Das System der Geometrischen Produktspezifikation und -verifikation ist eine umfangreiche Zusammenstellung von Normen, die die geometrische Produktspezifikation und den Nachweis der Bauteileigenschaften regelt. Die vorliegende Arbeit stellt die im Jahr 2012 gültigen Normen und deren Inhalte dar. Den Schwerpunkt bildet die funktionsgerechte Spezifikation. Ausgehend von den in den Normen festgelegten Möglichkeiten und bisherigen Ansätzen werden ein funktionsgerechtes Spezifikationsmodell abgeleitet und die Grenzen des Systems aufgezeigt.

Der Scanning-Antastabweichung kommt in der Überprüfung und Bewertung von taktil-scannenden 3D-Koordinatenmessgeräten fortwährend eine große Bedeutung zu. Sie bildet unter anderem die Basis für die Geräteauswahl, die Messsystemanalyse und die Bestimmung von Messunsicherheiten. Dabei entscheiden spezifische Wirkbeziehungen innerhalb des Gesamtsystems aus Koordinatenmessgerät und Messobjekt über die Aussagekraft abgeleiteter Kennwerte sowie die Vereinbarkeit der Herausforderungen der Fertigungsmesstechnik in einer vorgegebenen Messaufgabe. In dieser Arbeit wird eine Vorgehensweise zur Bestimmung der spezifischen, oberflächenbedingten Scanning-Antastabweichung unter Berücksichtigung der Einflussgrößen Sensor, Scanning-Parameter, Tasterkonfiguration und Gestaltabweichungen des Messobjektes vorgestellt. Ziel dessen ist es, bestehende Kenntnisse zur Wirkungsweise definierter Einflussgrößen zu erweitern und einen neuen, erweiterten sowie anwendungsorientierten Ansatz für die Überprüfung und Bewertung von Koordinatenmessgeräten zu bieten. Dies bildet den Ausgangspunkt für die Vergleichbarkeit und Reproduzierbarkeit von Messergebnissen. Die Basis zugehöriger Untersuchungen bilden vorangegangene Forschungsprojekte sowie Empfehlungen und Hinweise aus Literatur und Herstellerinformationen. Daraus abgeleitete Haupteinflussgrößen definieren den Rahmen der Versuchsreihen zur Klärung formulierter zentraler Forschungs-fragen. Ausgehend von den Untersuchungen an einem festgelegten Basis-Koordinatenmessgerät wird die Übertragbarkeit erarbeiteter Erkenntnisse auf alternative Sensoren überprüft und Ergebnisse auf systematische und zufällige Abweichungsanteile hin analysiert. Durch den Vergleich „annähernd-idealer“ sowie „zielmarktorientierter“ Oberflächen zeigt sich, dass Wirkbeziehungen zwischen den untersuchten Haupteinflussgrößen, beispielsweise unter Variation der Scanning-Geschwindigkeit, erst durch das Vorhandensein nicht-idealer Oberflächeneigenschaften auftreten oder durch diese derart verstärkt werden, dass sie sich von zufälligen Messabweichungen abheben. Die Bewertung der erfassten Messdaten erfolgt dabei anhand der abgeleiteten Geradheitsabweichung in Bezug auf zugrundeliegende Referenzmessungen sowie vergleichender prozentualer Betrachtungen und abgeleiteter Grenzwerte. Zentrale Erkenntnis der Hauptuntersuchungen am Basis-Koordinatenmessgerät ist, dass durch verschiedene Tasterorientierungen klare und explizit unterschiedliche Wirkbeziehungen zwischen den Haupteinflussgrößen auftreten, was über bisherige Forschungsergebnisse weit hinausgeht. Dies konnte auch durch die Verifikationsmessungen bestätigt werden. Sensorübergreifend sind derartig klare Wirkbeziehungen nicht zu detektieren. Auch zum Basis-Koordinatenmessgerät vergleichbare sensorspezifische Abhängigkeiten sind anhand der durchgeführten Messreihen nicht formulierbar. Es ist allerdings auch zu konstatieren, dass jede der untersuchten Einflussgrößen, unter Ausnahme der Antastkraft, durch Messabweichungen belegbare Auswirkungen hat. Die Erkenntnisse und Potentiale dieser Arbeit bieten somit eine umfängliche Basis für die Weiterentwicklung der Bewertungs- und Entscheidungsgrundlagen der taktil-scannenden 3D-Koordninatenmesstechnik, welche durch eine verbesserte Vergleichbarkeit, ein umfassenderes Wissen zu Mess- beziehungsweise Antastabweichungen sowie gesteigerte Effizienz gekennzeichnet sind.

Das System der Geometrischen Produktspezifikation und -verifikation ist eine umfangreiche Zusammenstellung von Normen, die die geometrische Produktspezifikation und den Nachweis der Bauteileigenschaften regelt. Die vorliegende Arbeit stellt die im Jahr 2012 gültigen Normen und deren Inhalte dar. Den Schwerpunkt bildet die funktionsgerechte Spezifikation. Ausgehend von den in den Normen festgelegten Möglichkeiten und bisherigen Ansätzen werden ein funktionsgerechtes Spezifikationsmodell abgeleitet und die Grenzen des Systems aufgezeigt.

In dieser Dissertationsschrift wurde für ein gelebtes GPS-System, eine Symbiose aus Integrationsvorgehen, Aus- und Weiterbildungskonzept sowie Reifegradmodell beschrieben. Die Komplexität des ISO GPS-Systems ist in den letzten Jahren enorm gestiegen. Ein Umdenken in der Normungsarbeit vom beispielbasierten Tolerieren hin zum regelbasierten Beschreiben der geometrischen Eigenschaften, die mathematischen Beschreibungen für eine Maschinenlesbarkeit und der Anspruch unterschiedlichste Materialien, Fertigungsverfahren sowie die Verifikation in einem System zu vereinigen, haben u. a. dazu beigetragen. Relative kurze Überarbeitszyklen, Ändern von bestehenden Inhalten und Überführen in neue Nummerierungen sowie Zurückziehen von für die Industrie bewährten Inhalten, erschweren die Anwendung zusätzlich. Für die Unternehmen ist es dadurch fast unmöglich geworden, das GPS-System zu überblicken und Teile davon gezielt anzuwenden. Heute ist die Geometrische Produktspezifikation ein interdisziplinäres System, welches als eine komplexe, hoch entwickelte geometrische Sprache zwischen Experten aus allen Unternehmensbereichen agiert. Aus diesem Grund umfasst die Anwendung des GPS-Systems den gesamten Produktentstehungsprozess, inklusive der Schnittstelle zu den Lieferanten. Aufgrund von Unkenntnis, Fachkräftemangel, aktuellen Herausforderungen hinsichtlich Pandemie, Klima oder Energie und unzureichenden Ausbildungsstandards wird das System in Deutschland derzeit in sehr wenigen Unternehmen angewendet. Neben der Abbildung des Standes der Technik, ergeben sich Chancen in der Reduzierung von Mehrdeutigkeiten, damit auch die Reduzierung von Diskussionen, Reklamation, Ausschuss und durch die funktionsorientierte Spezifikation können „Angsttoleranzen“ vermieden werden. Durch die intensive Auseinandersetzung mit der Funktion der Werkstücke wird die interne und externe Kommunikation verbessert und in einigen Fällen ergeben sich dadurch kostengünstigere Herstellverfahren. Außerdem ist die Anwendung des GPS-Systems eine elementare Vorbereitung auf Zukunftsthemen und die Voraussetzung für die Digitalisierung im Unternehmen. Eine bessere Datendurchgängigkeit sowie die Nutzung digitaler Zwillinge wird dadurch ermöglicht. Diese Dis-sertationsschrift leistet einen erheblichen Anteil, das GPS-System bekannter zu machen, Transparenz in den Einführungsprozess zu bringen, die Ausbildung zu standardisieren und vorhandene Kompetenzen objektiv zu bewerten. Die dargestellte Roadmap, das beschriebene Ausbildungskonzept sowie das entwickelte Reifegradmodell bieten die optimale Grundlage, das ISO GPS-System im Unternehmen nachhaltig einzuführen. Mit Hilfe der beschriebenen „Schritt für Schritt“- Integrationsstrategie in der Roadmap wird eine Komplexitätsreduzierung erreicht, welche den Aufwand für die Einführung des GPS-Systems überschaubar macht. Durch die ganzheitliche Vorgehensweise mit lexikalischer Erarbeitung des Wissens und fortlaufender Reifegradbewertung werden die Unternehmen befähigt, zukünftige Neuerungen im GPS-System selbstständig umzusetzen. Eng verzahnt mit dem Ausbildungskonzept ergänzt das vorgestellte Reifegradmodell den GPS-Einführungs- und Anwendungsprozess. Insgesamt bietet das Reifegradmodell einen methodischen Bezugsrahmen für die Bestimmung der Reife der Anwendung des ISO GPS-Systems.:Bibliografische Beschreibung Vorwort Abkürzungsverzeichnis 1 Einleitung 1.1 Hinführung zum Thema 1.2 Motivation 1.3 Aufbau der Arbeit 2 Stand der Technik 2.1 System der Geometrischen Produktspezifikation und Verifikation 2.1.1 Normung 2.1.2 Aufbau des ISO GPS-Systems 2.1.3 Inhalte des ISO GPS-Systems 2.1.4 Ziel und Nutzen der Anwendung des ISO GPS-Systems 2.1.5 Aktueller Stand der Anwendung des ISO GPS-Systems 2.2 Aktueller Stand der GPS-Aus- und Weiterbildung 2.2.1 Allgemeines 2.2.2 Ausbildungsunternehmen und Verbreitung der Ausbildung 2.2.3 Zielgruppen, Lehrformen und Lernumgebung 2.2.4 Lehrinhalt und Struktur 2.2.5 Qualifizierungsdauer, -nachweis und -kosten 2.2.6 GPS&V-Toolbox als internationaler Lehransatz .................................... 2.2.7 Erwerb von Wissen und Kompetenzen .................................................. 2.2.8 Lernzieltaxonomie ................................................................................. 2.3 Integration von Systemen ........................................................................... 2.3.1 Arten von Systemen ............................................................................. 2.3.2 Einführungsprozess als Veränderungsprozess .................................... 2.3.3 Agilität und die Rolle im Ausbildungs- und Integrationsprozess ..... 2.3.4 Benchmarking, um den optimalen Integrationsprozess zu finden ....... 2.3.5 Grafische Darstellung des Integrationsvorgehens ................................. 2.4 Modelle zur Bestimmung der Reife eines Systems ................................... 2.4.1 Einführung ............................................................................................. 2.4.2 Begrifflichkeiten ..................................................................................... 2.4.3 Existierende Reifegradmodelle .............................................................. 2.4.4 Modelltypen ........................................................................................... 2.4.5 Methodisches Vorgehen zur Entwicklung eines Reifegradmodells ....... 3 Defizite und Hypothesen ............................................................. 3.1 Herausforderung bei der Anwendung des GPS-Systems in KMU .............. 3.2 Forschungsfrage ........................................................................................ 3.3 Hypothesen ................................................................................................ 4 Lösungsansatz .............................................................................. 4.1 Allgemeines .............................................................................................. 4.2 Roadmap ................................................................................................... 4.3 Ausbildungskonzept .................................................................................. 4.4 Reifegradmodell ........................................................................................ 5 Herangehensweise und Umsetzung ........................................... 5.1 Entwicklung der GPS-Roadmap ............................................................... 5.1.1 Vorarbeiten und Begriffsdefinition .......................................................... 5.1.2 Entwicklung Benchmarking-Prozess ..................................................... 5.1.3 Anwendung Benchmarking-Prozess ............................................... 5.1.4 Modellierung des ISO GPS-Integrationsvorgehen 5.1.5 Visualisierung der GPS-Roadmap mit draw.io 5.2 Entwicklung des GPS-Aus- und Weiterbildungskonzeptes ........................ 5.2.1 Vorarbeiten ............................................................................................ 5.2.2 Entwicklung Ausbildungslevel und Fachkräftestruktur ........................... 5.2.3 Strukturierung des GPS-Systems .......................................................... 5.2.4 Clusterung der GPS-Normeninhalte ..................................................... 5.2.5 Anwendung der Lernzieltaxonomie ...................................................... 5.2.6 Entwicklung von GPS-Kompetenzen .................................................... 5.3 Entwicklung des GPS-Reifegradmodells ................................................... 5.3.1 Vorarbeiten und Begriffsdefinition ......................................................... 5.3.2 Vorgehen für GPS-Reifegradmodellentwicklung ................................... 5.3.3 Definition der Reifegradstufen ............................................................... 5.3.4 Entwurf und Zuordnung der Reifegraddimensionen und -indikatoren .... 5.3.5 Bestimmung des Reifegrades ................................................................ 5.3.6 Erstellung eines Fragebogens ............................................................. 5.3.7 Auswertung ........................................................................................... 6 Verifizierung und Validierung .................................................... 6.1 Anwendung der GPS-Roadmap .............................................................. 6.2 Anwendung des GPS-Ausbildungskonzeptes ......................................... 6.3 Anwendung des GPS-Reifegradmodells 6.4 Kritische Diskussion der Ergebnisse 6.5 Fazit zur Behebung des Defizites und Auswertung der Hypothesen 6.5.1 GPS-System agil einführen und den Fortschritt mit einem Reifegradmodell bewerten 6.5.2 Zerlegung des GPS-Systems in Wissenselemente 6.5.3 Ausbildungslevel mittels Lernzieltaxonomie beschreiben 6.5.4 Ausbildungsinhalte und Anwendungsbeispiele in den fünf Levels 6.5.5 Lernzieltaxonomie zur Reifegradbeschreibung verwenden 6.5.6 Beantwortung der Forschungsfrage 7 Zusammenfassung und Ausblick 7.1 Zusammenfassung 7.2 Weiterführende Ansätze und Empfehlungen Anlagen und Verzeichnisse Literaturverzeichnis Abbildungsverzeichnis Tabellenverzeichnis Anlagen