Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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  • Publication
    Beitrag zu verteilten technischen Innovationsprozessen unter Berücksichtigung von Nachhaltigkeitskriterien
    (Fraunhofer Verlag, 2011)
    Severengiz, S.
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    Seliger, Günther
    Die dauerhafte Erhaltung der ökologischen, ökonomischen und sozialen Stabilität der Erde erfordert die Entwicklung von Produkten und Dienstleistungen unter Berücksichtigung von Nachhaltigkeitskriterien. Technische Innovationen können zur Bewältigung der Herausforderung einer nachhaltigen Entwicklung einen wichtigen Beitrag leisten. Ziel der Arbeit ist es, eine Vorgehensweise zur Integration von Nachhaltigkeitsaspekten in Innovationsprojekte zu entwickeln. Wettbewerbsvorteile von nachhaltigen Produktinnovationen sollen identifiziert und Zusammenarbeitspotentiale erschlossen werden. Hierfür gilt es Bedarfsfelder frühzeitig zu erkennen und Nachhaltigkeitsanforderungen konsequent in Produktkonzepte sowie in die späteren Entwicklungsphasen zu integrieren. Die Vorgehensweise wurde sowohl am Beispiel eines anwendungsnahen Forschungsprojektes auf dem Gebiet der Schienengüterverkehrstechnik als auch in einem universitären Lehrprojekt zum Thema nachhaltige Mobilitätskonzepte in Entwicklungsländern angewendet.
  • Publication
    Beitrag zur Steigerung der Nutzenproduktivität durch Modularisierung von Produkten
    (Fraunhofer IRB Verlag, 2009)
    Zettl, M.
    Die Befriedigung menschlicher Bedürfnisse ist ohne die Entnahme von Ressourcen aus dem Ökosystem der Erde undenkbar. Der in den letzten Jahren drastisch gestiegene Bedarf an Ressourcen führt zu einer Reihe von ökologischen, ökonomischen und sozialen Herausforderungen weltweit. Um zukünftigen Generationen die Möglichkeit der Bedürfnisbefriedigung nicht zu verbauen, ist die Nutzenproduktivität von Ressourcen zu erhöhen. Die gezielte modulare Gestaltung von Produkten erlaubt das Verbinden von ökologischen mit ökonomischen Potentialen bei der Implementierung unterschiedlicher Ansätze zur Erreichung dieser Zielstellung. Es wird eine Methodik vorgeschlagen, mit deren Hilfe diese Potentiale abgeschätzt werden können und mit der, unterstützt durch das Softwarewerkzeug Modulkonfigurator, eine modulare Produktarchitektur entwickelt werden kann. Die Umsetzung des Modulkonfigurators erfolgt mit einem mathematischen Optimierungsmodell als internetbasierte Anwendung. Am Produktbeispiel Mobiltelefon wird die Methodik sowie der Modulkonfigurator exemplarisch erprobt.
  • Publication
    Planung der Wiederverwendung von Elektro(nik)altgeräten
    (Fraunhofer IRB Verlag, 2009)
    Kernbaum, S.
    Durch die Wiederverwendung von gebrauchten Elektro(nik)geräten kann deren Nutzung verlängert und somit eine Steigerung der Produktivität eingesetzter Ressourcen ermöglicht werden. Um Wiederverwendung zu ermöglichen, sind Prozesse der Aufarbeitung durchzuführen. Aufgrund der Unvorhersehbarkeit der Aufarbeitungsaufgabe gestaltet sich die Planung von Aufarbeitungsprozessen als schwierig. Hierfür wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Konzept erarbeitet, welches die Planung und Bewertung von Aufarbeitungsprozessen mit Hilfe der vier Bausteine Produktanalyse, Fabrikanalyse, Prozessdesign und Betriebsmittelauswahl sowie Bewertung ermöglicht. Kern des Ansatzes ist ein gemischt-ganzzahliges lineares mathematisches Modell zur Bewertung geplanter, produktspezifischer Aufarbeitungsprozesse unter Berücksichtigung fabrikspezifischer Merkmale. Das Konzept wurde in einem prototypischen, webfähigen Softwarewerkzeug umgesetzt, validiert und anhand eines praxisrelevanten Beispiels, der Aufarbeitung von Flachbildschirmen in vier repräsentativen Unternehmen, angewendet. Durch die Anwendung des Konzeptes wird neben der Steigerung des Dienstleistungsangebotes und Wertschöpfungsportfolios eines Unternehmens auch zur Steigerung des Nutzens eingesetzter Ressourcen beigetragen.
  • Publication
    Aerodynamische Trenn- und Förderprozesse zur Steigerung der Demontageflexibilität bei Automobilkomponenten
    (Fraunhofer IRB Verlag, 2009)
    Consiglio, S.
    Ausgehend von der These, dass durch aerodynamische Trenn- und Förderprozesse der Anpassungsaufwand bei der Aufarbeitung von Komponenten reduziert werden kann, werden Lösungsvarianten für Demontagewerkzeuge erarbeitet. Die Bewertung der Lösungsvarianten erfolgt an zylindrischen Bauteilen durch experimentelle Untersuchungen. Aus den Versuchsergebnissen werden allgemeingültige Regeln zur Gestaltung aerodynamischer Trenn- und Förderwerkzeuge erarbeitet. Basierend auf den Gestaltungsregeln und einer Analyse von PKW- Austauschkomponenten werden entsprechende Werkzeuge für die Demontage von elektrohydraulischen Steuereinheiten entwickelt. Bei den aerodynamischen Werkzeugen handelt es sich um eine Ausblaseinheit, die die Bauteile aus den Aufnahmebohrungen in den Gehäusehälften herausdrückt und eine Abführeinheit, die die Bauteile über Schläuche durch An- und Umströmen in die Auffangeinheit fördert. In der Auffangeinheit werden die Bauteile durch schräges Anströmen getrennt, positioniert und orientiert. Über die erzielten Demontagezeiten, das umfangreiche prozessierte Bauteilspektrum sowie die geringen Kosten für die Fertigung und den Betrieb der Werkzeuge wird die Ausgangsthese validiert.
  • Publication
    Verfahren zur ad hoc-Modellierung und -Simulation räumlicher Feder-Masse-Systeme für den Einsatz in Virtual Reality-basierten Handhabungssimulationen
    (Fraunhofer IRB Verlag, 2009)
    Neumann, J.
    Seit über 20 Jahren kommen Feder-Masse-Systeme (FMS) in der Computergraphik zum Einsatz, wenn das realistische Verhalten von flexiblen Objekten simuliert werden soll. Diese Arbeit diskutiert die wesentlichsten Probleme bei FMS, wenn diese auf Tetraedernetzen implementiert werden. Die Arbeit zeigt, dass der Effekt der künstlichen Dämpfung durch die Verwendung einer expliziten Euler-Integration in Verbindung mit dem h2-Term der Taylor-Reihe vermieden werden kann. Es werden Vorschläge zur Abschätzung der massebezogenen, elastischen und dämpfungsbezogenen Eigenschaften eines FMS diskutiert und bewertet, und es kann gezeigt werden, dass sich die Simulationsergebnisse durch Homogenisierung der Punktpositionen eines FMS-Netzes mittels Voronoi-Iteration verbessern lassen. Die Tragfähigkeit erarbeiteter Verfahren wird durch simulierte Versuche an komplexen Objekten unter Beweis gestellt. Um die Relevanz des Themas zu dokumentieren, werden die Ergebnisse einer prototypischen Testimplementierung dargestellt. Der Benutzer ist in der Lage, in einer Virtuellen Realität mit einem viskoelastischen Bauteil in interaktiver Echtzeit über ein haptisches Display zu interagieren.
  • Publication
    Optimierte Zuliefererintegration in der Produktentwicklung durch Ad-hoc-Kooperationswerkzeuge
    (Fraunhofer IRB Verlag, 2008)
    Gärtner, H.
    Durch den seit langem anhaltenden Trend, Produkte in weltweiten Kooperationen zu entwickeln, nimmt die technische und organisatorische Integration von Lieferanten einen wichtigen Stellenwert für die Effizienz der Produktentwicklungsprozesse ein. Gegenwärtig sind die Strategien der Zuliefererintegration entweder durch hohe initiale Kosten für den Aufbau und die Harmonisierung der IT-Infrastruktur sowie die Schulung der Mitarbeiter oder durch einen hohen Aufwand für den Datenaustausch zwischen Hersteller und Zulieferer gekennzeichnet. Dies ist der Ansatzpunkt der vorliegenden Arbeit, in der Methoden und Werkzeuge zur Verbesserung der Teamarbeit in Unternehmensgeflechten mit heterogenen Softwaresystemen entwickelt werden. Sie ermöglichen eine Ad-hoc-Durchführung - also unabhängig von Zeit und Ort - von verteilten virtuellen Design Reviews, in denen ein Projektstand mit den Mitgliedern des Entwicklungsteams untersucht werden kann. Mit den Werkzeugen kann eine schnelle, kostengünstige Integration von Lieferanten umgesetzt werden. Daraus resultiert eine Erhöhung der Flexibilität der Lieferantenauswahl, was zu einer Steigerung der Effizienz der Produktentwicklungsprozesse führt.
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    Zerspansimulationslösungen für die Werkzeugkonstruktion und Prozessauslegung beim Fräsen
    (Fraunhofer IRB Verlag, 2008)
    Mattes, A.M.
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    Uhlmann, E.
    Der erfolgreiche Einsatz der Simulation von Fertigungsprozessen bei verschiedenen Fertigungsverfahren ist ein wichtiger Trend der letzten Jahre. Durch Simulation der auf das Werkzeug wirkenden Beanspruchungen kann zum einen dessen Leistungsfähigkeit signifikant verbessert werden. Zum anderen trägt die Simulation entscheidend zur Auslegung kostenoptimierter Prozessabläufe durch Reduktion der Bearbeitungszeit und gleichzeitige Gewährleistung hinreichender Prozesssicherheit bei. Es lassen sich zwei verschiedene Gruppen von Ansätzen identifizieren. Einerseits auf empirisch-analytischen Gleichungen basierende, andererseits mit numerischen Verfahren wie der FEM realisierte Zerspanungssimulationen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde ein zweidimensionales FEM-Modell zur Simulation des Fräsens mit großer Eingriffsbreite entwickelt. Darüber hinaus ist eine automatische Modellierung und Ergebnisausgabe möglich. Weiterhin ist auf Basis eines empirisch-analytischen Modells der Prozesssimulation die Berechnung von Schnittkraft und Schneidentemperatur zur Abbildung der mechanischen und thermischen Werkzeugbeanspruchung realisiert worden. Damit wird die Anpassung der Vorschubgeschwindigkeit in Abhängigkeit der Eingriffsverhältnisse und der zulässigen Grenzlasten des Werkzeugs vorgenommen. Außerdem fließen die dafür berechneten Schnittkräfte und Schneidentemperaturen in ein Modell zur Verschleißprognose ein. Zusammenfassend werden durch die Ergebnisse konkrete Potenziale für die zukünftige Weiterentwicklung der Zerspanungssimulation aufgezeigt.