Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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Absicherung des Innovationserfolgs unter Berücksichtigung des Open-Innovation-Ansatzes

2015 , Rothe, Manuel

Der technische Wandel, der exponentielle Wissenszuwachs und die Individualisierung der Nachfrage erhöhen den Innovationsdruck auf Unternehmen. Studien zeigen jedoch, dass viele Innovationsvorhaben nicht den erhofften wirtschaftlichen Erfolg erzielen. Das vorliegende Buch beschreibt einen Ansatz zur Steigerung der Erfolgswahrscheinlichkeit von Innovationsprojekten durch Integration externer Partner in den Innovationsprozess.

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Community-based design of process chains for manufacturing and recycling

2014 , Heyer, Steffen

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Konzeption und Realisierung einer Methode zur templategestützten Systementwicklung

2014 , Königs, Simon Frederick

Viele der zu beobachtenden Trends in der Produktentwicklung belegen eine Zunahme der technischen und prozessualen Abhängigkeiten, die sowohl bei der Produktsynthese bewusst zu gestalten als auch während der Analyse- und Bewertungsphasen zu berücksichtigen sind. Die Unübersichtlichkeit dieser Abhängigkeiten beeinflusst den Schwierigkeitsgrad der Problemstellungen, denen Ingenieure bei der Entwicklung technischer Systeme begegnen, wie auch die Konsistenz verschiedenster Produktrepräsentationen. Ziel der Arbeit ist die Konzeption und Umsetzung einer Methode zur aufwandsarmen Erhöhung der Transparenz technischer und prozessualer Abhängigkeiten sowie der Konsistenz von Produktrepräsentationen. Den Anwendungskontext bilden Industriezweige, in denen komplexe technische Systeme entwickelt werden und in denen Änderungen der Produktgenerationen mit sehr hohen Anpassungsaufwänden verbunden sind; das gilt besonders für die Automobilindustrie. Ausgehend von konkreten Anforderungen aus der Industrie beschreibt die Arbeit eine entsprechende Modellierungslösung. Auf der Grundlage einer umfassenden Umsetzung des Ansatzes als Client-Server-System werden die Lösungskomponenten anhand verschiedener technischer Systeme und Entwicklungsszenarien aus der Automobilindustrie evaluiert.

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Approach for integrating predictive-reactive job shop scheduling with PLC-controlled material flow

2013 , Abdul Rahman, Azrul Azwan

In a rapidly changing environment, good coordination of production and logistics at an operational level is required to handle rapidly evolving technology, frequently changing customer demand and satisfaction, and remain competitive. The job shop scheduling and the material flow control are two important factors influencing productivity and cost-controlling activities in any manufacturing system. Finding optimal solutions, however, requires an enormous computational effort, which becomes critical for large problems, particularly in situations where frequent changes in the environment occur. The material flow control system has to ensure the schedule is met. But the planned production schedules often become ineffective when being executed on the shop floor. Given the high degree of automation in material flow systems, automated control systems have to support frequent changes. Although these two problems are strongly connected and solving one significantly impacts the performance of the other, often these problems are solved independently. The complexity of the scheduling problem is increased when the material flow control is involved since not only a proper schedule must be created but an appropriate material flow needs to be provided. Due to this challenge, this dissertation has been designed to bridge the gap by initiating an approach for integrating predictive-reactive job shop scheduling with Programmable Logics Controlled (PLC) material flow. The objective is to develop an integrated control system that supports changes of routing strategy and schedule due to unexpected events. Features offered by state of the art material flow simulation software such as Open Platform Communications (OPC) interfaces and genetic algorithms have given the opportunity to realise this approach. The integrated control system consists of a system model, a control model and a schedule generator. Through combinations of these system components, the OPC connection with the physical system enables the integrated control system to be used for generating schedules, analysing the physical system through simulation and controlling the material flow system. As verification and validation, a demonstration prototype of integrated control system has been developed and applied in an industrial environment. The exemplary implementations prove not only that the planning and operation of material flow system is systematic, but significantly rescheduling and reconfiguration of the integrated control system can be performed with minimal effort.

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Geschäftsmodelle der Wiederaufbereitung für Hersteller von Originalteilen

2015 , Widera, Henry

Die rational gebotene Nachhaltigkeit gilt es unter Nutzung marktwirtschaftlicher Dynamik durch technologische Innovationen in ökonomischer, ökologischer und sozialer Dimension zu befördern. Ein vielversprechender Ansatz ist es, die Nutzenproduktivität von Ressourcen durch die Wiederaufbereitung von Produkten, Baugruppen und Bauteilen am Ende ihrer Nutzungsphase zu erhöhen. Trotz mannigfaltiger Vorteile aus Sicht der Gesellschaft, der Unternehmen und der Verbraucher ist der Anteil der Wiederaufbereitung an der Wertschöpfung insgesamt sehr niedrig. Insbesondere das Engagement von Originalteileherstellern ist noch sehr gering. Ziel der Arbeit ist es, Hersteller von Originalteilen unter Zuhilfenahme von Geschäftsmodellinnovationen durch Nutzen- statt Produktverkauf bei der herstellerorientierten Wiederaufbereitung zu unterstützen. Die exemplarische Anwendung der entwickelten Vorgehensweise erfolgt für Haushaltsgeräte am Beispiel einer Waschmaschine und für die Medizintechnik am Beispiel einer Insulinpumpe.

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Möglichkeiten und Grenzen des Strahlspanens mittels CO2-Hochdruckstrahlen

2014 , Bilz, Martin

Die Nutzung eines Flüssigkeitsstrahls zum Trennen hat vielfältige Vorteile, bei geringen thermischen und mechanischen Belastungen für das zu trennende Werkstück. Das CO2-Strahlen ist ein trockener und rückstandsfreier Prozess, eignet sich jedoch nur begrenzt zum Strahlspanen von Werkstücken. Am Markt verfügbare Anlagentechnik zum CO2-Hochdruckstrahlen existiert bis heute nicht. Die bisherigen Untersuchungen konzentrierten sich einzig auf den Nachweis, dass mittels eines CO2-Hochdruckstrahls Werkstoffe beschädigt und damit getrennt werden können. Eine analytische Darstellung des CO2-Hochdruckstrahlprozesses ist auf Grund des Phasenwechsels beim Düsenaustritt anspruchsvoll und wurde ebenso wie ein Vergleich der Leistungsfähigkeit mit dem Wasserhochdruckstrahlen bisher nicht durchgeführt. Die vorliegende Arbeit beschreibt die Entwicklung einer Versuchsanlage zum CO2-Hochdruckstrahlen unter Atmosphärenbedingungen, eine analytische Betrachtung des CO2-Hochdruckstrahlprozesses sowie technologische Untersuchungen zum Strahlspanen von Polyurethan zur Ermittlung der Möglichkeiten und Grenzen des CO2-Hochdruckstrahlens im Vergleich zum Wasserhochdruckstrahlen.

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Vereinfachung der Systemmontage von metalloptischen IR-Spiegelteleskopen

2014 , Scheiding, Sebastian

Spiegelteleskope sind ein Standard für dispersionsfreie multi- und hyperspektrale Infrarot-Abbildungssysteme. Die Ausführung als Metalloptiken, ist durch die Wirtschaftlichkeit und Flexibilität der Ultrapräzisionsbearbeitung gegeben. Die wachsende Komplexität moderner optischer Designs auf Basis von Freiformflächen oder außeraxialer asphärischer Spiegel führt zu neuen Anforderungen an die Produktion - von der Optikfertigung der Spiegel bis zur effizienten Systemmontage. Die Arbeit liefert einen wichtigen Beitrag zur Erhöhung der Prozesseffizienz in der Produktion komplexer optischer Systeme. Grundlage ist die Vermeidung von Justierarbeiten bei der Integration durch eine konsequente Lagezuordnung der Spiegelflächen zu Bezügen in der gesamten Prozesskette der Optikproduktion, im Entwurfs-, Fertigungs- und Montageprozess. Insbesondere Lösungen zur Herstellung von Bezugsflächen durch die Ultrapräzisionsbearbeitung, als auch zur Ausrichtung der optischen Elemente bei der profilometrischen und interferometrischen Messung werden detailliert vorgestellt. Auf Basis der erzielten Erkenntnisse werden technologische Empfehlungen für die justagefreie Systemmontage komplexer Spiegelteleskope abgeleitet.

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Modellierung und Simulation des thermischen Verhaltens einer Werkzeugmaschine mit der Finite-Elemente-Methode

2014 , Hu, Jiangmin

Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Verfahren zur Modellierung des thermischen Verhaltens von Werkzeugmaschinen mit Hilfe der Finite-Element-Methode (FEM) entwickelt. Vorgestellt werden zunächst die Vorgehensweise zur Erstellung der FEM-Netze und die für die Kopplung der Maschinenkomponenten notwendigen Verbindungsbedingungen. Ein weiterer Teil der Arbeit beinhaltet die Definition und Bestimmung der thermischen Belastungen und Randbedingungen. Schwerpunkt sind die konvektiven Randbedingungen. Dazu wird ein erweitertes Unterprogramm entwickelt, um Wärmeübergangskoeffizienten an die geschwindigkeits- und temperaturabhängigen Konvektionsbedingungen anzupassen und präzise zu berechnen. Darüber hinaus wird auch die Wärmeübertragung zwischen einander berührenden Bauteilen betrachtet und ein modifizierter Ansatz für die Wärmeübertragung in Wälzlager und Wälzführung hergeleitet. Mit diesem Verfahren werden die Temperatur- und Verformungszustände für verschiedene Bewegungs- und Lastfälle eines fünfachsigen vertikalen Bearbeitungszentrums berechnet und analysiert. Zur Validierung des Verfahrens sind umfangreiche experimentelle Untersuchungen durchgeführt wurde. Aus den so ermittelten instationären thermo-elastischen Simulationsergebnissen wird eine Strategie zur Umsetzung des FEM-Modells für die Kompensation thermischer Verlagerungen abgeleitet.

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Enabling sustainable value creation by engineering capacity building

2014 , Abd Elall, Sadiq Ahmad Muhammad

Dr. Sadiq Ahmad Muhammad Abd Elall was born in Khan younis, Palestine. From 2010 to 2014 he worked as a research engineer at the Institute of Machine tools and Factory Management, at Technische Universität Berlin, Germany. Profit and growth are the major targets of industries. Industrial value creation can be measured by the level of achieving these targets. The balanced scorecard focuses on the factors that affect the industrial value creation. At the same time, industry activities have several interactions with society and the environment that significantly shape global sustainability. In this view, a so-called sustainable value creation model has been developed which integrates factors influencing industrial value creation and sustainability. In the perspective of this dissertation, human resource and especially engineers are considered as key enablers of the sustainable value creation. The development of engineering curricula that is based on the sustainable value creation model will alter the attitude of engineering students to balance the economic profit with the environmental and social benefits in their engineering solutions.

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Nachhaltige Technologiepfade für unterschiedliche Entwicklungsniveaus

2014 , Gausemeier, Pia

Die vorliegende Arbeit soll einen Beitrag dazu leisten, die rational gebotene Nachhaltigkeit über technische Innovation zu befördern. Die Arbeit präsentiert eine Methode zur Identifikation und Entwicklung nachhaltiger Technologiesysteme im Sinne konzeptueller technischer Lösungsansätze für unterschiedliche Entwicklungsniveaus und deren Anwendung. Die vier Anwendungsbeispiele beziehen sich auf die drei Lebensweltbereiche Mobilität, Energie und Produktion und Länder unterschiedlicher Entwicklungsniveaus.

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