Globalisierung, gestiegener Konkurrenzdruck und ein effektiver Einsatz von Ressourcen zwingen die Unternehmen – nicht nur in der Automobilindustrie – zu einer permanenten Effizienzsteigerung im Entwicklungsprozess. Um schnell das optimale Design zu finden, kommen CAD- und CAE- Programme in einer frühen Entwicklungsphase des Bauteils zum Einsatz. Durch eine virtuelle Überprüfung und Verbesserung z.B. von Funktion, Gewicht und Lebensdauer können kostenintensive Prototypen und Versuche erheblich minimiert werden. In der Automobilindustrie rücken zudem akustische Eigenschaften immer mehr in den Fokus. Ein geringes Innenraumgeräusch oder der spezielle »Sound« eines Fahrzeuges sind klassenspezifische Qualitätsmerkmale, welche die Kaufentscheidung des Kunden stark beeinflussen (Zeller 2009). Bei der Konstruktion von Karosseriebauteilen muss dabei besonderes Augenmerk auf die Vermeidung von Resonanzeffekten gelegt werden. Moderne CAD-Programme – wie CATIA V5® der Fairma Dassault – bieten bereits die Möglichkeit im CAD-Workflow Bauteileigenschaften zu ermitteln. Somit verschmelzen zunehmend die Grenzen zwischen Berechnung und Konstruktion. Allerdings setzt jeder Teilbereich Erfahrung und Expertenwissen voraus, wodurch immer noch eine entsprechende Kaskadierung der Aufgaben im Entwicklungsprozess zu finden ist. Diese wird nachstehend erläutert.

Einleitung und Motivation Im ZIM-Projekt Vestainnen wird die Entwicklung einer stationären Wirbelschichtfeuerungsanlage (SWSF) kleiner Leistung fortgesetzt. Dabei liegen die Schwerpunkte auf der Modellierung und Simulation der Belastungen an Anlage und den Abläufen in der Feuerung. Insgesamt sind am Projekt sieben Partner beteiligt, die parallel und weitgehend unabhängig arbeiten und die Entwicklung ihres Teilprojekts vorantreiben. Bedingt durch die Vielfalt der Aufgaben kommt bei jedem Partner eine eigene, für die Teilaufgabe geeignete Softwarelösung zum Einsatz. Um die Entwicklungsergebnisse jedoch gemeinsam nutzen zu können, müssen diese eigenständigen Teilmodelle jederzeit auf einen gemeinsamen Stand gebracht werden können, um dieselbe Baugröße und Konfiguration der SWSF abzubilden.

Introduction The economic impact of environmental regulations in the manufacturing sector and the increasing costs of primary resources have pressured companies wishing to obtain competitive advantages to seek ways to rationalize these resources, either through changes in products specifications or in manufacturing process. These actions depend on solutions that should consider the limits set out in the interdependencies between economic, environmental and social areas, which comprise the so-called sustainability tripod. In this case, the guiding principle for decisions should follow the approach of sustainable development. For this purpose, a proper performance indicators evaluation of processes is a great step to improvement actions and decision making for modifications. Continuous improvement approaches and support of mathematical tools, such as the Discrete Event Simulation (DES) have been used for identifying waste on the shop floor and for cost analyses for manufacturing optimization (Standridge et al. 2006). One of the advantages resulting from the application of DES in corporations is its capability to include the impact of randomness in a system. All the dynamics and the non-deterministic nature of the parameters eliminate the use of static tools such as spreadsheets for solving many line design problems. Furthermore, all commercial simulation software provides detailed animation capabilities. The animation of the manufacturing process and flow can help engineers to visually detect problems or bottlenecks and also to test out alternate line designs. For this reason, the DES may be applied to generate requirements and sustainable systems specifications for manufacturing. However, the analyses results performed by using DES are not sufficient for the joint assessment of impacts on the three dimensions of sustainability (Johansson et al. 2010; Kuhl & Zhou 2009; Joschko et al. 2009). A tool widely used in the academic environment and by corporations to calculate pollutant emissions rates in the product life cycle is Life Cycle Assessment (LCA). This can supplement cost assessments performed with DES in the production process phase. This work discusses the combined use of DES with LCA to analyze production resources utilization in manufacturing systems. Towards this end, it seeks through a case study to analyze this joint use in decision-making for purchasing forklifts, according to sustainable premises.

Aus der Einleitung: "Die Produktmodularität beeinflusst den finanziellen Erfolg eines Unternehmens (Eitelwein & Weber 2008). Das wirtschaftliche Einsparpotenzial der Produktmodularisierung wird dabei im Wesentlichen durch die Wiederverwendung von Produktkomponenten und der damit verbundenen Skalen- und Lernkurveneffekte erzielt (Göpfert 1998, Schölling 1997, Kersten & Koppenhagen 2002). Modularität ist von firmenspezifischen Faktoren abhängig (Hohnen 2010). Die Kenntnis dieser Faktoren und deren quantitative Ausprägung sind Voraussetzung für eine Determinierung der Produktmodularität hinsichtlich eines Kostenoptimums. Da diese Einflüsse nicht nur firmenspezifisch sind, sondern insbesondere von Produktsparte zu Produktsparte variieren (siehe Eitelwein & Weber 2008), ist es zweckmäßig, die jeweilige Modularität zu ermitteln und diese in Form einer Anforderung als Eingangsgröße an die Produktentwicklung weiter zu geben. Daraus leitet sich die Notwendigkeit einer Vorgehensweise ab, die es ermöglicht, die Modularität eines Produktes analysieren zu können und eine eindeutig quantifizierbare Aussage über die Modularität auszugeben."

Aus der Einleitung: "Qualität nimmt als Wettbewerbsfaktor eine immer größere Rolle ein. Damit wächst auch der Bedarf an schneller Messtechnik zur präzisen geometrischen Erfassung unterschiedlicher Werkstücke. Ein weiterer Grund für diesen steigenden Bedarf sind der zunehmende Automatisierungsgrad und die Fertigungsgeschwindigkeit in der Produktion (Pfeifer 1998). Der Vorteil der optischen 3D-Messung gegenüber konventioneller Koordinatenmesstechnik besteht vor allem in der höheren Erfassungsgeschwindigkeit. Taktile Messgeräte können im Vergleich nur sehr wenige Messpunkte in einer bestimmten Zeit digitalisieren, optische Messgeräte hingegen große Flächen in wenigen Sekunden (Berndt 2008). Des Weiteren ist die optische Messung im Gegensatz zur taktilen Messung berührungslos, wodurch Schäden am Werkstück oder direkte Einflüsse des Werkstücks (weiche Oberflächen) auf die Messergebnisse vermieden werden. In der Fertigungsmesstechnik kommen optische Verfahren vorwiegend zur Bestimmung geometrischer Kenngrößen wie Abstand, Form, Profil oder Oberflächenstruktur zum Einsatz (Pfeifer 1998). So können z. B. in der Automobilindustrie Blechbauteile auf Ihre Maßhaltigkeit hin untersucht werden."

Aus der Einleitung: "In der Historie erforderte die komplette dreidimensionale Aufnahme eines Objektes mittels Streifenprojektion einen hohen Zeitaufwand aufgrund der Realisierung der zeitlichen Abfolge von Streifensequenzen mit analogen Mitteln, mehrere Sekunden sind der übliche Standard für eine 3D Aufnahme. Damit einher geht die Notwendigkeit des während der Aufnahmezeit ruhenden Objektes. Das bedeutet Einschränkungen für eine Vielzahl von Anwendungen insbesondere bei dynamischen Prozessen und lebenden Objekten. Neue Möglichkeiten eröffneten sich mit der Einführung digitaler Lichtmodulatoren."

Aus der Einleitung: "Der Anteil erneuerbaren Energien in der Energieversorgung soll auch in den kommenden Jahren weiter ausgebaut werden. Dadurch steigt der Bedarf an großen und effizienten Windkraftanlagen (WKA) mit immer höheren Anforderungen an Materialien und Strukturen. Die hohen Belastungen und limitierenden Faktoren in Bezug auf die Lebensdauer solcher Anlagen sind meist dynamisch und abhängig von Strukturschwingungen und Belastungsanregung. Hierzu werden vermehrt Simulationstechniken eingesetzt, die in der Praxis durch den Mangel an genauen Randbedingungen unpräzise sind bzw. als Modell durch Messungen validiert werden müssen. Während typischerweise zur Erfassung von Schwingwegen Beschleunigungsaufnehmer eingesetzt werden, gestaltet sich die Implementierung solcher Messtechnik in drehenden Strukturen meist komplex und aufwändig (Ozbek et al. 2010). Der Einsatz optischer Messtechnik ist im Vergleich einfacher und kann potentiell die Optimierung von Simulationsmodellen unterstützen (Ozbek et al. 2010, Schmidt-Paulsen et al. 2009, 2011)."

Aus der Einleitung: "Klassische VR/AR-Ausgabegeräte sind meist kopfgetragene Systeme oder 3D-Projektionsanlagen. In bestimmten Anwendungsfällen, zum Beispiel in der Wartung (Schreiber 2011) oder auch in Bauplanung und Bauausführung (Woodward 2011), verbieten sich diese Geräte aufgrund von Arbeitsschutzbestimmungen oder widrigen Einsatzbedingungen. Hier bieten sich Smartphones oder auf ähnlicher Technologie arbeitende Tablett-Computer als Alternative an, insbesondere dann, wenn stereoskopische Darstellung nicht benötigt wird."

Beim Einsatz mobiler Arbeitsmaschinen bestimmt der Maschinenführer die Arbeitsleistung und -sicherheit wesentlich mit. Er muss in die Lage versetzt werden, die Maschine ohne Gefahr für sich und andere zu steuern und ihr Leistungspotential voll zu nutzen. Deshalb sind Maschinenführer als reale oder virtuelle Bediener frühzeitig in die Maschinenentwicklung mit einzubeziehen. In einem global härter werdenden Markt reichen den Herstellern empirische Untersuchungen allein nicht mehr aus. Die Zusammenhänge im System Bediener-Maschine-Prozess sollen möglichst objektiv und reproduzierbar erfasst werden. Das kann aufwändige experimentelle Untersuchungen erfordern. Der Bau realer Testmaschinen und ihre Ausstattung mit Messtechnik kosten viel Zeit und Geld. Reale Einsatzversuche sind oft nicht unter gleich bleibenden Bedingungen durchführbar, was die Auswertung erschwert. Hingegen bieten Werkzeuge der Simulation und Virtuellen Realität eine effiziente Möglichkeit, Maschinenführer in frühen Phasen der Produktentwicklung mit einzubeziehen.

Aus der Einleitung: "Im Modell und Formenbau des Maschinenbaus beschreibt Reverse Engineering den Prozess der 3D-Erfassung eines Objektes, die Aufbereitung der Digitalisierungsdaten zu CAD-Modellen und die weitere Nutzung dieser Daten in einer CAD/CAM-Umgebung. Ziel dieser Arbeiten ist es dann weiterführend, physische Objekte durch CNC-Fräsen oder mittels Generativer Fertigungsverfahren herzustellen. Die Maßkontrolle der gefertigten Produkte gegenüber dem CAD ist ebenfalls eine Aufgabestellung des Reverse Engineering (Schöne 2009, Wang 2011)."