Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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Automatisierte Optimierung der Energieeffizienz verschalteter Anlagen durch steuernden Eingriff

2023 , Thiele, Gregor

Industrielle Kälteanlagen bestehen aus verschiedenen Komponenten wie Kühltürmen, Kältemaschinen und Wasserkreisläufen. Über Leitsysteme lassen sich Variablen wie Drücke und Temperaturen einstellen. Die Komponenten einzeln energieeffizient zu fahren, führt nicht zum optimalen Betrieb der gesamten Anlage. Die zunehmende Vernetzung von Maschinen und Anlagen ermöglicht eine übergeordnete Orchestrierung der Teilsysteme, die neue Optimierungsaufgaben mit sich bringt. Mit OptTopo stellt dieses Buch einen Algorithmus vor, der auf Basis verschiedenartiger Modelle der Komponenten die effizientesten Werte für das Gesamtsystem berechnet. Die Berücksichtigung der Topologie verschalteter Systeme birgt Potenziale, das Optimierungsproblem zu reduzieren. Die Untersuchung weist die Machbarkeit des Ansatzes nach und zeigt auf, dass im Gegensatz zu konventionellen Ansätzen nach einmaliger Initialisierung beliebig viele Anforderungen ohne erneute Berechnung bedient werden können.

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Entwicklung eines kognitiven Assistenzsystems zur Nutzung von Erfahrungswissen im Qualitätsmanagement

2023 , Randermann, Marcel , Krüger, Jörg

Das Wissen in einer Organisation ist inzwischen ein wichtiger Produktionsfaktor und führt zu entscheidenden Wettbewerbsvorteilen im globalen Markt. Besonders wertvoll ist für Unternehmen das Erfahrungswissen, das kontextabhängig entsteht und situationsbedingt abgerufen wird. Das Qualitätsmanagement ist aufgrund seiner Kompetenzanforderungen von diesem Wissen abhängig, denn unstrukturierte Probleme lassen sich häufig nur erfahrungsgeleitet lösen. Darüber hinaus ist das Erfahrungswissen die Urquelle jeglicher Kreativität, die im Problemlöseprozess zwingend erforderlich ist. In der vorliegenden Arbeit wird ein kognitives Assistenzsystem entwickelt, das die menschliche Fähigkeit des kognitiven Erinnerns an frühere Ereignisse und Situationen unterstützt. Das entwickelte System stellt mittels Case-Based Reasoning Wissen bereit, das auf Grundlage einer Kontextsituation als relevant eingestuft wird. Dies führt zu einer Bereitstellung des situationsgerechten Erfahrungswissens und ermöglicht eine wirksame Problemlösung im Arbeitsprozess.

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Untersuchungen zur Beeinflussung der Geometrie und Werkstoffeigenschaften laserimplantierter Werkzeugstahloberflächen sowie zum tribologischen Einsatzverhalten

2022 , Spranger, Felix

In einer Vielzahl technischer Anwendungen spielt die Schaffung und Aufrechterhaltung eines definierten tribologischen Verhaltens zwischen in Kontakt tretenden Wirkflächen für die Funktionalität von Bauteilen oder Werkzeugen eine entscheidende Rolle. Verfahren der Oberflächentechnik verfolgen das Ziel, entweder durch eine Manipulation der Werkstoffeigenschaften oder durch eine Strukturierung der Wirkfächen diese anzupassen. Obwohl erhabene Mikrostrukturen großes Potenzial zur gezielten Manipulation zeigen, wurden diese bislang wenig betrachtet, da sie anfällig für Verschleiß sind und nur schwer hergestellt werden können. Mit der Laserimplantation ist ein Verfahren bekannt, welches diese Hemmnisse überwindet und eine Generierung verschleißbeständiger, erhabener Mikrostrukturen (Implants) durch ein gepulstes Laserdispergieren keramischer Hartstoffpartikel in Wirkflächen zulässt. Um eine breite Nutzbarkeit zu erreichen, wird in dieser Arbeit eine Erweiterung des Prozessverständnisses forciert, sodass die geometrischen als auch werkstofftechnischen Implanteigenschaften zielgerichtet manipulierbar werden. Des Weiteren wird die tribologische Wirkweise implantierter Oberflächen betrachtet.

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Wasserabrasivinjektorstrahlen zum Formdrehen von Titanaluminid

2022 , Flögel, Karsten , Uhlmann, Eckart

Zu den kritischen Erfolgsfaktoren beim Wasserabrasivinjektorstrahlen zählen insbesondere die Wahl des geeigneten Abrasivmittels sowie die passenden Parameterwerte im Rahmen der Prozessauslegung. Obwohl die Bearbeitung mit dem Wasserabrasivinjektorstrahl nahezu ohne thermische Beeinflussung der oberflächennahen Randzone erfolgt, werden die industriellen Anwendungsmöglichkeiten weiterhin nur in geringem Maße ausgeschöpft. Die Prozessauslegung bei der Strahlbearbeitung rotierender Werkstücke basiert nach wie vor vordergründig auf Erfahrungswissen der Anwender. Die rückwirkungsfreie Strahlwirkung erfordert zusätzlich eine werkstoffspezifisch-empirische Prozessbeschreibung. Um eine wissensbasierte Prozessauslegung zum Formdrehen mit dem Wasserabrasivinjektorstrahl zu ermöglichen, werden in dieser Arbeit grundlegende Erkenntnisse zum Einsatzverhalten des Wasserabrasivinjektorstrahls bei der Konturbearbeitung eines Titanaluminid beschrieben. Ferner werden die Voraussetzungen für eine Übertragbarkeit auf weitere industrielle Anwendungsfälle geschaffen.

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Eine empirische Untersuchung zur Entstehung und Nutzung von Synergiepotenzialen zwischen der Innovations- und der Qualitätsfunktion im Produktentstehungsprozess

2023 , Dunst, Michael , Krüger, Jörg

Innovation und Qualität sind für deutsche Unternehmen entscheidende Erfolgsfaktoren. Aufgrund des steigenden Wettbewerbsdrucks und der schnell wachsenden Märkte muss der Innovationsprozess immer effizienter gestaltet werden, um die Markteinführungszeit für neue Produkte und Geschäftsmodelle bei gleichzeitig hoher Leistungsqualität zu verkürzen. Es gibt wohl kein Unternehmen, das nicht auf die beiden Erfolgsfaktoren Innovation und Qualität setzt. Im Zusammenwirken der Innovations- und der Qualitätsfunktion entwickelt sich so zunehmend ein Spannungsfeld zwischen einer schnellen Markteinführung innovativer Produkte und Perfektion. Die Forschungsarbeit verfolgt grundsätzlich die Frage, welche Faktoren einen positiven Beitrag auf die Zusammenarbeit der beiden Funktionsbereiche ausüben, und wie sich eine intensive Kollaboration zwischen der Innovations- und der Qualitätsfunktion auf die Performance neuer Produkte auswirkt. Die abgeleiteten Modelle für die Unternehmenspraxis und die Ergebnisse der empirischen Forschung machen auf die Relevanz eines leistungsfähigen Produktentstehungsprozesses unter Einbindung des Qualitätsmanagements aufmerksam und heben so die Bedeutung einer erfolgreichen Zusammenarbeit der beiden Funktionsbereiche hervor.

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Kompetenzmanagementmodell zur proaktiven Qualifizierung der Belegschaft eines Nutzfahrzeug-OEMs im Kontext von Technologiesprüngen

2023 , Cedzich, Maximilian , Krüger, Jörg

Richtig qualifizierte und damit kompetente Mitarbeiter sind ein maßgeblicher Erfolgsfaktor eines Industrieunternehmens. Erst dadurch können die wertschöpfenden Prozesse des Unternehmens während der Produktentstehung als auch im anschließenden Seriengeschäft effizient und effektiv durchgeführt werden. Ändern sich die Eigenschaften des Produkts aufgrund von Technologiesprüngen, so ergeben sich in der Regel tiefgreifende Auswirkungen auf die wertschöpfenden Prozesse und damit die Mitarbeiterkompetenzanforderungen. Eine Branche, die sich aktuell einer Reihe von Technologiesprüngen gegenübergestellt sieht, ist die Nutzfahrzeugbranche. Das vorliegende Werk umfasst ein Kompetenzmanagementmodell, mit dessen Hilfe Nutzfahrzeug-OEMs ihre Belegschaft für bevorstehende Technologiesprünge proaktiv qualifizieren können. Das heißt, Nutzfahrzeug-OEMs können mithilfe dieses Modells die sich aus den Technologiesprüngen ergebenden Qualifizierungsbedarfe rechtzeitig erkennen und durch passende Qualifizierungsmaßnahmen beheben.

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Prozesstechnologien für die funkenerosive Senkbearbeitung einer Siliziumnitrid-Titannitrid-Keramik mit reduzierter elektrischer Leitfähigkeit

2022 , Wolf, Cora-Sophia , Uhlmann, Eckart

Siliziumnitridkeramiken stellen aufgrund der gesteigerten Verschleißfestigkeit sowie Härte ein großes Potential für den Einsatz als Werkzeugwerkstoff bei der Glasformgebung mittels nicht-isothermen Blankpressens dar. Die genannten Eigenschaften erschweren allerdings die Werkzeugfertigung mit spanenden Verfahren. Eine Lösungsmöglichkeit stellt die funkenerosive Bearbeitung elektrisch leitfähiger Keramiken dar. Aufgrund der Komplexität der Funkenerosion stehen keine Kenntnisse für die wirtschaftliche Bearbeitung neu entwickelter Werkstoffe zur Verfügung. Das Ziel dieser Arbeit ist daher die Bereitstellung von Prozesstechnologien auf Basis grundlegender Erkenntnisse zur funkenerosiven Senkbearbeitung und zum Abtragverhalten einer neuen Siliziumnitrid-Titannitrid-Keramik. Dafür erfolgen Untersuchungen sowie Neuentwicklungen von Prozesstechnologien für Keramiken mit variiertem Titannitridgehalt. Die vorherrschenden Abtragmechanismen werden durch Gefüge- und Oberflächenanalysen bestimmt. Mit den Erkenntnissen der Arbeit wird eine Modellvorstellung zum Abtragverhalten der Keramiken abgeleitet. Abschließend erfolgt die Fertigung eines Demonstrators.

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Konzept und Lösungen für automatische Produktdatenverwaltung

2023 , Fresemann, Carina

Produktdatenverwaltungssysteme entstanden, um CAD Daten in größeren Unternehmen und deren Kollaborationsumgebung geordnet abzulegen und für die weitere Verwendung zu kennzeichnen. In der Folge wurden die initial geschaffenen Datenbanken um immer weitere Elemente wie Workflow Managementsysteme, das Anforderungs- oder das Projektmanagement erweitert. Der Kern der Applikationen wurde jedoch lediglich in Ansätzen neu konzipiert. Gleichzeitig bieten in der Zwischenzeit verfügbare IT-Methoden des Maschinellen Lernens und der natürlichen Sprachverarbeitung Potentiale, um konventionelle Datenverwaltungssysteme neu zu gestalten. Die vorliegende Arbeit zielt darauf ab, die grundlegenden Bedarfe und Aufgaben innerhalb des PDM Systems durch Maschinelles Lernen und natürliche Sprachverarbeitung zu automatisieren. Die Autorin bettet diese exemplarisch angewendeten Technologien in ein Gesamtkonzept ein. Die Arbeit fokussiert die Erfassung der Daten aus Sicht von Entwicklungsingenieuren. Damit leistet das neue PDM Konzept einen Beitrag, um die Datenqualität und damit in der Folge die Akzeptanz und Nutzung von PDM Werkzeugen zu verbessern.

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Entwicklung einer datenbasierten Methodik zur Qualitätssicherung von Fahrerassistenzsystemen aus Kundenperspektive

2023 , Jasper, Hendrik , Krüger, Jörg

Diese Dissertation befasst sich mit der kundenorientierten Qualitätssicherung von Fahrerassistenzsystemen in Serienfahrzeugen. Derzeitige Bewertungskonzepte auf Basis von Befragungen und Testfahrten sind nicht in der Lage, die Qualitätswahrnehmung des Kunden ausreichend abzubilden. Es besteht dringender Handlungsbedarf, innovative Methoden zu entwickeln, die das reale Kundenerlebnis mit den Systemen möglichst frühzeitig und kontinuierlich erfassen. Daraus hervorgehend ist das Ziel der Arbeit die Entwicklung einer datenbasierten Methodik zur Qualitätssicherung von Fahrerassistenzsystemen aus Kundensicht. Der Fokus liegt dabei insbesondere auf der Identifizierung, Klassifizierung und Auswertung von Fahrereingriffen, die das System überstimmen und einen Indikator für unzufriedenstellendes Funktionsverhalten darstellen. Die entwickelte Methodik zeigt auf, wie subjektive Kundenbewertungen mit objektiven Fahrzeugdaten verbunden und analysiert werden können, um die Kundenwahrnehmung zum Systemverhalten zu erfassen. Die Arbeit bietet somit eine Grundlage zur Aufnahme der Kundenzufriedenheit im Bereich der Längs- und Querführung von Fahrerassistenzsystemen in Serienfahrzeugen.

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Spanbildungsmodellierung unter Berücksichtigung von in situ Dehnungsmessungen bei der Zerspanung mit geometrisch bestimmter Schneide

2022 , Henze, Steffen

In dieser Arbeit werden neuartige Erkenntnisse über die Vorgänge in der Spanbildungszone während der Spanbildung beschrieben. Durch die Verwendung von hochenergetischer Röntgenstrahlung wird der sich einstellende Spannungszustand in der Spanbildungszone experimentell bestimmt. Diese Erkenntnisse dienen zur Aufstellung eines Spanbildungsmodells und der Entwicklung einer numerischen Zerspanungssimulation.

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