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Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK
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PublicationHochleistungswasserabrasivstrahlen zur Vorkonturierung von TitanaluminidDie Wasserstrahltechnologie bietet ein großes Potenzial bei der Bearbeitung schwer zerspanbarer Werkstoffe. Der umfassenden Anwendung stehen jedoch komplexe Wirkmechanismen bei der effizienten Erzeugung von dreidimensionalen Formelementen gegenüber. Vor diesem Hintergrund werden in dieser Arbeit die Wirkzusammenhänge der notwendigen Prozessvarianten hergestellt und dem Anwender Methoden zur Bestimmung der Einsatzbereiche und zur Auslegung der Kerben vorgeschlagen. Darüber hinaus wird ein auf den Wirkmechanismen basierendes dreidimensionales Modell der Werkstoffabtrennung eingeführt, um das allgemeine Verständnis der Wasserstrahltechnologie zu verbessern.
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PublicationAlgorithmische Konzeption von hochautomatisierten Fließmontagesystemen am Beispiel des automobilen Karosseriebaus(Fraunhofer Verlag, 2023)
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PublicationKonzept und Lösungen für automatische ProduktdatenverwaltungProduktdatenverwaltungssysteme 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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PublicationQualitätsorientiertes Komplexitätsmanagement am Beispiel des automobilen KonfigurationsmanagementprozessesQualität und Komplexität sind zwei Größen, die häufig zusammen aufgeführt werden. Eine hohe Komplexität stellt ein wesentliches Risiko für die Qualität als wichtigste Größe des klassischen Zieldreiecks dar. In der Literatur wird deshalb oftmals eine Reduzierung der objektiven Komplexität empfohlen. Dadurch bleiben jedoch wesentliche Wettbewerbsvorteile einer hohen und beherrschten Komplexität ungenutzt. In der vorliegenden Arbeit wird deshalb ein neues Vorgehensmodell entwickelt, welches durch Kombination aus verschiedenen Ansätzen des Qualitäts- und Komplexitätsmanagements eine methodische und gleichzeitige Verbesserung der Qualität und Komplexität ermöglicht. Zentraler Bestandteil der Arbeit ist die Anwendung des Vorgehensmodells im automobilen Konfigurationsmanagement als Beispiel für ein äußerst komplexes System. Im Rahmen der Praxisanwendung werden mehrere digitale Lösungen erarbeitet und umgesetzt, welche das Qualitätsniveau trotz der hohen vorliegenden Komplexität verbessern. Die Wirksamkeit der Lösungen wird schließlich in zwei durchgeführten Studien untersucht sowie die nachhaltige Verankerung im Unternehmen erläutert.
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PublicationEntwicklung eines kognitiven Assistenzsystems zur Nutzung von Erfahrungswissen im QualitätsmanagementDas 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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PublicationKompetenzmanagementmodell zur proaktiven Qualifizierung der Belegschaft eines Nutzfahrzeug-OEMs im Kontext von TechnologiesprüngenRichtig 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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PublicationHerstellung definierter Werkzeugmikrogeometrien an Mikrofräswerkzeugen und deren Einfluss auf die Zerspanung spröder und duktiler WerkstoffeEinen Ansatz, um die Prozessstabilität und Produktivität beim Mikrofräsen zu steigern, bietet die gezielte Schneidkantenpräparation durch das Verfahren Tauchgleitläppen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, erweitertes Prozesswissen zur Herstellung werkstoffspezifischer Werkzeugmikrogeometrien bereitzustellen. Zunächst wurden die Einflussfaktoren und Stellgrößen definiert und gezielt untersucht. Dabei konnte insbesondere der aus den Prozessparametern resultierende Läppdruck näher betrachtet sowie ein Einfluss des Keilwinkels und der Hartmetallzusammensetzung bestimmt werden. Weiterhin wurde durch den Einsatz der Diskrete Elemente Methode (DEM) ein Modell zur numerischen Analyse des Tauchgleitläppens vorgestellt. Es wurden die Effekte moderner Werkzeugbeschichtungen auf die Werkzeugmikrogeometrie untersucht und die Mikrofräswerkzeuge für die Fräsbearbeitung von Feinkorngraphit sowie der bleifreien Kupferlegierung CuZn21Si3P eingesetzt. Als Ergebnis konnte der Einfluss der Schneidkantenrundungen und Schartigkeitskennwerte auf die resultierende Oberflächenrauheit, die Aktivkräfte, den Werkzeugverschleiß und die Kantenqualität der bearbeiteten Werkstücke quantifiziert werden.
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PublicationTrennstrahlen mit flüssigem KohlendioxidDas Hochdruckstrahlspanen mit flüssigem Kohlenstoffdioxid (HDCO2) ist ein trockener und rückstandsfreier Fertigungsprozess, der die Vorzüge des konventionellen Wasserstrahlschneidens mit den Potenzialen der Reinigungsverfahren des Schnee- und Pelletstrahlens vereint. Die industrielle Ausbreitung dieser jungen Technologie scheitert momentan an einem geringen Wissensstand und dem fehlenden Nachweis der Konkurrenzfähigkeit. Daher bildet die vorliegende Arbeit eine Grundlage für die Erhöhung der Produktivität und Qualität beim HDCO2. Erstmals werden das Abrasivstrahlen mittels HDCO2 entwickelt und neue Erkenntnisse zu Strahlgeometrie sowie entstehenden Werkstückeigenschaften beim Trennstrahlen mit flüssigem Kohlenstoffdioxid gewonnen. Die durchgeführten Verfahrensvergleiche und Materialuntersuchungen verdeutlichen neue Erkenntnisse über Wirkzusammenhänge und Abtrennmechanismen. Insgesamt führen die Untersuchungen der Einsatzbedingungen und der anwendungsnahen Einseitenbearbeitung von CFK/GFK-Hohlkammerbauteilen zu unterschiedlichsten Empfehlungen für den industriellen Einsatz der neuartigen Technologie.
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PublicationMethode zur Quantifizierung von Einsatzgrenzen einer zentralen und dezentralen Struktur für die FertigungssteuerungIn der Massenfertigung werden flexible Organisationsformen und dezentrale Steuerungsstrukturen als Lösungsansätze für volatile Märkte seit mehr als einem Jahrzehnt diskutiert. Über die Einsatzgrenzen in einem Fertigungssystem kann jedoch ohne einen Leistungsvergleich keine Aussage getroffen werden. Die Untersuchung einer Vielzahl von Algorithmen ist zeit- und ressourcenaufwändig. Um eine praxistaugliche Schätzung der Einsatzgrenzen zu ermöglichen, wird eine Angleichung der Auswahllogik bei der Entscheidungsfindung vorgenommen, sodass diese anhand der Eigenschaften proaktives Rüsten und Aktualität der Entscheidungsgrundlage bestimmt werden können. Ein Simulationsmodell wurde entwickelt und Simulationsstudien durchgeführt. Für die Berechnung einer Kennzahl und den Vergleich von Simulationsalternativen wurde ein existierendes Verfahren automatisiert. Die Sieger aus den Vergleichen werden in Entscheidungshilfen operationalisiert. Das entwickelte Verfahren ermöglicht eine performantere Simulation und die Bestimmung minimal möglicher Einsatzgrenzen der Werkstattfertigung.
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PublicationLaser Surface Texturing of Ti6Al4V Alloy for the Reduction of Peri-implantitis(Fraunhofer Verlag, 2023)Souza Schweitzer, Luiz Guilherme DeWithin the scope of the present work, a novel laser texturing processing to optimize the surface characteristics of dental titanium implants is developed. The treatment with ultrashort pulsed laser for the surface texturing shows promising results to prevent implant-associated infections on dental implants. On the one hand, this is achieved by reducing the biofilm formation of the pioneer bacteria Streptococcus. The reduction of biofilm formation on the surface avoids the proliferation of pathogen bacteria responsible for the peri-implantitis disease. On the other hand, the host tissue integration is achieved through the adhesion of human MSCs, allowing the maintenance of biocompatibility. The investigation of both aspects within the same framework conditions comprises a method to assess the technology developed to prevent the occurrence of peri-implantitis cases without compromising the biocompatibility of the implant.