrzeugendmontagelinien und deren Umsetzung in einer digitalen Planungssoftware. Dabei wird unter Zuhilfenahme bereits bestehender produkt- und prozessseitiger Maßnahmen zur Komplexitätsreduzierung der Lösungsraum abgegrenzt. Bei der Analyse der bestehenden Konzepte und der daraus resultierenden Abgrenzung hat sich herausgestellt, dass ein Mangel an Methoden zur frühzeitigen Strukturierung der Fahrzeugendmontage vorliegt. Diese Lücke soll mit dieser Arbeit geschlossen werden, indem eine Methode zur frühzeitigen Planung und Auslegung von Endmontagelinien entwickelt wird. Dafür wird basierend auf den Anforderungen vom Produkt, den prozessseitigen Restriktionen und den Anforderungen von Betriebsmitteln, eine Vorgehensweise zur Clusterung von Bauteilen entwickelt und anhand von drei Fallbeispielen validiert. Eine Vorkategorisierung der Bauteile nach einer eigenen Systematik ermöglicht dabei eine vereinfachte Ausgangssituation zur nachfolgenden Clusterung. Der größte Einfluss bei der Clusterung wurde durch die Fügerangfolge und den Einbauort eines Bauteils erzeugt, sodass dies die wichtigsten Kriterien bei der Bildung von Montagecluster sind. Eine digitale Absicherung der Vorgehensweise in einer Planungssoftware, ermöglicht zudem eine durchgängige Nutzbarkeit in der praktischen Anwendung.Increasing complexity in the final car assembly forces the production planning to create new methods and planning tools to deal with this increase of complexity. The present dissertation describes a new method for early dimensioning and evaluation of final car assembly lines and the implementation in a digital planning tool. For creating this method, it is necessary to have a closer look at already existing methods of complexity reduction, especially those which describe the product and process side. During the analysis and comparison of the existing methods, it turned out that there is a lack of methods for the early structuring of the final car assembly. The present dissertation fills this gap by developing a method for the early planning and designing of the technical layout of a final car assembly line. Based on the product requirements, the process-sided restrictions and the requirements for production facilities, a procedure for the clustering of components is developed and validated in three case examples. Here, an early categorization of the components according to a specific classification allowed a simplified initial situation for the following clustering. The greatest influence during the clustering was generated through the precedence graph and the installation location of a component. For digital planning, this procedure was implemented and tested in a planning software in order to enable a continuous usability in the practical use

Eine Methodik zur Modellierung robuster Teilzielsysteme für Gewicht in der Automobilindustrie = A Methodology for the Modeling of Robust Partial Objective Systems for Weight in the Automotive Industry

In der vorliegenden Forschungsarbeit wird eine Methodik zur Modellierung robuster Teilzielsysteme für Gewicht in der Automobilindustrie vorgestellt. Die Gestaltung, Prozessintegration und Quantifizierung von Gewichtszielen in der Fahrzeugentwicklung stellen den Kern der Forschungsarbeit dar. Die Methodik hat den Anspruch, das automobile Gewichtsmanagement bei deren Kernaufgaben Planung, Kontrolle, Steuerung und Optimierung der Eigenschaft Gewicht methodisch und prozessual zu unterstützen. Das Fahrzeuggewicht als auslegungskritische und stark wechselwirkende Entwicklungsgröße unterstreicht die hohe Relevanz von Gewichtszielen in der Automobilindustrie. Gewichtsziele sollten dabei als ein kontinuierlich weiterzuentwickelndes Teilzielsystem des gesamten Zielsystems verstanden werden. Die Modellierung der Wechselwirkungen innerhalb und zwischen den Teilzielsystemen stellt dabei eine zentrale Herausforderung dar. Der Lösungsansatz in der vorliegenden Arbeit basiert auf einem durchgängigen Informationstransfer aus vorherigen Produktgenerationen im Sinne des Modells der PGE – Produktgenerationsentwicklung. Zudem wird die Notwendigkeit einer durchgängigen Weiterentwicklung des Zielsystems im Verlauf der Produktentwicklung betont und methodisch unterstützt. Die entwickelte Methodik umfasst zunächst den Aufbau eines Teilzielsystems für Gewicht. Dieser entstand aus der Analyse zahlreicher und teilweise gegenläufiger Anforderungen an Gewichtsziele. Der Aufbau basiert konkret auf der Trennung von anspruchsvollen sowie agilen Zielgewichten und konservativen sowie festen Auslegungsgewichten. Ziel- und Auslegungsgewichte sind über einen projektspezifischen Vorhalt verbunden, der entwicklungsphasenabhängig angepasst wird. Die Synchronisierung und die Integration des Teilzielsystems für Gewicht in den Produktentwicklungsprozess stellen entscheidende Stellhebel zur gewichtsoptimalen Fahrzeugprojektsteuerung dar und bilden daher einen zentralen Teil der Methodik. Die Methodik umfasst zudem ein Methodenset zur Quantifizierung konkreter Gewichtsziele. Die Teilmethoden zeichnen sich durch eine konsequente Nutzung von Vorgängerwissen im Sinne des Modells der PGE aus. Dies soll eine effektive und effiziente Handhabung der steigenden Komplexität, Volatilität und Unsicherheit der Entwicklungsgröße Gewicht ermöglichen. Das Methodenset beinhaltet Teilmethoden zur Bestimmung von Gewichtsunsicherheiten, Gewichtsprognosen, Gewichtschancen und -risiken sowie betriebswirtschaftlichen Gewichtsbewertungen. Die durchgeführte Validierung bestätigt die Eignung der Methodik und ihrer Teilmethoden zur Modellierung robuster Teilzielsysteme für Gewicht in der Automobilindustrie. Im Zuge dessen offenbaren sich weitere Verbesserungspotentiale und Forschungsbedarfe

Standardisierungsaspekte bei der Gießtechnologieauswahl von Zylinderköpfen

Für den Zylinderkopf ist das Schwerkraftgießen ein etabliertes Gießverfahren. Jedoch gehen die Gießereien in der Ausführung des Schwerkraftgusses unterschiedlich vor. Durch die mannigfaltigen Anschnittsysteme und die sich dadurch ergebenden Vor- bzw. Nachteile bei der Herstellung entstehen Unterschiede bei Qualität und Kosten. Ziel dieser Arbeit ist es, Standards und Vereinheitlichungen während der Produktentstehung eines Zylinderkopfes zu etablieren, um eine gleichbleibende Qualität der Zylinderköpfe in den Gießereien zu gewährleisten. Dazu sind vielfältige Ansatzpunkte zu verfolgen. Eine Möglichkeit ist die geometrische Beurteilung des Zylinderkopfs, wie z.B. Wandstärken, Speisungswege und die Außengeometrien. Die nach Lastenheftvorgaben zu erfüllenden Eigenschaften spielen gleichermaßen eine Rolle und haben Einfluss auf die Wahl des Gießverfahrens. Mit Hilfe von speziellen Entscheidungsmethoden ist eine Vorauswahl für ein Gießverfahren möglich. Des Weiteren werden mittels experimentellen Untersuchungen die Entscheidungen gestützt. Die Gießsimulation ist als zusätzliches Auslegungswerkzeug einzusetzen. Hierbei sind Gussfehler im Bauteil zu lokalisieren und zu vermeiden. Unzureichende Speisungswege oder zu geringe Wandstärken durch komplizierte Kerngeometrien sind zu ermitteln. Des Weiteren sind Vorhersagen zu Dendritenarmabständen und Materialausnutzung (Speiserdimensionierung) möglich, die direkt mit der Wahl des Gießverfahrens zusammenhängen. Die Verzahnung von Geometrie- und Metallurgiefaktoren führt idealerweise zur Definition von Standardisierungsaspekten zur Auswahl der Gießtechnologie bei der Zylinderkopfentwicklung. Durch eine parallele Produkt- und Prozessentwicklung ist eine Verkürzung des Produktentstehungsprozesses erreichbar

Robuste Auslegung von Mehrkörpersystemen : frühzeitige Robustheitsoptimierung von Fahrzeugmodulen im Kontext modulbasierter Entwicklungsprozesse

Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Methodik erarbeitet, um im Kontext modulbasierter Entwicklungsprozesse im automobilen Umfeld zu einer optimal robusten Auslegung von Modulen zu kommen. Hierfür werden Unsicherheiten automobiler Entwicklungsprozesse identifiziert und quantifiziert. Vertiefender Schwerpunkt der Arbeit ist die Modulklasse Kinematikmodule, deren Module jeweils durch Mehrkörpersysteme modelliert werden können

Robuste Auslegung von Mehrkörpersystemen : frühzeitige Robustheitsoptimierung von Fahrzeugmodulen im Kontext modulbasierter Entwicklungsprozesse

Im Rahmen dieser Arbeit wird eine Methodik erarbeitet, um im Kontext modulbasierter Entwicklungsprozesse im automobilen Umfeld zu einer optimal robusten Auslegung von Modulen zu kommen. Hierfür werden Unsicherheiten automobiler Entwicklungsprozesse identifiziert und quantifiziert. Vertiefender Schwerpunkt der Arbeit ist die Modulklasse Kinematikmodule, deren Module jeweils durch Mehrkörpersysteme modelliert werden können

International, flexibel und mit Tendenz zum Greening? Krisenbewältigungsstrategien und Erwerbsregulierung 2008/2009 am Beispiel von Volkswagen und BMW

Den Folgen der Weltwirtschaftskrise in den Jahren 2008 und 2009 wurden von Unternehmen zu Unternehmen im internationalen Maßstab auf recht unterschiedliche Weise begegnet. Wie die vergleichende Fallstudie zeigt, lassen sich für den Zusammenhang der deutschen Automobilindustrie einerseits gemeinsame Rahmenbedingungen identifizieren, deren konkrete Ausprägung sich jedoch je nach organisationaler Beschaffenheit unterscheidet. Dies soll in diesem Beitrag anhand der Analyse der Dimensionen Unternehmensstruktur/Kapitalstrategie, Produktstruktur/Marktstrategie und Produktionssystem/Erwerbsregulierung herausgearbeitet werden.To cope with the impact of the financial crisis of 2008 and 2009, companies developed and pursued a range of different strategies. As the comparative case-study presented in this article shows, the economic segment of the German automotive industry one the one hand is framed by similar contextual conditions. On the other hand, the comparative analysis of three dimensions (company-structure/capital-strategy; product-structure/market-strategy; production system/labor regulation) shows, in how far the concrete shapes of a company differ between Volkswagen and BMW

Methodische Unterstützung der initialen Zielsystembildung in der Automobilentwicklung im Modell der PGE – Produktgenerationsentwicklung = Methodical support of the definition of initial system of objectives in automotive develepoment in the model of PGE – Product Generation Engineering

Produkte werden in der Regel nicht auf dem „weißen Blatt Papier“, sondern in Generationen entwickelt. Diese Erkenntnis ist die Grundlage des Modells der PGE – Produktgenerationsentwicklung nach ALBERS. Die systematische Variation von Teilsystemen gegenüber Referenzprodukten des Referenzsystems sowie der damit verbundene Erkenntnistransfer ist dabei die Basis für die methodische Unterstützung komplexer Produkte – wie dem Automobil. Die Automobilentwicklung steht vor großen Herausforderungen: Technologische Umbrüche, wie die zunehmende Vernetzung des Fahrzeugs, steigern die Komplexität in der Gesamtfahrzeugentwicklung. Gleichzeitig verändern Trends, wie die fortschreitende Urbanisierung, Kundenbedürfnisse nachhaltig, bieten aber auch Chancen für Innovationen. Ein an den Kundenbedürfnissen ausgerichtetes Zielsystem ist daher ein zentraler Erfolgsfaktor für eine neue Fahrzeuggeneration. Die Basis für ein erfolgreiches Fahrzeug wird dabei in der Frühen Phase der PGE mit dem initialen Zielsystem gebildet. Auch für das initiale Zielsystem ist ein ganzheitliches und systemisches Verständnis von Zielen unerlässlich. Dabei müssen verschiedenste Ziele, Anforderungen und Randbedingungen berücksichtigt werden, welche durch unterschiedliche organisationale Funktionsbereiche bereitgestellt und verantwortet werden. Aus den skizzierten Herausforderungen resultiert der Bedarf, Prozesse und Methoden zur Unterstützung der initialen Zielsystembildung zu hinterfragen, bestehende Ansätze zu überarbeiten und mit neuen Lösungen zu kombinieren. In dieser Arbeit wird das Verständnis der PGE auf die initiale Zielsystembildung übertragen. Das Produktprofil, welches die Bedarfssituation einer neuen Produktgeneration aus Sicht des Kunden und Anwenders argumentiert, gleichzeitig aber auch den Anbieternutzen berücksichtigt, bildet dabei den methodischen Rahmen. Auf dieser Basis wird ein Referenzproduktmodell entwickelt, welches kundenerlebbare Produkteigenschaften nutzt, um den flexiblen Umgang mit heterogenen Zielabstraktionsgraden in der Frühen Phase der PGE zu ermöglichen. Außerdem wird ein Referenzprozess eingeführt, welcher den spezifischen Rahmenbedingungen der initialen Zielsystembildung in der Automobilentwicklung Rechnung trägt und die robuste Entwicklung des Produktprofils ermöglicht. Ein zentrales Element stellt dabei die bereichsübergreifende Entwicklung und Bewertung des Eigenschaftsprofils dar. Unterstützt wird der Prozess der initialen Zielsystembildung durch spezifische Methoden und Werkzeuge, welche im Rahmen einer menschzentrierten Entwicklung gezielt die Aspekte der PGE mit dem Profilverständnis verknüpfe

Modulorientiertes Produktlinien Engineering für den modellbasierten Elektrik/Elektronik-Architekturentwurf

Heutzutage werden E/E-Architekturen modellbasiert entworfen, um in der Fahrzeugentwicklung frühzeitig den Reifegrad für die fahrzeugweite Vernetzung und Integration von Elektrik, Elektronik und Software abzusichern. Das methodische Konzept und die praktische Umsetzung durch das Modulorientierte Produktlinien Engineering ermöglicht eine Erhöhung der Modellierungseffizienz und der Modellqualität sowie eine Anwenderunterstützung für die Modellierung der komplexen E/E-Architekturmodelle