<p>The forming of an assembly system is a complex task, which should be considered as never ending. In order to successfully plan and implement an assembly system it is of vital importance that the obstacles and preconditions that have an impact on the system are identified and evaluated. This together with the necessary support activities and the attributes of the product to be assembled constitutes the starting point for the forming of the assembly system.</p><p>The aim of this thesis is to link the theoretical findings with the issues stated above, and through this explain a best practice approach when forming the assembly system. The theoretical work aims at describing the nature and activities within assembly and manufacturing systems and explains these in three different levels of strategies divided into Manufacturing strategies, Layout, material flow and design strategies and finally Logistic, material handling and quality strategies. Then the obstacles and preconditions found are discussed and evaluated which set the basis for the forming of the assembly system and by linking these with the relevant theory, conceptual design proposals for the assembly system and the Logistic support system are formed.</p><p>These are then evaluated and finally a proposal for the detailed layout of the assembly system is given. This proposal is then to be used as a guideline for the company Aercrete when forming their assembly system.</p>

Konsequent betriebener Leichtbau führte und führt weiterhin zu steigender Komplexität in der Blechumformung. Erkenntnisse aus Forschungsaktivitäten zur gezielten Beeinflussung, Regelung und Vollautomatisierung des Tiefziehprozesses konnten jedoch bisher nicht in Großserienpresswerke transferiert werden. Aus diesem Grund wird in dieser Arbeit ein Werkzeugkonzept vorgestellt, welches unter Berücksichtigung der relevanten Randbedingungen eine gezielte lokale Beeinflussung des Umformprozesses ermöglicht. Gleichzeitig gestattet es, mit Hilfe eines neuartigen, optischen Sensorkonzeptes die Geschwindigkeit sowie den Einlaufweg der Platine zu überwachen. Es wird eine methodische Vorgehensweise zur Herstellung von Umformwerkzeugen, auf der neuen Konzeption basierend, beschrieben. Umformsimulationen dienen dabei zur Identifikation von kritischen Bauteilen und deren neuralgischen Zonen. Eine entsprechend angepasste Konstruktion bietet Bauraum für die Implementierung von zusätzlichen Aktuatoren und einem definiert elastischen Einsatz. Abschließende FEM-Analysen mit Volumenmodellen sowie die Kalkulation der Lebensdauer bestätigen eine ausreichende Flexibilität und die erforderliche Dauerfestigkeit. Im Rahmen der experimentellen Analyse konnte eine drastische Verkürzung der Anlaufzeit durch deutlich reduzierten Tuschieraufwand aufgrund der Anpassungsfähigkeit sowie Flexibilität des definiert elastischen Werkzeugkonzeptes nachgewiesen werden. Neben diesem Potential hinsichtlich strukturierter Inbetriebnahmen ermöglicht die Konzeption eine Kompensation von Pressenunterschieden und individuellen Maschinencharakteristika (wie bspw. Stößelverkippungen) wodurch der Transfer von der Einarbeitspresse auf die Produktionsanlage wesentlich weniger Korrekturschleifen hervorruft. Außerdem werden der Qualitätsaufwand (Nachtuschieren) während der laufenden Serienproduktion, Stillstandszeiten und Ausschussquoten stark verringert. Darüber hinaus ergeben sich erweiterte Anwendungsmöglichkeiten bei der Umformung von tailored blanks und aus der Minimierung/Optimierung des Platinenzuschnittes enorme Einsparungs- und Kostenpotentiale. Abschließend werden die Vorteile eines geschlossenen Prozessregelkreises durch die Verknüpfung von Sensorik und Aktorik analysiert. Dabei bestätigt das vorgeschlagene Regelkonzept einer Prozessnachführung die Erhöhung der Prozessstabilität bei schwankenden Prozessparametern durch die gezielte, lokale Verteilung der Flächenpressung. Zuletzt diskutiert der vorliegende Beitrag Transfermöglichkeiten der Verbesserungspotentiale in kommende Serienwerkzeuge vor dem Hintergrund von Kostenrestriktionen und Minimierung des bedientechnischen sowie konstruktiven Aufwandes.

This thesis is about product and process development. The thesis has been done at ABB Robotics AB in Västerås under 20 weeks with half study pace, which is equivalent to 15 higher education credits (15hp). Thesis purpose was to improve an assembly station for assembling of robot IRB 360. Problems at the assembly station are that there are some non-value-creating activities and assembling methods which correspond to low safety factor for workers. The focus of thesis was to investigate opportunities and to produce solid proposals for how to eliminate these problems. After a written contract with ABB AB, the work started with the planning with the company supervisor and Gantt Schema was created to schedule all steps for this project, to ensure during the process. The project has followed the methods described in the book "Produktutveckling konstruktion och design " by Karl T Ulrich &amp; Steven D Eppinger. Product development tools like Quality function deployment (QFD), functional analysis, specification of requirement and Pugh's analysis matrix have been used in the development process. In the first phase of the project, observation and investigation has been performed to identify and analyse problems. In the later phases, ideas and concepts has created to solve the problems and achieve successful results. The result of the project is an improved material flow at assembling stations which eliminates nonvalue-creating activities and leads to better safety for workers. Another result of the project is an elimination of hand hammering at assembling station and for this purpose a new pressing tool has been developed for pressing down a seals around radial shaft in assembling process. The software Solidworks has been used to create a new 3D layout for the existing assembly station to understand and find the better solution for material flow. Solidworks is also used for doing Finite element method (FEM) analysis to validate the new developed pressing tool. / Detta examensarbete handlar om produkt och processutveckling. Arbetet utfördes hos ABB Robotics AB i Västerås och bedrivs under 20 veckor långt på halvfart vilket motsvarar 15 högskolepoäng. Uppdraget är att förbättra en monteringsstation för plockningsrobot IRB360 FlexPicker. Problem på monteringsstation är att det sker icke värdeskapande aktiviteter, och monteringsprocess som leder till arbetsmiljöproblem. Arbetet fokus var att undersöka möjligheter och ta fram konkreta förslag att hur man kan eliminera dessa problem. Efter skriftligt kontrakt med ABB AB, arbetet började med planeringen med företaget handledare och skapades Gantt Schema. Projektet har följt metoderna som beskrivs i boken ”Produktutveckling konstruktion och design” av författare Karl T Ulrich &amp; Steven D Eppinger. I utvecklingsprocessen har använt produktutvecklingsverktyg, några av dessa är QFD, funktionsanalys, kravspecifikation och Pughs analysmatris. I första fas av projekt gjorde undersökning och observation för att hitta och analysera problem. I senare faserna genererade koncepter för åtgärden och sedan vidare utvecklades utvalda koncept för nå framgångsrikt resultat. Resultatet av arbetet blev förbättrad materialflöde som eliminerar icke värdeskapande aktiviteter. Dessutom utvecklades fram ett nytt pressverktyg som eliminerar arbetsmiljöproblem. Mjukvaran Solidworks har använt för att skapa en ny layout för monteringsstation. Med hjälp av Solidworks gjordes FEM -analys (Finita elementmetoden) för att validera den nya pressverktyg

Die effektive sowie effiziente Planung von Energieeffizienzmaßnahmen hat große Bedeutung für Produktionsunternehmen. Die um energetische Betrachtungen erweiterte Materialflusssimulation wird in diesem Kontext zunehmend als Werkzeug zur Untersuchung komplexer Wechselwirkungen von Material- und Energieflüssen in Fabriken eingesetzt. Die vorliegende Arbeit hat die Konzeptionierung und Systematisierung einer Methodik zur Ausgestaltung derartiger Simulationsstudien speziell in Umplanungsprojekten zur Energieeffizienzsteigerung zum Inhalt. Unter besonderer Beachtung entscheidungstheoretischer Ansätze soll es diese ermöglichen, unabhängig von der jeweils eingesetzten Simulationslösung projektspezifische Ausprägungen für die relevanten Gestaltungsaspekte einer Simulationsstudie in diesem Problemfeld zu bestimmen (z. B. zur Art und Weise der Modellierung des Energieverbrauchs). Das entwickelte Lösungskonzept besteht aus einem 13 Schritte umfassenden Vorgehensmodell sowie neun Lösungsmodulen zur Unterstützung von Entscheidungen hinsichtlich der Ausprägung ausgewählter Gestaltungsaspekte. Auf diesem Wege wird der gesamte Prozess von der Entwicklung einer Effizienzmaßnahme über die eigentliche Simulationsanwendung (in Anlehnung an die VDI-Richtlinie 3633 Blatt 1:2014) bis hin zur finalen Investitionsentscheidung unterstützt. Exemplarisch wurde die im Ergebnis der Arbeit stehende Methodik an drei Fallstudien erprobt. Dabei konnten alle definierten Anforderungen erfolgreich geprüft werden. / Effective and efficient planning of energy efficiency measures is of great importance to manufacturing companies. Material flow simulation that has been extended to also include energy is increasingly used in this context as a tool for the analysis of complex interactions between material flows and energy flows in factories. This thesis deals with the conception and the systemization of a methodology for designing such simulation studies specifically in re-planning projects that aim for energy efficiency improvements. Taking basic approaches from decision theory into particular consideration, it is intended to provide guidance in deciding on the project-specific manifestation for relevant characteristics of a simulation study in this problem area (e.g. the manner to model energy consumption), regardless of the utilised simulation solution. The developed solution comprises a 13 steps spanning process model as well as nine solution modules to support decisions concerning the choice of manifestation for selected characteristics. In this way, the entire process from the development of an energy efficiency measure through the actual application of simulation (following VDI guideline 3633 Part 1:2014) to the eventual investment decision is assisted. The results of this thesis were exemplarily tested in three case studies. All initially defined requirements could thereby be positively verified.

Ziel dieser Arbeit war es, systematisch Möglichkeiten zur gezielten und qualitativen Entkopplung von Umweltauswirkungen im Rahmen der Verantwortungsaussage des SDG 12 in Bezug auf einzelne Stoffströme zu identifizieren. Zu diesem Zweck wurde ein Schema zur Bewertung der Verantwortung erstellt, das sich auf die Systemgrenzen der Umwelt und die systemischen Produktionsströme einzelner Materialien konzentriert. Einzelne generische Prozesseinheiten wurden identifiziert und Umweltindikatoren, die Planetary Boundaries, ausgewählt. Das entwickelte Schema wurde dann in einer Fallstudie mit dem Beispielmaterial Aluminium auf seine Funktionalität getestet, indem das Material mit den Umweltindikatoren in jeder Prozesseinheit seiner spezifischen Produktionsroute kalibriert wurde. Dabei zeigte sich, dass die entwickelte Bewertung in der Tat eine systematische Identifizierung des Entkopplungsraums innerhalb eines Materialflusses ermöglicht und somit als funktional und übertragbar auf andere Materialflüsse und andere Dimensionen wie die soziale oder wirtschaftliche sowie die Verbrauchsdimension angesehen werden kann.:1 Introduction 2 Context of the Thesis 3 Sustainable Development Theories - The Road to Sustainable Industrial Development 4 Objectives and Structure of the Thesis 5 Development of a Responsibility Assessment Scheme 7 Aluminium as Key Material in our Society 8 The Aluminium Production System 9 Assessment Instructions 10 Case study – Aluminium Life Cycle and Planetary Boundary Matrix Calibration 11 Evaluation, Discussion of Results and Conclusion 12 Bibliography / This thesis aimed to systematically identify opportunities for targeted and qualitative environmental impact decoupling within the responsibility proposition of SDG 12 in relation to single material flows. To do this a responsibility assessment scheme was created that focused on the system boundaries environment and systemic production flows of single materials. Individual generic unit processes were identified and environmental indicators, the Planetary Boundaries, were chosen. The scheme designed was then tested in a case study for its functionality with the example material Aluminium, through calibrating the material with the environmental indicators in each unit process of its specific production route. This showed that the assessment designed indeed allowed for systematic identification of decoupling space within a material flow and can thus be considered as functional and transferrable to other material flows and other dimensions like the social or economic, as well as the consumption dimension.:1 Introduction 2 Context of the Thesis 3 Sustainable Development Theories - The Road to Sustainable Industrial Development 4 Objectives and Structure of the Thesis 5 Development of a Responsibility Assessment Scheme 7 Aluminium as Key Material in our Society 8 The Aluminium Production System 9 Assessment Instructions 10 Case study – Aluminium Life Cycle and Planetary Boundary Matrix Calibration 11 Evaluation, Discussion of Results and Conclusion 12 Bibliography

Konsequent betriebener Leichtbau führte und führt weiterhin zu steigender Komplexität in der Blechumformung. Erkenntnisse aus Forschungsaktivitäten zur gezielten Beeinflussung, Regelung und Vollautomatisierung des Tiefziehprozesses konnten jedoch bisher nicht in Großserienpresswerke transferiert werden. Aus diesem Grund wird in dieser Arbeit ein Werkzeugkonzept vorgestellt, welches unter Berücksichtigung der relevanten Randbedingungen eine gezielte lokale Beeinflussung des Umformprozesses ermöglicht. Gleichzeitig gestattet es, mit Hilfe eines neuartigen, optischen Sensorkonzeptes die Geschwindigkeit sowie den Einlaufweg der Platine zu überwachen. Es wird eine methodische Vorgehensweise zur Herstellung von Umformwerkzeugen, auf der neuen Konzeption basierend, beschrieben. Umformsimulationen dienen dabei zur Identifikation von kritischen Bauteilen und deren neuralgischen Zonen. Eine entsprechend angepasste Konstruktion bietet Bauraum für die Implementierung von zusätzlichen Aktuatoren und einem definiert elastischen Einsatz. Abschließende FEM-Analysen mit Volumenmodellen sowie die Kalkulation der Lebensdauer bestätigen eine ausreichende Flexibilität und die erforderliche Dauerfestigkeit. Im Rahmen der experimentellen Analyse konnte eine drastische Verkürzung der Anlaufzeit durch deutlich reduzierten Tuschieraufwand aufgrund der Anpassungsfähigkeit sowie Flexibilität des definiert elastischen Werkzeugkonzeptes nachgewiesen werden. Neben diesem Potential hinsichtlich strukturierter Inbetriebnahmen ermöglicht die Konzeption eine Kompensation von Pressenunterschieden und individuellen Maschinencharakteristika (wie bspw. Stößelverkippungen) wodurch der Transfer von der Einarbeitspresse auf die Produktionsanlage wesentlich weniger Korrekturschleifen hervorruft. Außerdem werden der Qualitätsaufwand (Nachtuschieren) während der laufenden Serienproduktion, Stillstandszeiten und Ausschussquoten stark verringert. Darüber hinaus ergeben sich erweiterte Anwendungsmöglichkeiten bei der Umformung von tailored blanks und aus der Minimierung/Optimierung des Platinenzuschnittes enorme Einsparungs- und Kostenpotentiale. Abschließend werden die Vorteile eines geschlossenen Prozessregelkreises durch die Verknüpfung von Sensorik und Aktorik analysiert. Dabei bestätigt das vorgeschlagene Regelkonzept einer Prozessnachführung die Erhöhung der Prozessstabilität bei schwankenden Prozessparametern durch die gezielte, lokale Verteilung der Flächenpressung. Zuletzt diskutiert der vorliegende Beitrag Transfermöglichkeiten der Verbesserungspotentiale in kommende Serienwerkzeuge vor dem Hintergrund von Kostenrestriktionen und Minimierung des bedientechnischen sowie konstruktiven Aufwandes.

<p dir="ltr"><a href="" target="_blank">The electrification of the transportation sector is pivotal in reducing greenhouse gas emissions and decreasing dependence on fossil fuels. Central to this transition are battery electric vehicles (BEVs) and other clean energy technologies, which rely heavily on critical materials (CMs) such as cobalt, lithium, neodymium, and nickel. </a>These materials are essential for the performance of batteries, advanced electronics, and other components in BEVs. <a href="" target="_blank">However, the limited availability of these CMs poses potential constraints on the widespread adoption of such technologies.</a></p><p dir="ltr">This research delves into the implications of widespread BEV adoption on the demand for CMs in the United States, with a focus on both light-duty vehicles (LDVs) and medium- and heavy-duty vehicles (MHDVs). Various market penetration scenarios were analyzed, revealing that while MHDVs require more CMs per vehicle, the sheer volume of LDV sales drives the overall CM demand, particularly in a scenario with 100% BEV adoption. Key findings highlight that cobalt, graphite, lithium, neodymium, and nickel are critical for BEVs, whereas palladium and rhodium are more crucial for internal combustion engine vehicles (ICEVs). Also explored is the impact of lightweighting on LDVs, revealing that while substituting steel with aluminum increases the total CM quantity per vehicle, it reduces the vehicle's mass, operational energy consumption, and the demand for high-concern battery-related CMs. Additionally, changing the battery cathode chemistry from NMC622 to LFP significantly reduces CM use but increases the demand for strategic materials like copper and phosphorus due to the lower energy density of LFP-based batteries.</p><p dir="ltr">The research also highlights the importance of rare earth permanent magnets (REPMs), <a href="" target="_blank">particularly Neodymium-Iron-Boron (NdFeB) magnets, in clean energy technologies such as electric vehicles and wind turbines.</a> Neodymium, a critical material, faces supply chain risks. To lessen these risks, circular economy strategies have been proposed, including the recovery of needed materials from end-of-life (EoL) products. <a href="" target="_blank">A dynamic material flow analysis (MFA) model was developed to forecast such EoL flows for products containing REPMs and assess the recoverable neodymium from these EoL products. </a>The results indicate that even a modest recycling efficiency of 15% could meet 12% of the Nd demand for EVs by 2050, with reuse meeting up to 70% of the demand.</p><p dir="ltr">With the dynamic MFA model showing that circular economy principles could meet up to 70% of future neodymium demand in 2050, the next step was to investigate the techno-economic feasibility of recycling REPMs. A techno-economic assessment model was developed for establishing a magnet-to-magnet recycling facility for REPMs. Results revealed a net present value (NPV) of $8,867,111 over 20 years, a payback period of 3 years, and an internal rate of return (IRR) of 53%, providing a compelling case for investment in recycling infrastructure. Sensitivity analyses point to the selling price of recycled magnets, feedstock purchase price, facility throughput, and labor costs as the most influential factors on profitability.</p><p dir="ltr"><a href="" target="_blank">Additionally, this research explored the challenges and opportunities in the disassembly and recycling of EoL EV components, particularly traction motors containing REPMs. The complexity of disassembly, driven by varying component sizes and designs, is identified as a significant barrier. By evaluating manual disassembly times and proposing potential automation solutions, the study aims to streamline the disassembly process, thus facilitating more efficient recycling and remanufacturing operations.</a></p><p dir="ltr">The key contributions of this research are summarized as follows:</p><p dir="ltr">· Evaluated the vehicle CM demand of ICEVs and BEVs for LDVs and MHDVs and explored the impact of lightweighting and changing the battery cathode chemistry from NMC622 to LFP on CM demands.</p><p dir="ltr">· Developed a dynamic material flow analysis (MFA) model to forecast end-of-life (EoL) flows of products containing REPMs and assess the recoverable neodymium from these EoL products.</p><p dir="ltr">· Developed a techno-economic assessment (TEA) model to evaluate the viability of a magnet-to-magnet recycling facility.</p><p dir="ltr">· Performed disassembly analysis to assess the ease with which EoL BEV transmissions can be disassembled with a specific focus on the retrieval of traction motors (which house the REPMs) for potential reuse or remanufacturing.</p>

Kompetenzzellenbasierte (regionale) Netze stellen besondere Anforderungen an die Modellierung, Planung und Gestaltung der Logistikstrukturen. Für die Logistikstrukturmodellierung werden ein generischer Beschreibungsrahmen für produktionslogistische soziotechnische Systeme, Definitionen u.a. zum zentralen Begriff Logistikstruktur sowie ein 3-Ebenen-Modell und Strukturtypen für eine vertiefende Materialflussanalyse und -synthese bereitgestellt. Für die Logistikstrukturplanung wird darauf aufbauend mit der Methode der Integrativen Prozess- und Systemstrukturierung (IPSS) eine Methode zur Behandlung von Strukturierungsproblemen konzipiert, die sowohl speziell für kompetenzzellenbasierte Netze als auch allgemein für Produktions- und Logistiksysteme angewandt werden kann. Für die Logistikstrukturgestaltung werden unter Modell- und Methodenverwendung Szenarien sowie Gestaltungs- und Vorzugslösungen für den Materialfluss abgeleitet. / Competence-cell based (regional) networks put special requirements on the modelling, planning and design of logistics structures. For the modelling of logistics structures, a generic description framework for production logistic sociotechnical systems, definitions for, amongst others, the central term logistics structure as well as a 3-layer-model and structure types for a more detailed material flow analysis and synthesis are provided. For the planning of logistics structures, the Method of Integrative Process and System Structuring (IPSS) is developed as a method for handling structuring problems. It can be applied especially to Competence-cell based networks as well as generally to production and logistics systems. For the design of logistics structures, scenarios as well as design and preference solutions for the material flow are derived.

Kompetenzzellenbasierte (regionale) Netze stellen besondere Anforderungen an die Modellierung, Planung und Gestaltung der Logistikstrukturen. Für die Logistikstrukturmodellierung werden ein generischer Beschreibungsrahmen für produktionslogistische soziotechnische Systeme, Definitionen u.a. zum zentralen Begriff Logistikstruktur sowie ein 3-Ebenen-Modell und Strukturtypen für eine vertiefende Materialflussanalyse und -synthese bereitgestellt. Für die Logistikstrukturplanung wird darauf aufbauend mit der Methode der Integrativen Prozess- und Systemstrukturierung (IPSS) eine Methode zur Behandlung von Strukturierungsproblemen konzipiert, die sowohl speziell für kompetenzzellenbasierte Netze als auch allgemein für Produktions- und Logistiksysteme angewandt werden kann. Für die Logistikstrukturgestaltung werden unter Modell- und Methodenverwendung Szenarien sowie Gestaltungs- und Vorzugslösungen für den Materialfluss abgeleitet. / Competence-cell based (regional) networks put special requirements on the modelling, planning and design of logistics structures. For the modelling of logistics structures, a generic description framework for production logistic sociotechnical systems, definitions for, amongst others, the central term logistics structure as well as a 3-layer-model and structure types for a more detailed material flow analysis and synthesis are provided. For the planning of logistics structures, the Method of Integrative Process and System Structuring (IPSS) is developed as a method for handling structuring problems. It can be applied especially to Competence-cell based networks as well as generally to production and logistics systems. For the design of logistics structures, scenarios as well as design and preference solutions for the material flow are derived.