Kontextorientierte Entwicklung und Absicherung von festen Verbindungen im Produktentstehungsprozess der Automobilindustrie

Produkte werden aufgrund funktionaler, herstellungs- oder wartungstechnischer Belange in eine Vielzahl von Einzelteilen und Baugruppen zerlegt. Gefügt werden diese Komponenten durch diverse Verbindungsarten, welche ein ungewolltes Lösen der Einzelteile verhindern. Prinzipiell lassen sich diese festen Verbindungen in lösbare Verbindungen und nicht-lösbare Verbindungen unterteilen. Während einer Absicherung werden die Ist-Eigenschaften des Produktes analysiert und mit den geforderten Soll-Eigenschaften verglichen. Mit Hilfe von digitalen Absicherungen lassen sich die Merkmale der beteiligten Systeme in den unterschiedlichen Lebensphasen mit den Merkmalen des Produktes in einem gemeinsamen Kontext analysieren. In dieser Arbeit wurde ein Konzept zur einheitlichen Dokumentation von Verbindungen entwickelt. Sowohl allgemeine, als auch kontextabhängige Informationen werden dabei in Verbindungsobjekten archiviert. Diese Informationen werden in digitalen Absicherungsuntersuchungen verwendet.The requirements towards development and validation of products in the automotive industry are raising continuously. During a validation current characteristics of the product are analyzed and compared with the required to-be characteristics. Besides the requirements regarding time, cost and quality also the growing variance of the products lead to new challenges during product development. Especially new technologies like electric drives and a raising number of assistance systems are influencing the design and architecture of new products. Due to functional, productional and service-related reasons, products are being divided into several parts and assemblies. To assemble these parts and assemblies again connections are used. These connections prevent uncontrolled loosening of the joint components. In general, permanent connections can be classified as detachable connections (e.g. bolted assemblies) and non-detachable connections (e.g. weld spot assemblies). Depending on the particular kind of connection additional parts or material can be utilized (e.g. glue, bolts) to joint the components. During the early phases of development all properties of the future product are defined and its characteristics are designed. During the product creation phase all relevant requirements of the different phases of the life of the product are analyzed and validated. This can be done for example by simulation or by verification based on real prototypes. Using digital validation the product as well as other systems of the different phases of life (e.g. production system, workshop equipment) can be analyzed within the same context. An analysis of the development process in the automotive industry showed that there are different methods to document and validate permanent connections, depending if they are detachable or non-detachable connections. Therefore, within the scope of this thesis a concept was developed to document permanent connections. Besides the harmonization of existing documentation approaches this thesis also focuses on the documentation of context information of the different phases of life of the product. Here, general information as well as context-oriented information is stored in connection objects with the objective to re-use this information during digital validations.Die Anforderungen an die Entwicklung und Absicherung von Produkten in der Automobilindustrie sind in den vergangenen Jahren erheblich gestiegen. Während einer Absicherung werden die Ist-Eigenschaften des Produktes analysiert und mit den geforderten Soll-Eigenschaften verglichen. Neben den bekannten Herausforderungen hinsichtlich Zeit, Kosten und Qualität steigt auch der Anspruch aufgrund der hohen Varianz der angebotenen Produkte. Produkte werden aufgrund funktionaler, herstellungs- oder wartungstechnischer Belange in eine Vielzahl von Einzelteilen und Baugruppen zerlegt. Gefügt werden diese Komponenten durch diverse Verbindungsarten, welche ein ungewolltes Lösen der Einzelteile verhindern. Prinzipiell lassen sich diese festen Verbindungen in lösbare Verbindungen und nicht-lösbare Verbindungen unterteilen. Abhängig von der jeweiligen Verbindungsart wird eine Verbindung entweder mit oder ohne zusätzliche Verbindungshilfsmittel/-stoffe (z.B. Schrauben, Muttern, Kleber) gefügt. In den frühen Phasen der Produktentwicklung werden die zukünftigen Eigenschaften des Produktes definiert und dessen Merkmale ausgearbeitet. Während der Produktentstehung müssen dann alle Eigenschaften aus nachfolgenden Lebensphasen hinsichtlich ihrer Realisierbarkeit analysiert und bewertet werden. Dies geschieht beispielsweise durch Simulationen oder reale Prototypen. Mit Hilfe von digitalen Absicherungen lassen sich die Merkmale der beteiligten Systeme in den unterschiedlichen Lebensphasen mit den Merkmalen des Produktes in einem gemeinsamen Kontext analysieren. Eine Analyse der Entwicklungsprozesse eines Automobilherstellers hat ergeben, dass innerhalb des Produktentstehungsprozesses unterschiedliche Methoden zur Dokumentation und Absicherung von festen lösbaren sowie festen nicht-lösbaren Verbindungen zum Einsatz kommen. Daher wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Konzept zur Dokumentation von Verbindungen entwickelt, welches auf alle festen Verbindungen anwendbar ist. Neben der Vereinheitlichung steht auch die Dokumentation von Kontextinformationen, d.h. Informationen die sich auf unterschiedlichen Lebensphasen des Produktes beziehen, im Vordergrund. Sowohl die allgemeinen, als auch die kontextabhängigen Informationen werden dabei in Verbindungsobjekten archiviert. Diese Informationen lassen sich anschließend in digitalen Absicherungsuntersuchungen nutzen

Prozessintegration des Target Costings in der Fertigungsindustrie am Beispiel Sondermaschinenbau

Target Costing dient der Entwicklung wirtschaftlicher Produkte, wobei das Verfahren Schwächen und fehlende Ausgestaltungen hat. Aus diesem Grund werden Methoden und Prozessverbesserungen entwickelt, die das Target Costing erweitern und unterstützen. Die Methoden und Prozessverbesserungen werden in einem Anwendungsfall des Maschinenbaus in Bezug auf ihre Praxistauglichkeit überprüft. Es wird gezeigt, wodurch die Produktentwicklung von den neuen Methoden und Prozessverbesserungen profitiert

Standard- und Modulbasierte digitale Rohbauprozesskette : Frühzeitige Produktbeeinflussung bezüglich Produktionsanforderungen im Karosserierohbau der Automobilindustrie

Standardization and modularization offers big advantages not only for the product development but also for production and planning departments. But industry often doesn’t utilize these advantages. This contribution introduces a new method which supports the developer to design a new product in order to fit to the standardized and modularized production

Ein Beitrag zum Produkt-Produktions-CoDesign durch eine Methode zur Modellierung der Abhängigkeiten und Ableitung von Entwicklungsrisiken und -potentialen = A contribution to product-production co-design through a method for modeling dependencies and deriving development risks and potentials

Durch die Mechatronisierung und Digitalisierung von Produkten, einem hohen Kundenbedarf an individuellen Produkten auf der einen Seite und die hierfür notwendigen flexiblen Produktionssysteme unter dem Einsatz von Industrie 4.0 Technologien auf der anderen Seite, steigt die Komplexität in der Entwicklung von Produkten und den zugehörigen Produktionssystemen. Für einen effizienten Produktentstehungsprozess müssen diese beiden Domänen integriert betrachtet werden und Methoden für das Produkt-Produktions-CoDesign entwickelt werden, die die Entwickler hierbei unterstützen. Eine große Herausforderung hierbei ist es, die Abhängigkeiten zwischen Produkt und Produktionssystem frühzeitig identifizieren zu können, um späte Änderungen im Produktentstehungsprozess zu vermeiden und damit die Entwicklungskosten zu reduzieren. In dieser Arbeit wird ein Vorgehensmodell samt Teilmethoden entwickelt, in dem auf Basis der Referenzsystemelemente aus dem Modell der PGE – Produktgenerationsentwicklung die Abhängigkeiten zwischen Produkt und Produktionssystem modelliert werden und die Ausbreitung von Änderungen in der in Entwicklung befindlichen Produktgeneration innerhalb und zwischen der Domänen Produkt und Produktionssystem untersucht werden. Hierzu werden einerseits Vorlagen für die Erfassung von Informationen aus den Ebenen Produktfunktion, Produktgestalt und Produktionsprozesse erstellt und andererseits eine Abhängigkeitsmatrix entwickelt, in der die komplexen Wechselwirkungen zwischen diesen Ebenen dargestellt werden. Daraus wird unter Einbeziehung des Neuentwicklungsanteils das technische Entwicklungsrisiko alternativer Lösungen im Produkt-Produktions-CoDesign ermittelt, welches den Entwicklern in der Entscheidungsfindung unterstützt. Des Weiteren wird eine Teilmethode entwickelt, mit der Entwicklungspotentiale durch Nutzung von Industrie 4.0 Technologien an Produkt und Produktionssystem in den jeweiligen Produktentstehungsaktivitäten identifiziert werden können und den damit verbundenen Aufwänden in Bezug auf notwendige Menge und Detailgrad der Daten aus dem Produktionsprozess gegenübergestellt werden. Die Anwendung der entwickelten Teilmethoden in Forschungsprojekten und Anwendungsfällen der industriellen Praxis zeigt deren Anwendbarkeit und deren prinzipiellen Nutzen. Die Ergebnisse zeigen, dass sowohl Entwicklungspotentiale als auch -risiken identifiziert werden können und den Produkt- und Produktionssystementwicklern somit eine Unterstützung im Produkt-Produktions-CoDesign geboten wird

Standard- und Modulbasierte digitale Rohbauprozesskette : Frühzeitige Produktbeeinflussung bezüglich Produktionsanforderungen im Karosserierohbau der Automobilindustrie

Standardisierung und Modularisierung bieten nicht nur in der Produktentwicklung viele Vorteile, sondern auch in der Produktion und der Produktionsplanung. Im industriellen Umfeld werden allerdings noch nicht alle Potenziale der Standardisierung und Modularisierung ausgeschöpft. Kern dieser Arbeit ist eine neuartige Methode, die alle Anforderungen einer standardisierten und modularisierten Produktion sammelt und dem Konstrukteur anschaulich zur Verfügung stellt

Prozessintegration des Target Costings in der Fertigungsindustrie am Beispiel Sondermaschinenbau

Target Costing dient der Entwicklung wirtschaftlicher Produkte, wobei das Verfahren Schwächen und fehlende Ausgestaltungen hat. Aus diesem Grund werden Methoden und Prozessverbesserungen entwickelt, die das Target Costing erweitern und unterstützen. Die Methoden und Prozessverbesserungen werden in einem Anwendungsfall des Maschinenbaus in Bezug auf ihre Praxistauglichkeit überprüft. Es wird gezeigt, wodurch die Produktentwicklung von den neuen Methoden und Prozessverbesserungen profitiert

Technischer und wirtschaftlicher Vergleich von Herstellungsverfahren bei der Entwicklung von Kunststoffhohlkörpern in Automobilanwendungen

Kraftstofftanks sind heute nicht mehr einfache Behälter, sondern ein komplexes, hochintegriertes System in der Kraftstoffversorgungsanlage mit zahlreichen und hohen Anforderungen – auch wenn der Endkunde davon nur den Tankeinfüllstutzen und die Tankanzeige im Fahrzeug wahrnimmt. Die Anforderungen an Kraftstoffbehälter steigen z. B. hinsichtlich der Umweltanforderungen und aufgrund neuer Fahrzeugarchitekturen und Antriebskonzepte, wie z. B. im Rahmen der Elektrifizierung. Der Tank ist somit Veränderungen unterworfen. Dies erfordert laufend die Optimierung und Neugestaltung von Herstellungsprozessen und Technologien. Heute steht eine Vielzahl von alternativen Fertigungsverfahren für Kunststoffkraftstoffbehälter zur Verfügung. Tankhersteller müssen das für den jeweiligen Kraftstoffbehälter unter technischen und wirtschaftlichen Gesichtspunkten optimale Herstellungsverfahren auswählen, um die hohen technischen Anforderungen zu erfüllen und die Komponente wirtschaftlich zu produzieren. Bei der Neuanschaffung von Anlagen sind große Investitionen zu tätigen und damit weitreichende Entscheidungen zu treffen. Dabei sind zahleiche und unterschiedlichste Kriterien zu berücksichtigen, was zu entsprechender Komplexität führt. Diese Arbeit widmet sich diesen Themen und liefert einen umfassenden Überblick über die aktuellen Herstellungsverfahren und deren Leistungsspektrum sowie die Anforderungen an moderne Tanksysteme und die Verfahren zur Produktion von Kraftstoffbehältern. Die Methoden in der Produktentwicklung und bei der Entscheidung, welches Verfahren für welchen Tank am besten geeignet ist, stehen im Mittelpunkt dieser Arbeit. Für die Produktentwicklung in der Automobilindustrie existieren viele verschiedenartige Methoden und Prozessmodelle. Für die wirtschaftliche Bewertung von Produkten, Projekten und Investitionsvorhaben gibt es ebenso zahlreiche Werkzeuge und Rechenschemata. Somit entsteht bei Herstellern von Fahrzeugkomponenten und Systemen eine Vielfalt und Heterogenität von Werkzeugen im Produktentstehungsprozess. Es ist nicht möglich, ein wirtschaftlich und technisch vollständiges Bild bei der Auswahl von Herstellungsverfahren zu gewinnen, was negative Einflüsse auf die Anwenderakzeptanz, Vergleichbarkeit von Projekten und die Effizienz hat. Die vorliegende Dissertation löst dieses Problem mit einer neuen, vollständigen Methodik zur reproduzierbaren Bewertung und Auswahl von Konzepten, Herstellungsverfahren und Handlungsalternativen, insbesondere für Kunststoffkraftstoffbehälter im Zuge der Produktentwicklung. Dabei wird auch auf bekannte Methoden zurückgegriffen. Kern der Bewertung ist die Nutzwertanalyse. Die Methodik unterstützt die Integration aller relevanten Fachbereiche (z. B. strategische Planung, Entwicklung, Prozessplanung, Einkauf, Logistik, Produktion, etc.) in einem flexibel nutzbaren Tool, mit einem einheitlichen, nachvollziehbaren Vorgehen und einem vollständigen Kriterienkatalog. Die Komplexität von Produktvarianten und -konzepten und den unterschiedlichen Herstellungsverfahren sowie die Abhängigkeiten zwischen Produktausführung und Herstellungsverfahren sind damit beherrschbar. Ein zentrales Thema ist die Generierung vollumfänglicher Anforderungslisten, die neben den produkt- und verfahrensspezifischen Kriterien um ergänzende Anforderungen erweitert wer-den. Diese Anforderungslisten wurden hier zusammengeführt und nach verschiedenen Gruppen strukturiert, um handhabbare und damit bewertbare Hierarchieebenen und Cluster zu erarbeiten. So entstand ein strukturierter und gewichteter Bewertungskatalog mit technischen und wirtschaftlichen Kriterien für Produkt und Herstellungsverfahren. Die Cluster wurden gewichtet, ebenso die Kriterien. Alle relevanten Bewertungskriterien sind in eine Entscheidungssystematik eingebettet. Mit der durchgeführten Bedatung konnte eine Bewertung und Auswahl des am besten geeigneten Herstellungsverfahrens durchgeführt und das Vorgehensmodell anhand von zwei fiktiven Beispielen erprobt werden. Die entwickelten Werkzeuge bieten Hilfestellung bei der Vorauswahl und anschließenden Detailbewertung der Herstellungsverfahren anhand objektiver Kriterien, auch bei veränderlichen Anforderungen in neuen Projekten. Theoretische Ansätze lassen sich auf weitere praktische Anwendungen übertragen. Die Methodik ist auf neu hinzukommende Verfahren und andere Produkte übertragbar, ebenso ist sie herstellerspezifisch anpassbar, führt jedoch unter Umständen zu anderen gültigen Ergebnissen. Die Erstbewertung führt bei der Erprobung der Methode zu einem Ergebnis, das durch die Detailbewertung bestätigt und verfeinert wird. Die Detailbewertung liefert eine realistische Beurteilung, da das Tool im Ergebnis erwartungsgemäß jeweils das optimale Herstellungs-verfahren auswählt, mit dem vergleichbare, reale Kraftstoffbehälter in Serie gefertigt werden. Technische und wirtschaftliche Vor- und Nachteile der Herstellungsverfahren und Varianten sind transparent gegenübergestellt.Modern fuel tanks are no longer mere containers but a complex system highly integrated in the fuel supply system with various high requirements beyond consumer perception. Fuel tank specifications have changed to meet increasing environmental requirements, modern vehicle architecture and new drive concepts, e.g., in the course of electrification. Being subject to change, fuel tanks are constantly optimized in terms of production processes and technologies. Today, there is a wide range of alternative manufacturing processes for plastic fuel tanks. To meet high technical requirements and efficiently produce high quality components, manufacturers face the task to select and/or to develop the technically and economically optimized production process for each part. Plant acquisition requires both major investments and far reaching strategic decisions, taking into account various criteria and thus increasing the complexity of the entire process. This paper deals with the above issues, giving a comprehensive overview of the current pro-duction processes and their performance and elaborates on the requirements for modern fuelling systems and fuel tank production processes, specifically focusing on methods of product development and determination of the optimized process for each tank type. The range of tools and process models for product development within automotive is com-prehensive, as is the scope of calculation schemes and economic evaluation methods for products, projects and planned investments. Gaining a technically and financially complete picture of the range of production methods in the supplier market seems a mission impossible, thus having a negative impact on customer acceptance, project comparability and efficiency. This study presents a new comprehensive and reproducible approach for evaluation and determination of processes, concepts, production methods, specifically applicable to plastic fuel tank development, considering previously published data and tested methods. The central focus of this study is on the implementation of a reliable costutility analysis for all business units involved (e.g., strategic planning, R&D, process planning, procurement, logistics, production, etc.), providing a flexible tool and a consistent, transparent procedure as well as a complete set of criteria, thus allowing controllability of the complex product and production process interdependency. Generating comprehensive requirement lists including process and product specific criteria and continuously adding further requirements is a key issue. To generate rateable and manageable hierarchy levels and clusters, requirement specifications were merged and grouped, resulting in a structured and weighted reference guide based on technical and economical product and production process criteria. The clusters and criteria were weighted; all relevant criteria are considered within the deci-sion-making method. Based on test data supplied, an optimized production process was determined and evaluated and the process model was tested with two fictitious examples. The tools developed provide a means of preselecting and fine-graining production processes based on quantifiably criteria; they are flexibly applicable to new projects and changing requirements. All related theoretical approaches are transferable to practical application; the described methodology can be applied to new processes and/or be customized to meet manufacturers’ specifications, yet, possibly with different valid results. Initial evaluation results, based on testing of principles and tools, using typical examples were verified by detailed assessments. Since the production process ultimately selected by the tool is in line with manufacturing methods used in series production of comparable fuel tank types, the tool has proven effective

Ganzheitliche Absicherung der Inbetriebnahme - Eine Methodik zur Absicherung der Inbetriebnahme von mechatronischen Komponenten und Systemen am Beispiel des autonomen Fahrens

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und Anwendung einer Methodik zur ganzheitlichen Absicherung der Inbetriebnahme, kurz GADI-Methodik. Der Einsatz dieser Methodik im Umfeld von komplexen mechatronischen Komponenten und Systemen befähigt Unternehmen, ein einwandfrei in Betrieb genommenes Produkt mit voller Funktionsfähigkeit an den Kunden zu übergeben. Dabei werden vier Teilschritte verfolgt: 1. Frühzeitige Berücksichtigung von Inbetriebnahmeanforderungen im Produktentstehungsprozess. 2. Ganzheitliche Toleranzbetrachtung zur Abstimmung der Inbetriebnahmeparameter. 3. Präventive Versuchsplanung und -durchführung zur Absicherung der Inbetriebnahmeumgebung (Produkt, Prozess und Betriebsmittel). 4. Kontinuierliche Überwachung der Inbetriebnahme in der Produktion. Die GADI-Methodik bietet einen durchgängigen Ansatz, der eine systematische Absicherung der Inbetriebnahme entlang des gesamten Produktentstehungsprozesses durch den gezielten Einsatz von qualitätsbasierten und statistischen Methoden zum Inhalt hat. Die Integration einer fachübergreifenden Zusammenarbeit aus allen beteiligten Unternehmensbereichen sowie den involvierten Lieferanten unter der gleichmäßigen Betrachtung von Produkt, Prozess und Betriebsmitteln wird dabei berücksichtigt. Anwendung findet diese Methodik im Rahmen der Arbeit am System „Umfelderfassung“, das die Grundlage für das autonome Fahren darstellt. Dabei eröffnen sich neue Möglichkeiten der Unterstützung zur Absicherung der Inbetriebnahme.The present work deals with the development and application of a methodology for holistic validation of commissioning, in short GADI methodology. The use of this methodology in the field of complex mechatronic components and systems empowers companies to deliver a flawlessly commissioned product with full functionality to the customer. Four sub-steps were followed: 1. Early consideration of commissioning requirements in the product development process. 2. Holistic tolerance consideration for the coordination of commissioning parameters. 3. Preventive test planning and implementation in order to validate the commissioning environment (product, process and equipment). 4. Continuous monitoring of commissioning in production. The GADI methodology presents an integrated approach, which involves systematic validation of commissioning along the entire product development process through the targeted use of quality-based and statistical methods. The integration of interdisciplinary cooperation between all participating company divisions as well as the involved suppliers under the uniform consideration of product, process and equipment is taken into account. The application of this methodology will be discussed on the system "environmental detection" which is the basis for autonomous driving. This opens up new possibilities of support to ensure commissioning