Produktionssystem

Erfolgreiche deutsche Produktionsunternehmen haben sich in Zusammenhang mit der Konzentration auf ihre Kernkompetenzen und der Nutzung internationaler Standortvorteile in Form globaler Wertschöpfungsnetzwerke aufgestellt. Die fortschreitende globale Einbindung von unternehmensinternen Werken sowie externen Partnern und Zulieferern begünstigt jedoch komplexe Wirkungsmechanismen innerhalb der Netzwerke, die teilweise oder vollständig unbekannt und schwer prognostizierbar sind. Möchten deutsche Produktionsunternehmen auch zukünftig die positiven Effekte der Globalisierung nutzen, müssen sie in der Lage sein, die sich dramatisch ändernden Einflussfaktoren globaler Wertschöpfungsnetzwerke zu beherrschen. Diesbezüglich gewinnen wandlungsfähige Wertschöpfungsketten, die sich flexibel und reaktionsschnell an die dynamischen Herausforderungen anpassen, an Bedeutung. Der vorliegende Beitrag beschreibt einen Ansatz zur Planung und Optimierung wandlungsfähiger globaler ...

Produktionssysteme sind kein Selbstläufer, sondern bedürfen einer ständigen Weiterentwicklung, um auch in Zukunft einen Garant für die Wettbewerbsfähigkeit von produzierenden Unternehmen darzustellen. Die Auditierung von Produktionssystemen ermöglicht die spezifische Reifegradbestimmung der Systemelemente der Produktion und somit auch die Identifikation von Defiziten sowie Ansatzpunkte zur nachhaltigen Optimierung. Gegenstand dieses Beitrags ist die Erstellung eines Auditkonzepts zur reifegradbasierten Beurteilung der Entwicklungsfähigkeit von Produktionssystemen.

Die Automobilindustrie steht aufgrund einer volatilen Marktsituation sowie dem stetigen Wachstum der Modell- und Variantenvielfalt vor großen Herausforderungen: Innovationszyklen verkürzen sich und die Komplexität in der Produktion sowie der Kostendruck nehmen zu. Um auf diese Herausforderungen zu reagieren, müssen fortgeschrittene Ansätze zur langfristigen Planung der Produktionssysteme eingesetzt werden. Der vorliegende Beitrag stellt aktuelle Ansätze der Fabrikplanung in der digitalen Fabrik vor und zeigt Einsatzmöglichkeiten des Operations Research (OR) für die Planung von Produktionssystemen auf. Der Einsatz von OR Methoden birgt nicht nur in der Netzwerkplanung große Potenziale, sondern kann auch strategische Entscheidungen auf der Ebene der Fabrik signifikant unterstützen.

Die Schuhindustrie zählt in Bezug auf die Anzahl der Beschäftigten zu den wichtigsten Wirtschaftszweigen in Europa. Große Teile der Fertigungsprozesse sind allerdings immer noch durch Handarbeit geprägt. Durch Optimierung des Produktionsprozesses und Automatisierung mithilfe robotischer Lösungen kann die Herstellung von qualitativ hochwertigen Produkten zu konkurrenzfähigen Preisen in Europa unterstützt werden. Dabei stehen die Hersteller modischer und hochpreisiger Schuhe im Zentrum.

In den letzten Jahren ist ein wachsender Trend zum Aufbau spezieller Arbeitsplätze, sogenannter Virtual-Reality-Labore, an Hochschuleinrichtungen zu erkennen. Dieser trägt dem Wunsch nach besserer Visualisierung sowohl von Forschungs- als auch von Lehrinhalten Rechnung. Durch den Einsatz von Virtual-Reality-Systemen für bspw. universitäre Lehrveranstaltungen, kann die Vermittlung komplexer Sachverhalte verbessert und somit die Ausbildung von Fachkräften beschleunigt und zielgerichteter durchgeführt werden. In einer virtuell-interaktiven Umgebung können die relevanten Lehrinhalte so visualisiert werden, dass sie zusammen mit der sich bietenden Möglichkeit der praktischen Arbeit eine wesentliche Verbesserung der Lernerfolge erwarten lassen [1]. Der Beitrag skizziert die Potenziale, die die Nutzung der Virtual-Reality-Technik für die universitäre Ausbildung besitzt.

Die Qualität und Geschwindigkeit in der Fertigung und Montage von Mikrosystemen hat in den letzen Jahren immense Fortschritte gemacht. Ausgereifte Mikro- und Nano-Rapidprototypingverfahren in Verbindung mit Replikationstechniken ermöglichen die Massenfertigung von hochpräzisen Mikrobauteilen. Für die Qualitätskontrolle solcher Bauteile wird eine ebenso schnelle wie genaue Messtechnik benötigt. Die diesbezüglichen guten Erfahrungen der makroskopischen Streifenprojektion sollen daher auf die Anforderungen der Mikrotechnik angepasst und optimiert werden. Ein Ansatz hierfür ist die endoskopische Streifenprojektion. Mit ihrer Hilfe wird es möglich, kleinste Messvolumina präzise und berührungsfrei dreidimensional zu erfassen und auszuwerten. Das Messprinzip und die Möglichkeiten werden anhand eines faserbasierten endoskopischen Streifenprojektionssystems aus dem, von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten, Sonderforschungsbereich Transregio 73 erläutert.

Aufgrund ihrer wirtschaftlichen und fertigungstechnischen Vorteile haben sich Laserquellen in den vergangenen 30 Jahren in weiten Bereichen der Produktionstechnik etabliert. Besonders die Möglichkeit der Realisierung kleinster Fokusdurchmesser zur Materialbearbeitung macht den Laser zu einem der wichtigsten Werkzeuge in der Mikrotechnologie. In diesem Beitrag werden grundlegende Verfahren der Lasermikrobearbeitung sowie deren verfahrensspezifische Anwendungsgebiete vorgestellt. Dabei wird auf etablierte und in der Entwicklung begriffene Technologien eingegangen. Abschließend erfolgt eine Betrachtung des Marktpotenzials laserbasierter Fertigungsverfahren in der Mikrotechnologie.

In unserem Alltag haben in vielen Anwendungen und Geräten intelligente Funktionen, die auf Mikrotechnologien basieren, Einzug gehalten. Handys sind beispielsweise mit Kameras, Spielkonsolen oder persönlichen digitale Assistenten ausgestattet. Autos werden intelligenter über Selbstkontrollfunktionen und adaptive Sicherheitssysteme. Neben Japan und den USA gehört Europa zu den führenden Standorten in der Welt. Der Schlüsselfaktor für erfolgreich am Markt etablierte Produkte werden künftig die Systemintegration, die Miniaturisierung von Komponenten und nicht zuletzt die Integration der verschiedenen Technologieansätze und der verschiedenen Materialien sein. Dabei ist die Brücke zwischen der Nanometer- und Mikrometerskala der Komponenten und der Makrowelt der Anwender zu schlagen. Smart Systems Technologien und ihre Integration werden deshalb einen entscheidenden Einfluss auf die Konkurrenzfähigkeit der Produkte verschiedener Branchen, wie Luftfahrt, Sicherheit, Automobilbau, ...

Mit den Prozessen und Verfahren der Mikrosystemtechnik wird eine Vielzahl von Mikrosensoren und -aktoren hergestellt. Diese Technologie ist jedoch durch das Aufschichten von Ebenen limitiert, wodurch keine echten 3D-Strukturen aufgebaut werden können. Diese Einschränkung wird durch die Kombination mit einem nachgelagerten Mikroumformprozess überwunden. Auf diese Weise ist es möglich, die Statorspulen für einen Mikromotor mit einem Gehäusedurchmesser von lediglich 4 mm kostengünstig und prozesssicher herzustellen.

Der Trend zur Miniaturisierung von Funktionsbauteilen spiegelt sich in der Entwicklung geeigneter Fertigungstechnologien wider. Häufig lassen sich in der Makrowelt beherrschte Prozesse nicht ohne Weiteres für die Herstellung von Mikrobauteilen skalieren. Im Folgenden werden Ansätze beschrieben, das aus der Großserienfertigung bekannte Umformverfahren Rundkneten für Miniaturwerkstücke, d.h. hier im Durchmesserbereich unterhalb 1,0 mm, einsatzfähig zu machen. Bei richtiger Auslegung der Technologie bieten sich vielfältige Anwendungsfelder.