Search

Ein Forschungsprojekt, das sich mit dem Beschaffungs- und Herstellprozess für Drehteile in Losgröße 1 befasst, zeigt, dass eine digitalisierte Prozesskette den nötigen Aufwand stark reduziert.

The economic application of carbon fiber reinforced plastics in large-scale aerospace structures demands cost-efficient production technologies. In recent years, much progress was achieved in automation engineering, like automated fiber placement (AFP) and automated tape laying (ATL) technologies. In the design process, new methods have been established to incorporate boundary conditions of the production process. Henceforth the optimization process is not only focused on weight-reduction, but on an improved cost/weight ratio. Most research on this topic has been done in the field of conceptual design, as the highest percentage of the later arising manufacturing cost is defined by decisions made in the early design phase. But there is also a potential for reducing production cost in the detailed design phase. In the Composite Design department of the DLR Institute of Composite Structures and Adaptive Systems the detailed design of a wing cover skin section was optimized for the AFP-process. Ply shapes and ramp geometries have been modified to reduce the number of courses needed for ply-layup, and thus to reduce production time. Uncomplete courses with less than all of the available tows, as well as repeated stops and acceleration of the fiber-placement head due to unnecessary tow-cutting processes have been avoided. With these approaches the total layup time was reduced by 3,4% whereas the on-surface time of the fibre placement heads decreased by even 5% compared to the reference design, while structural weight remained constant. The optimization strategies, originally developed for the AFP-process, are also applicable to the ATL-process. The optimized design was analyzed in 3 sections and compared to the reference design for 408 combinations of longitudinal, transversal and shear loads, showing only minor differences in strength and stability.

Die Halbleiterfertigung ist ein äußerst komplexer Wertschöpfungsprozess, der aufgrund eines schnell wechselnden Marktes und der immensen Investitionskosten unter extremen Kostendruck steht. Um konkurrenzfähig zu bleiben, müssen aktuell jährlich ca. 15 % der Fertigungskosten durch eine erhöhte Anlagen- und Fabrikproduktivität eingespart wer-den. Im Rahmen der Arbeit wurden zum ersten Mal grundlegende Untersuchungen zur Modellierung und Simulation sowie der Optimierung von Halbleiterfertigungsprozessen auf Geräte- bzw. Prozesssequenzebene durchgeführt. Um die Anlagen- und Fabrikproduktivität zu erhöhen und damit implizit Fertigungskosten zu reduzieren, wurden bestehende und bereits eingesetzte logistische Strategien auf die Anlagenebene transferiert, neuartige und innovative Optimierungsstrategien auf Geräte- oder Prozesssequenzebene entwickelt und mit Hilfe der diskreten Simulation untersucht. Schwerpunkte waren die Batchbildung bei flexiblen Fertigungen, Mehrkammerprozessanlagen und eine innovative vorausschauende Stichprobenplanung. In flexiblen Fertigungen kommt es häufig zu logistischen Problemen bei Batchprozessen, da es aufgrund von fehlenden, geeigneten Losen teilweise zu großen Wartezeiten und somit eventuell zu Überschreitungen der Kundenliefertermine kommt. Es wurde im Rahmen der Arbeit ein Konzept entwickelt, welches kleinere Batchgrößen und Füllerscheiben nutzt. Hiermit konnten kürzere Durchlaufzeiten durch das Gesamtsystem (80 – 96 %) realisiert werden, ohne dabei den Durchsatz negativ zu beeinflussen. Der Trend in der Halbleiterfertigung geht aber weiter in Richtung Einzelscheibenprozesse. Als Folge dessen sind Mehrkammerprozessanlagen zu unverzichtbaren Werkzeugen bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen geworden. Bei den Untersuchungen an Mehrkammerprozessanlagen wurde die Integration von Messtechnik, die optimalen Dimensionierung und generell Möglichkeiten zur Steigerung der Produktivität untersucht. Das bei linearen Fertigungslinien bekannte und breit eingesetzte Konzept der Taktzeitanpassung wurde erstmals zur Anwendung bei Mehrkammerprozessanlagen adaptiert, dabei konnten beim Durchsatz Steigerungen von 15 - 23 % erreicht werden. Auf Prozesssequenzebene wurden Untersuchungen zur Stichprobenplanung durchgeführt. Die entwickelte vorausschauende Stichprobenplanung zeigte ein sehr großes Potenzial zur Kostenreduktion durch Einsparungen von Messungen bei Defektdichtemessketten und zur Senkung des Risikos von nicht kotrollierten Anlagen. Bei den untersuchten Anwendungsfällen konnte die Anzahl der benötigten Messungen um 6 – 50 % gegenüber der bisher eingesetzten Stichprobenstrategie reduziert werden, gleichzeitig wurde dabei das Risiko von längeren Fertigungszeiträumen ohne Kontrollmessungen um bis zu 85 % verringert. Generell konnte gezeigt werden, dass die diskrete Ablaufsimulation ein hervorragend geeignetes Werkzeug zur Untersuchung von Halbleiterfertigungsanlagen, –prozessen und deren Optimierung darstellt. Es können logistische Optimierungsstrategien jeglicher Art damit analysiert und bewertet werden. Semiconductor manufacturing is a rather complex value-added process, which is facing an extreme cost pressure due to fast changing markets combined with very high capital investments. Currently a manufacturing cost reduction of 15 % per year has to be achieved by an increased equipment and fab productivity in order to compete on the global market. Within this work fundamental investigations on modeling and simulation as well as optimization of semiconductor manufacturing processes at equipment and process sequence level have been performed for the first time. In order to increase equipment and fab productivity and to reduce manufacturing costs thereby, known and established logistical strategies were transferred to the equipment level and new and innovative optimization strategies were elaborated and investigated by the application of the discrete event simulation. This work focuses on batching strategies for flexible manufacturing, on cluster tools and on an innovative predictive sampling strategy. For flexible manufacturing, batching strategies became problematic. Due to a lack of compatible lots for the completion of full batches, long waiting times occur and customer delivery dates were exceeded from time to time. A concept using smaller batch sizes and filler wafers to speed up the batching process was developed. With this concept shorter cycle times (80 – 96 %) could be realized without a negative effect on the throughput of the system. Nevertheless, semiconductor manufactures tend to prefer single wafer processes. As a consequence of this, cluster tools became essential for semiconductor manufacturing nowadays. Within this work investigations on the integration of metrology, on optimal hardware configurations and on general optimization possibilities of cluster tools were performed. The established concept of identical process times for subsequent process steps in a linear process flow was adapted to be applicable for cluster tools for the first time. Thereby, a throughput increase of 15 – 23 % could be achieved. On process sequence level investigations regarding sampling strategies were performed. The developed predictive sampling strategy offered a great potential to reduce manufacturing costs by reducing the amount of required metrology operations for defectivity control chains. Furthermore, the risk of uncontrolled manufacturing equipment could be also decreased. For the investigated applications the amount of required metrology operations could be reduced by 6 – 50 % compared to the sampling strategies, which are currently used in semiconductor manufacturing. At the same time the risk of uncontrolled process operations could be reduced by up to 85 %. In general, it could be demonstrated, that the discrete event simulation is an excellent option to analyze the performance of semiconductor manufacturing equipment and processes and to investigate optimization possibilities. All kind of optimization strategies could be evaluated.

Experience gleaned in the field of product development shows that the early development phase is the phase during which product developers are most apt to be plagued by an acute sense of insecurity. Many of the product’s characteristics have yet to be determined. The results of the work that has been carried out are at this stage not accurate enough, incomplete and sometimes even flawed. The product developer is nonetheless obliged to make conceptual decisions on the basis of these criteria and to define the product’s central characteristics. These decisions not only determine fundamental product characteristics but also have a direct affect on the product development time and the product development costs. If the product that is to be developed has a high degree of novelty, then there is only a limited number of reference points available which can be used to perform a cost calculation using established procedures. This paper presents a method which allows products with a high degree of novelty to be assessed at a very early stage of their development with regard to their manufacturing costs. This method precedes the actual cost calculation. It closes the gap to the calculation process which requires established functions and solution principles in order for the costs to be assessed. To achieve this end, this paper deals with the development of a methodical and systematic approach to cost prediction using Bayes networks. The purpose of a Bayes network is to predict and diagnose factors or events, which because of existing information are either not obviously apparent or too complex to determine. Bayes networks are a special form of theoretical probability models. Following a comprehensive introduction into the fundamental principles of Bayes networks, this paper goes on to present guidelines for the generation and implementation of own networks. Tools that are needed for each of the necessary steps that are connected with generating and working with a network are also presented. This method is not only excellently suited for classic elements of engineering, but also for other fields and sectors like mechatronics or electrical engineering. In addition, universal network structures are developed which can be used for almost all product domains thereby making it easier to set up an own network. A detailled example is used to illustrate the approach to the solution of this problem.

Die HiPIMS-Technologie (Hochleistungs-Impuls-Magnetronsputtern) ermöglicht die Herstellung transparent leitfähiger ITO(Indium-Zinnoxid)-Beschichtungen auf Glas bei Raumtemperatur. Es resultieren nanokristalline Schichten, die biegefähig sind und die im getemperten Zustand eine gegenüber dem Floatglas verbesserte mechanische und chemische Beständigkeit aufweisen. So hergestellte Schichten erfüllen erstmals die Anforderungen der Automobilindustrie hinsichtlich der Beständigkeit der Schichten in chemischen Belastungstests sowie im Taber-, Kratz- und Sandriesel-Test. Die am Fraunhofer IST auf 75 cm Quellen entwickelte und patentierte Technologie arbeitet bei Raumtemperatur und ist sehr gut aufskalierbar. Die Beschichtungen sind temperfähig beziehungsweise sogar biegbar. Bezüglich der Herstellungskosten wäre eine Massenproduktion derzeit mit etwa 40 Euro/m2 anzusetzen, wobei die Dicke der ITO-Schicht 140 nm beträgt. Durch eine Verbesserung der Kostenstruktur in der Fertigung lassen sich mittelfristig auch deutlich reduzierte Kosten in der Größenordnung von 10 Euro/m2 erwarten. Die Autoren gehen davon aus, dass die ITO-HiPIMS-Technologie innerhalb von drei Jahren für die industrielle Serienfertigung solcher Schichten überführt werden kann.

Precision glass molding is an efficient near net shape fabrication method for high volume production of aspherical optical glass components. Up until now, the mold manufacturing is still the most cost-and time-consuming process partly due to the fact that the shrinkage error of glass has to be compensated for by means of multiple molding trials and mold modifications (this process is sometimes called mold iteration). The main reason for shrinkage is the different thermal expansions of mold and glass materials during forming and cooling, many other factors such as uneven cooling speed and stress relaxation affect molding process and thus lead to complex form deviation in final geometry. In this paper, an efficient mold manufacturing process with integrated numerical simulation is presented in the form of a case study of an industrial molding example. Taking into account the shrinkage error predicted by process simulation, revised molds are manufactured directly with compensated design. After molding test with the compensated molds, the surface figure of the molded glass lenses was in good agreement with the desired shape within plus/minus 1 micrometer, which matched the original accuracy requirement and no further mold compensation was needed. Based on the result of this work, it is clear that numerical simulation can be used as an efficient tool to predict the final geometrical shape of precision molded glass components, which leads to an efficient mold manufacturing with lower production cost and a shorter cycle time.

Innovative Kinematikkonzepte erlauben die Senkung der Fertigungskosten aufgrund der stetigen Leistungssteigerung von Maschinensystemen in Kombination mit einer verbesserten Prozessanalyse. So konnten beim Schnellhubschleifen mit hohen Tischgeschwindigkeiten deutlich über v(ind ft)=30m/min hohe Zeitspanungsvolumina bei geringer Eingriffstiefe erreicht werden. Beim Hochleistungsplanschleifen mit Planetenkinematik liegen die optimalen Schnittbedingungen im Bereich erhöhter Schnittgeschwindigkeiten und Schleifkräfte. Mit der neuesten Generation von Maschinensystemen lässt sich teilweise die Bearbeitungszeit um bis zu 80% reduzieren. Außerdem wurden die Prozessführung und das Verschleißverhalten der Schleifscheibe deutlich verbessert. Durch die Simulation der elementaren Vorgänge in der Wirkzone ist es möglich, die Partikelbahnen beim ultraschallunterstützten Quer-Seiten-Schleifen zu beobachten und das Abtrennverhalten zu beurteilen. Die Erkenntnisse lassen sich auf weitere Kinematiken und Schleifoperationen mit Kühlschmierung übertragen. Für das Strömungsschleifen ist die CFD-Simulation ein geeignetes Werkzeug, um Einstellparameter für einen Bearbeitungsprozess zu identifizieren und das Arbeitsergebnis zu verbessern. Die Simulation nichtnewtonscher Fluide erfordert, für das Schleifmedium rheologische Kenngrößen zu integrieren. Durch die Entwicklung eines Prozessmodells lassen sich mithilfe der Simulation Arbeitsergebnisse an komplexen Bauteilgeometrien antizipieren. Ein weiterer Fokus der Untersuchungen ist die technologisch-wirtschaftliche Umsetzung des Potenzials keramischer Hochleistungswerkstoffe für die spanende Fertigung. Dabei wurde Keramik sowohl als Schneidstoff als auch als Substrat-Werkstoff untersucht. Durch den Einsatz eines vollkeramischen Schaftfräsers konnten die Schnittgeschwindigkeiten bei Ni-Basis-Superlegierungen um den Faktor 40 gesteigert werden. Entnommen aus TEMA

Zur Senkung der Herstellungskosten ist es erforderlich, die auf kristallinen Siliziumwafern basierende Solarzellentechnologie im Photovoltaikmarkt durch Einführung von Atmosphärendruck-Plasmaprozessen und den darauf aufbauenden Durchlaufanlagen mit gekoppelten Prozeßssschritten anzuwenden. Deshalb werden in der Arbeit das plasmachemische Ätzen bei Atmosphärendruck und das plasmachemische Beschichten mit Siliziumnitrid behandelt. Die Schichten weisen eine ähnliche Zusammensetzung auf wie die mittels Niederdruck-PECVD abgeschiedenen Referenzschichten. Es wird eine schematische Darstellung des Plasmaätzens bei Atmosphärendruck und des mikrowellenplasmagestützten CVD-Verfahrens bei Atmosphärendruck gezeigt. Der Standartprozess, der einen 'Technologiemix' aus unterschiedlichen Verfahren (Nasschemie, CVD-Ofenprozesse, Siebdruck) darstellt, kann durch Einführung von Atmosphärendruck-Plasmaprozessen stark vereinfacht werden.

Ill., graph. Darst.

Um den lebenslauforientierten Nutzen von Investitionsentscheidungen zu berechnen, werden üblicherweise Verfahren der dynamischen Investitionsrechnung herangezogen. In der industriellen Praxis hat sich dazu die Bestimmung des Kapitalwerts als gängiges Entscheidungsinstrument etabliert. Der Fachbeitrag stellt hierzu in einem Vergleich die Investitionsneigung unter der Annahme einer linearen Entwicklung der Fertigungskosten im Vergleich zu empirischen Erfahrungskurven dar.

Deutsche Produktionsstandorte geraten im globalen Wettbewerb zunehmend unter Kostendruck. Zwar gibt es einige Methoden und Werkzeuge zur Effizienzsteigerung und Kostenreduktion, aber der Schlüssel zum Erfolg liegt nicht allein in der Methodenanwendung bei der Erstellung von Konzepten, sondern auch in der konsequenten und zeitnahen Umsetzung dieser Ergebnisse.

Life Cycle Costing (LCC) supports the adaptation of product features, both consumer and capital goods, to their life cycle. The costs of production, installation, usage and disposal are analyzed and allocated, aiming at the minimum of the total cost. A new method to calculate the life cycle costs of capital goods, such as machines and manufacturing systems, is presented to anticipate the life cycle costs. Single processes connected to the product's life cycle are represented and described in a potential-, program- and process-related way by the above mentioned life cycle costing method. Aiming on a redesign of current product structures, it is possible to derive approaches from the cost structures of the life cycle and also to create possibly new operational and maintenance concepts, as well as new financing models and cooperation forms.

Es gibt keinen "Königsweg" zur Automatisierung. Zu unterschiedlich sind Produkte und Prozesse sowie unternehmensinterne und -externe Einflußgrößen. In einer Studie hat das Fraunhofer Institut für Produktionstechnik und Automatisierung Verhältnisse und Ziele in deutschen Unternehmen untersucht.

Blechschnitteile werden mittlerweile in einer Qualität gefordert, die einerseits mit konventionellen Schneidverfahren nicht mehr erreicht wird und für die andererseits der Einsatz des Feinschneidens zu aufwendig erscheint. Das Genauschneiden im Toleranzbereich IT9 ... IT11 bietet eine Alternative. Die Genauschneidbarkeit warmgewalzter Blechwerkstoffe im Dickenbereich von 2 bis 12 mm sowie von Aluminiumlegierungen im Dickenbereich von i bis 4 mm wurde am Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU), Chemnitz, untersucht.

Unter extremen Wettbewerbsbedingungen und gravierenden Nachteilen bei den Produktionskosten hat die verarbeitende Industrie nur dann eine Chance, wenn es ihr gelingt, Innovationen systematisch und vor allem schnell umzusetzen. Die damit verbundenen strukturellen Veränderungen bleiben nicht ohne Folgen für die Beschäftigung. Die Forschung auf dem Gebiet der Produktionstechnik bietet heute eine Fülle von Perspektiven, die der unter Druck geratenen Industrie neue Chancen eröffnen.

In der Definitionsphase eines neuen Produktes ist es erforderlich, die einzelnen Produktkonzepte hinsichtlich ihrer wirtschaftlichen Machbarkeit zu bewerten. Dies bedeutet, daß die Material- und Fertigungskosten kalkuliert und die Produktenstehungsprozesse monetär, kapazitiv und terminlich bewertet werden müssen. Die Beurteilung der einzelnen Konzepte ist dabei nur in kurzer Zeit und mit der notwendigen Genauigkeit und Sicherheit durchzuführen, wenn Erfahrungsdaten aus früheren Entwicklungsprojekten mit ähnlichen Anforderungen vorliegen. Diese definierte den Rahmen des Anforderungsprofils an die Funktionalität des Entscheidungsunterstützungssystems MDS (Management Decision Support).

Unter extremen Wettbewerbsbedingungen und gravierenden Nachteilen bei den Produktionskosten hat die verarbeitende Industrie nur dann eine Chance, wenn es ihr gelingt, Innovationen systematisch und vor allem schnell umzusetzen. Die damit verbundenen strukturellen Veränderungen bleiben nicht ohne Folgen für die Beschäftigung. Die Forschung auf dem Gebiet der Produktionstechnik bietet heute eine Fülle von Perspektiven, die der unter Druck geratenen Industrie neue Chancen eröffnen.

Unter extremen Wettbewerbsbedingungen und gravierenden Nachteilen bei den Produktionskosten hat die verarbeitende Industrie nur dann eine Chance, wenn es ihr gelingt, Innovationen systematisch und vor allem schnell umzusetzen. Die damit verbundenen strukturellen Veränderungen bleiben nicht ohne Folgen für die Beschäftigung. Die Forschung auf dem Gebiet der Produktionstechnik bietet heute eine Fülle von Perspektiven, die der unter Druck geratenen Industrie neue Chancen eröffnen.

Viele deutsche Unternehmen kämpfen heute mit deutlichen Produktivitäts- und Kostenunterschieden gegenüber der fernöstlichen Konkurrenz und neuerdings auch den ehemaligen Ostblockstaaten. Um die bisherigen Marktanteile auch in Zukunft sichern zu können, stehen die Unternehmen vor wichtigen Weichenstellungen.

In produzierenden Betrieben nimmt die Bedeutung von Unternehmensbereichen, die nicht mehr mit dem Erstellen von Produkten im physikalischen Sinn befaßt sind, ständig zu. Eine Folge davon sind wachsende Gemeinkosten, die sich in hohen Zuschlagsätzen bei der Kalkulation widerspiegeln. Mit der prozeßorientierten Kalkulation lassen sich hingegen die bisherigen Gemeinkostenblöcke verursachergerecht Produkten und Aufträgen zuordnen.

Alle Ergebnisse waren zusammen mit den Erkenntnissen der Flächen- und Informationsflußanalyse grundlegende Voraussetzungen für die Reorganisationsplanung. Als erstes wurde festgelegt, den Eigenfertigungsanteil drastisch zu reduzieren. Dann waren die Fertigungsstrukturen neu zu gestalten, wobei die Kosten konsequent nach dem Verursacherprinzip zu erfassen waren. Primär fanden die Bauteile Berücksichtigung, die am höchsten an der Wertschöpfung beteiligt waren, die strategische bzw. Know-how Bedeutung haben und die besonderen Prüfbedingungen unterliegen. Diese Planung berücksichtigte neben den schon vorn genannten Zielen die folgenden: -Gestaltung von JIT-Schnittstellen/Lieferbeziehungen, - Senkung des nichtwertschöpfenden Fertigungsanteils bzw. der Fertigungskosten, - Reduzieren des Anlagebestands, - produktorientierte Fertigung, wobei die Prozeßstufen verringert und kleine Regelkreise zu schaffen waren, - Verantwortung nach unten zu verlagern, wo sie überschaubar wahrgenommen werden kan n und eine - Qualitätskontrolle möglichst an den Werker zu übergeben. Mit diesen Zielen wurden mögliche Reorganisatios- und Ausbaustrategien erarbeitet, aus denen sich vier aufeinander bauende, handhabbare Varianten ergaben. Diese Varianten zeigen alle, wie einfache und vordergründig investitionsarme Maßnahmen Effekte zur Kostenreduzierung bringen.

Eine sinnvolle Produktionsprogrammplanung muss einerseits auch Kosten- und Kapazitätsaspekte berücksichtigen können. Sie sollte andererseits manuelle Eingriffe unterstützen und über Simulationsverfahren entsprechende Vorschläge anbieten. Ein graphisch unterstütztes Planungssystem mit diesen Möglichkeiten wurde als PC-Lösung in die Praxis umgesetzt.

Wer zur kostenarm arbeitenden Fertigung will, muß sich von der herkömmlichen Meisterorganisation lösen, jederzeitige Übersicht vom Fertigungsgeschehen gewinnen und die Bereitstellung von Material, Kapazität, Werkzeug, Prüfmittel und NC-Programm so souverän steuern können, daß Warteschlangen verschwinden. Die hierzu erforderliche Synchronisation von Versorgungsagläufen besorgen der Fertigungsleitstand und das -leitsystem.

High-quality manufacturing processes are fundamental to be successful on global markets. Especially the German industry relays on its reputation for high-quality products with top performance in combination with high reliability. To ensure and further improve the manufacturing quality, this paper evaluates the potential to adapt the Failure Process Matrix (FPM) to assembly lines with small quantities. The FPM was originally developed to reduce production failure and improve assembly quality of high-volume engine assembly lines in an automobile context. To adapt the methodology to small-quantity assembly lines, the first step was the analysis and evaluation of typical variations. Based on the findings, requirements for the adaptation of the methodology and the supporting software tool were developed. The adaptations include changes to the methodology especially in regards to the gathering of manufacturing data on the shop floor. Also, a new spreadsheet based software tool has been developed to fit the processes of small-quantity assembly lines. Furthermore, new key performance indicators to visualize und understand assembly quality throughout the whole assembly line, were included in the software tool. The adapted methodology with the matching software tool were successfully utilized to optimize the assembly quality of two small-quantity assembly lines for complex industrial large diesel engines used for various fields of application. The case study proved the potential of the FPM for a holistic understanding and improvement of assembly quality of small-quantity assembly lines with complex products.

Recyclingstechnologien stellen mehr als nur eine Alibifunktion für Umweltprobleme dar. Kreislaufprinzipien, die der ja so genial funktionierenden Natur abgeschaut sind, erweisen sich mit moderner Technik zunehmend auch als profitables Geschäft. Umweltgerechte Produktionsverfahren brauchen daher nicht im Schatten der Neuproduktion zu stehen - im Gegenteil: sie bilden meist selbst schon helle Lichtblicke. Vielerorts ist Recycling sogar lupenreine "High Tech". Der Beitrag zeigt Beispiele.