Integrative Konzipierung von Produkt und Produktionssystem als Basis für eine erfolgreiche Produktentstehung

Aus der Einleitung: "Maschinenbauliche Systeme beruhen heute vielfach auf einem engen Zusammenwirken von Mechanik, Elektrotechnik/Elektronik, Regelungstechnik und Softwaretechnik. Über die Mechatronik hinausgehend werden sie eine inhärente Intelligenz aufweisen und damit Produktfunktionen ermöglichen, die bislang nur von biologischen Systemen bekannt sind. Begriffe wie Intelligente Objekte, Cyber-Physical Systems und Selbstoptimierung charakterisieren diese Perspektive (acatech 2009, 2011, Broy & Geisberg 2012, Adelt et al. 2009). Sie werden sich selbstständig und flexibel an wechselnde Betriebs- bzw. Umgebungsbedingungen anpassen können. Die Entwicklung derartiger Systeme kann nicht aus dem Blickwinkel einer Disziplin allein vorgenommen werden. Das gilt sowohl für mechatronische als auch für intelligente technische Systeme. Daher ist schon frühzeitig ein fachdisziplinübergreifendes Konzept zu erarbeiten, das den grundsätzlichen Aufbau und die Wirkungsweise des Systems beschreibt und die Grundlage für die etablierten Ansätze der Entwurfs- und Ausarbeitungsphase bildet, wie z.B. die VDI-Richtlinie 2221 (Verein Deutscher Ingenieure 1993) oder das Y-Modell der Schaltungstechnik (Bleck et al. 1996).

A Comprehensive Framework for the Computer-Aided Planning and Optimisation of Manufacturing Processes for Functional Graded Components

Part 6: Simulation of Procedures and ProcessesInternational audienceIn this contribution, we present a framework for the computer-aided planning and optimisation of manufacturing process chains for functional graded components. The framework is divided into three modules – the “Component Description”, the “Expert System” for the synthetisation of several manufacturing process chains and the “Modelling and Process Chain Optimisation”. The Component Description module enhances a standard computer-aided design (CAD) model by a voxel-based representation of the intended graded properties. The Expert System synthesises manufacturing process steps stored in the knowledge base to generate alternative process chains. All these process chains are capable of producing components according to the enhanced CAD model. They consist of a sequence of heating-, cooling-, and forming manufacturing processes. The interdependencies between the component and the applied manufacturing processes as well as between the processes themselves need to be considered. For that purpose the Expert System utilises an ontology. The ontology represents all the interdependencies in a structured way and connects the information of the knowledge base via relations. The third module performs the evaluation of the generated manufacturing process chains. To accomplish this, the parameters of each process step are optimised according to the component specification, whereby the result of the best parameterization is used as a representative value. Finally the process chain which is capable of producing a functional graded component in an optimal way regarding to the property distributions of the component description is presented by means of a dedicated specification technique

Einordnung der Beispiele der Industrie 4.0-Landkarte in die Anwendungsszenarien (EiBILA)

Die Arbeitsgruppe zwei (AG2) der nationalen „Plattform Industrie 4.0“ (http://www.plattform-i40.de) hat mit ihren Anwendungsszenarien die Vision der deutschen Industrie von ihrer digitalen Zukunft beschrieben. Ein Anwendungsszenario stellt eine generische Beschreibung eines Problems bzw. einer Herausforderung eines Anwenders (Leitmarkt) dar. In der Regel sind bei einer Umsetzung auch Anbieter (Leitanbieter) involviert. Das Spektrum der insgesamt neun betrachteten Anwendungsszenarien reicht dabei von der auftragsgesteuerten Produktion über die innovative Produktentwicklung bis hin zur selbstorganisierenden adaptiven Logistik

Thinking ahead the Future of Additive Manufacturing – Scenario-based Matching of Technology Push and Market Pull

Seit gut zwei Jahrzehnten gewinnen additive Fertigungsverfahren an Bedeutung. Wurden additive Fertigungsverfahren bisher überwiegend für den Prototypenbau eingesetzt, werden sie zunehmend für die Herstellung von Bauteilen genutzt, die die erforderlichen mechanischen Eigenschaften aufweisen und direkt verbaut werden können. Das ist Direct Manufacturing (DM). Um additive Fertigungsverfahren für zuverlässiges Direct Manufacturing zu befähigen, muss die Weiterentwicklung der Verfahren (Technology Push) gemäß den Marktanforderungen von morgen (Market Pull) ausgerichtet werden. Hier setzt das Projekt „Opportunities and Barriers of Direct Manufacturing Technologies“ an. Das Projekt wird vom Heinz Nixdorf Institut in Zusammenarbeit mit dem Direct Manufacturing Research Center durchgeführt. Das Ziel ist, zukünftige Perspektiven im Schnittpunkt von Technology Push und Market Pull für das DM aufzuzeigen. Wir verwenden die Szenario-Technik, um zukünftige DM-Anwendungen in der Flugzeug-, Automobil- und Elektronikindustrie vorauszudenken. Auf dieser Grundlage werden zukünftige Anforderungen, z.B. die erforderliche Arbeitsraumgröße von DM-Maschinen, abgeleitet. In Expertenbefragungen nach der Delphi-Methode werden diese Anforderungen validiert und die erforderlichen Weiterentwicklungen additiver Fertigungsverfahren identifiziert. Die Synchronisation von Market Pull und Technology Push erfolgt in Innovationsroadmaps, die aufzeigen, wann die Verfahren die Anforderungen erfüllen werden und damit die identifizierten erfolgsversprechenden Anwendungen realisiert werden können.For the last two decades, Additive Manufacturing (AM) has been gaining in importance. Once only used for prototyping, AM-technologies are increasingly applied for manufacturing parts which meet the mechanical requirements and can be directly used. This is Direct Manufacturing (DM). To advance AM-technologies into dependable DM-technologies, it is necessary to align the technology development (technology push) with future market requirements on DM (market pull). This is the starting point of the project “Opportunities and Barriers of Direct Manufacturing Technologies”, conducted by the Heinz Nixdorf Institute and the Direct Manufacturing Research Center. The goal is to think ahead success promising applications for DM at the intersection of technology push and market pull. We use the scenario-technique to think ahead future success promising applications for DM within the aerospace, automotive and electronics industry. Based on this, future requirements on DM-technologies, e.g. the build chamber volume of DM-machines, are deduced. Within expert surveys, these requirements and the required advancements of AM-technologies are validated and identified, respectively. Finally, technology push and market pull are synchronized in innovation roadmaps which indicate when the requirements on DM-technologies will have been fulfilled and when the identified success promising applications can be realized

Assessment of Production System Alternatives During Early Development Phase

AbstractThe development of modern mechatronic systems is characterized by a rising complexity and an increasing necessity to develop product and according production system in a close interplay. Model-based Systems Engineering has been introduced to cope with these challenges by means of an integrated system model. It enables the consideration of possible interdependencies and allows the analysis of the whole system model from the beginning. Especially during the early phase of the production system development many interdependencies have to be considered while the information are still vague and most system specifications yet have to be determined. The objective of the approach presented in this contribution is therefore to compare and assess early alternative production system specifications parallel to the development in order to reduce the relevant solution space and save valuable development resources. For that purpose a three stage evaluation procedure is proposed and methodologically founded. Additionally an according multi criteria structure that is based on common specification languages like CONSENS or SysML is presented and the practicality of the approach is demonstrated with an application example