Systemdenken für die neue Fabrik an der Technischen Universität Ilmenau? Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Jean Pierre Bergmann Fachgebiet Fabrikbetrieb Fachgebiet Fertigungstechnik Fakultät Maschinenbau Technische Universität Ilmenau © Ch. Mentzel 29.08.2016 Seite 1 Technische Universität Ilmenau Fachgebiet Fertigungstechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. J.P. Bergmann www.tu-ilmenau.de/fertigungstechnik/ 29.08.2016 Technische Universität Ilmenau Fakultäten und Studienmöglichkeiten 2 TU Ilmenau, Fakultät für Maschinenbau; www.tu-ilmenau.de/mb/ TU Ilmenau – Fakultäten Technische Universität Ilmenau Elektrotechnik und Informationstechnik (EI) Maschinenbau (MB) Mathematik und Naturwissenschaften (MN) 29.08.2016 Informatik und Automatisierung (IA) Wirtschaftswissenschaften und Medien (WM) 3 TU Ilmenau, Fakultät für Maschinenbau; www.tu-ilmenau.de/mb/ TU Ilmenau – Einige Zahlen Anzahl Studierende 6.700 Anteil Studierender aus dem Ausland (stark wachsend) 15% Anzahl Professuren 100 Anzahl wissenschaftliches Personal Grundausstattung 300 Anzahl wissenschaftliches Personal Drittmittel 500 Anzahl technisches und Verwaltungspersonal 580 70 Mio € Drittmittelaufkommen/Jahr 45 Mio € 29.08.2016 Budget Grundausstattung/Jahr 4 TU Ilmenau, Fakultät für Maschinenbau; www.tu-ilmenau.de/mb/ [Forschung und Lehre 01/2015] 29.08.2016 TU Ilmenau – Für ihre Größe äußerst forschungsstark! 5 TU Ilmenau, Fakultät für Maschinenbau; www.tu-ilmenau.de/mb/ Fakultät für Maschinenbau – Historie 1894 Thüringisches Technikum für Maschinenwesen und Elektrotechnik 1926 Ingenieurschule Ilmenau mit den Studiengängen Maschinenbau und Elektrotechnik 1953 Hochschule für Elektrotechnik 60 Jahre Fakultät für Maschinenbau am 04.11.2015! 1955 Fakultät für Feinmechanik und Optik (weltweit die erste Fakultät mit diesem Profil) – Vorläufer der heutigen Fakultät für Maschinenbau 1963 Technische Hochschule Ilmenau 1968 Aus der Fakultät für Feinmechanik und Optik entsteht die Sektion Konstruktion und Technologie der Elektronik und Feingerätetechnik 1990 Sektion Gerätetechnik wird Fakultät für Maschinenbau mit einem Schwerpunkt Feinwerktechnik 1992 Technische Universität Ilmenau mit fünf Fakultäten 29.08.2016 1972 Umbenennung in Sektion Gerätetechnik; sie war eine der sieben Sektionen der TH Ilmenau. 6 TU Ilmenau, Fakultät für Maschinenbau; www.tu-ilmenau.de/mb/ Fakultät für Maschinenbau – Einige Zahlen (2015) 1.200 Anzahl Studierende Eingeschriebene Doktoranden 160 Anzahl Professuren: Haushaltsfinanziert 19 Apl. Professur 1 Stiftungsprofessuren, Stiftungs-Juniorprofessur 5 Anzahl wissenschaftliches Personal Grundausstattung 50 Anzahl technisches und Verwaltungspersonal Grundausstattung 70 Anzahl Personal Drittmittel 120 Budget Grundausstattung/Jahr 8 Mio € > 15 Mio € 29.08.2016 Drittmittelaufkommen/Jahr Σ 25 8 TU Ilmenau, Fakultät für Maschinenbau; www.tu-ilmenau.de/mb/ Fakultät für Maschinenbau – Wissenschaftsprofil und Fachgebiete (01.10.2015) Konstruktion • Maschinenelemente • Konstruktionstechnik • Feinwerktechnik/ Precision Engineering Produktionstechnik Mechanik u. Mechatronik • • • • • • • • Fertigungstechnik Fabrikbetrieb Arbeitswissenschaft Qualitätssicherung und Industrielle Bildverarb. • Kunststofftechnik Technische Mechanik Mechanismentechnik Mechatronik Rechneranwendung im Maschinenbau • Mikromechan. Systeme • Biomechatronik Prozesse, Maschinen, Ausrüstungen, Geräte, Kraftfahrzeugtechnik intelligente Komponenten Prozessmess- und Energieeffiziente Sensortechnik Fahrzeugantriebe und Werkstoffe • Prozessmesstechnik für Maschinenbau, • Fertigungs- und Präzisionsmesstechnik Präzisionstechnik, Thermo- u. Fluiddynamik • Techn. Thermodynamik Fahrzeugtechnik Fahrzeugtechnik • Strömungsmechanik • Aerodynamik Werkstofftechnik • Anorganisch-nichtmetall. Werkstoffe • Metallische Werkstoffe und Verbundwerkstoffe * Stiftungsprofessuren Technische Optik und Lichttechnik • Technische Optik • Lichttechnik • Optik-Design, Modellier./ Simulation opt. Systeme 29.08.2016 • • 9 TU Ilmenau, Fakultät für Maschinenbau; www.tu-ilmenau.de/mb/ Pressschweißen - Diffusionsschweißen - Reibbasierte Fügeverfahren - Ultraschallschweißen Lasermaterialbearbeitung - Laserstrahlschweißen - Laserstrahlschneiden - Laseroberflächenmodifikation Lichtbogentechnik - Schweißen - Auftragschweißen - Verwandte Verfahren Zerspanung - Drehen - Fräsen - Mikrobearbeitung 29.08.2016 Seite 10 Fachgebiet Fertigungstechnik Standort: Newtonbau Gruppe 16 Wissenschaftler 6 technische Mitarbeiter 1 Verwaltungsangestellte Einrichtung eines Schwerpunktes in 2015 Additive Manufacturing - 3D Druck - Lichtbogenbasierte Verfahren 29.08.2016 Seite 11 Technische Universität Ilmenau Fachgebiet Fertigungstechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. J.P. Bergmann www.tu-ilmenau.de/fertigungstechnik/ Thüringer Zentrum für Maschinenbau Wissenschaftseinrichtungen Günter-Köhler-Institut für Fügetechnik und Werkstoffprüfung GFE – Gesellschaft für Fertigungstechnik und Entwicklung Schmalkalden e.V. Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Jean Pierre Bergmann Seite 13 29.08.2016 Thüringer Zentrum für Maschinenbau Welche Rolle spielen Produktionstechnik und Werkstoffe in diesem Kontext und Umfeld? Prozesse und Verfahren sind Bausteine der Produktion und haben den direkten Bezug zu den Werkstoffen und zu neuen Werkstoffen Über die Bestrebungen in Industrie 4.0 lassen sich weitere Chancen und Potenziale für effiziente Produktionsverfahren ableiten Der Übergang von einer ereignisorientierten Überwachung/Regelung zu einer prospektiven Regelung/Überwachung soll/muss geschaffen werden Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. Jean Pierre Bergmann Seite 14 29.08.2016 Megatrend: Globalisierung, Urbanisierung und demographischer Wandel Erhaltung der Konkurrenzfähigkeit 2015 - Automatisierung - Modularisierung Fertigungszelle - Vernetzung/Bündelung von Forschungsressourcen Carstens, P.; FAZ [7] 2030 29.08.2016 Seite 19 Technische Universität Ilmenau Fachgebiet Fertigungstechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. J.P. Bergmann www.tu-ilmenau.de/fertigungstechnik/ Was ist der Grundgedanke und welche Rahmenbedingungen liegen vor? In einer Fabrik erfolgt die Wertschöpfung in dem aus Rohstoffen oder Halbzeugen mittels Maschinen, unter Arbeitsteilung und nach einem Organisationsprinzip Halb- oder Fertigfabrikate erzeugt werden. - Massenproduktion Einzelfabrikate zur Befriedigung einzelner Kundenwünsche - Hohe Qualität - kurze Lieferzeiten bei kürzer werdenden Produktlebenszyklen - umwelt- und menschenverträgliche Produktion - regionaler globaler Markt (aber „vor Ort Produktion“) 29.08.2016 Seite 20 Technische Universität Ilmenau Fachgebiet Fertigungstechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. J.P. Bergmann www.tu-ilmenau.de/fertigungstechnik/ Reagieren wir zur Zeit? oder müssen wir „lediglich“ die unterschiedlichen Disziplinen in einem neueren Kontext bewerten und entwickeln? Verstärkung der Interdisziplinarität 29.08.2016 Seite 21 Technische Universität Ilmenau Fachgebiet Fertigungstechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. J.P. Bergmann www.tu-ilmenau.de/fertigungstechnik/ Reagieren wir zur Zeit? oder müssen wir „lediglich“ die unterschiedlichen Disziplinen in einem neueren Kontext bewerten und entwickeln? Feststellung - Die Entwicklung von Sensorik und Messtechniken verknüpft mit der Möglichkeit, Daten auch in größeren Mengen zu verarbeiten und ortsungebunden zur Verfügung zu stellen eröffnet eine völlig neue Sichtweise des Systems Fabrik! Echtzeit Anpassung in Produktionsprozessen Übergabeinformationen Auswertung und Abgleich von Modellen … Veränderung Arbeitsnehmer/Arbeitgeber Verhältnis 29.08.2016 Seite 22 Technische Universität Ilmenau Fachgebiet Fertigungstechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. J.P. Bergmann www.tu-ilmenau.de/fertigungstechnik/ Wo liegt der Kern in der Produktion und in der Fabrik? …und wie entwickelt sich dann ein Systemgedanken? Produktidee und die Frage nach der Herstellbarkeit Produktentwicklung Frühzeitige Möglichkeit, im Entwicklungsprozess die Darstellung „fassbar“ zu machen Produktion-/Fertigungstechnik Frühzeitige Möglichkeit, die Umsetzbarkeit und insbesondere die beeinflussenden Bedingungen einzugrenzen Ungeachtet davon steht die Herausforderung, dass Unternehmen „verdienen müssen“! 29.08.2016 Seite 23 Technische Universität Ilmenau Fachgebiet Fertigungstechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. J.P. Bergmann www.tu-ilmenau.de/fertigungstechnik/ Auftragsgesteuerte Produktion „selbstständige Einbindung von externen Fabriken in den Produktionsablauf“ Lieferzeit! „Die heute vergleichsweise starren, individuell ausgehandelten Beziehungen von Unternehmen entlang der Wertschöpfungskette verwandeln sich in ein stark fragmentiertes, dynamisches und sich teilweise je Auftrag änderndes Wertschöpfungsnetzwerk. Dies gilt sowohl horizontal über den Herstellungsprozess als auch vertikal bezüglich der Fertigungstiefe.“ 29.08.2016 Seite 26 Technische Universität Ilmenau Fachgebiet Fertigungstechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. J.P. Bergmann www.tu-ilmenau.de/fertigungstechnik/ Wandlungsfähige Fabrik „Das Anwendungsszenario der wandlungsfähigen Fabrik beschreibt den schnellen und unter Umständen auch weitgehend automatisierten Umbau einer Fertigung, sowohl im Hinblick auf geänderte Fertigungskapazitäten als auch auf geänderte Fertigungsfähigkeiten. Zentrales Konzept zur Umsetzung ist ein modularer und somit wandlungsfähiger Aufbau der Herstellung innerhalb einer Fabrik.“ 29.08.2016 Seite 27 Technische Universität Ilmenau Fachgebiet Fertigungstechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. J.P. Bergmann www.tu-ilmenau.de/fertigungstechnik/ Wandlungsfähige Fabrik „LEGO in production sites, a new organisation challenge“ 29.08.2016 Seite 28 Technische Universität Ilmenau Fachgebiet Fertigungstechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. J.P. Bergmann www.tu-ilmenau.de/fertigungstechnik/ Warum? Auf Grund der kürzeren Zyklenzeiten und der Volatilität der Märkte ergeben sich Schwankungen… Spath, D.; Ganschar, O.; Gerlach, S.; Hämmerle, M.; Krause, T.; Schlund, S.: Produktionsarbeit der Zukunft – Industrie 4.0. Fraunhofer Verlag, (2013) 29.08.2016 Seite 29 Technische Universität Ilmenau Fachgebiet Fertigungstechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. J.P. Bergmann www.tu-ilmenau.de/fertigungstechnik/ Was sind oder können die Folge hier sein? Standardisierung in der Entwicklung und in der Produktion geht im Bezug auf Bauweisen vollkommen verloren, Die Variantenvielfalt nimmt zu, bis hin zur Losgröße 1, d.h. dass die Anzahl der benötigten Bauteile zwar gleich bleiben kann, jedoch die Losgrößen abnehmen. Beispiele hierzu erleben wir im Alltag. Herausforderung aber auch Fluch für den Ingenieur! Wie lässt sich die Losgröße 1 bei einem erhöhten Automatisierungsgrad überhaupt realisieren? Wie können Werkzeuge aber auch insgesamt Investitionen in dieser Hinsicht getätigt werden? Wie hoch ist das Risiko auch oder insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen? 29.08.2016 Seite 30 Technische Universität Ilmenau Fachgebiet Fertigungstechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. J.P. Bergmann www.tu-ilmenau.de/fertigungstechnik/ Kann es ein Modell sein? Welche Voraussetzungen? Konzept der Fabrik: Ort der Wertschöpfung in dem aus Rohstoffen oder Halbzeugen mittels Maschinen, unter Arbeitsteilung und nach einem Organisationsprinzip Halb- oder Fertigfabrikate erzeugt werden. Willkürlicher Pfad Vernetzung Mobilität Geschäftsmodelle … www.schulbilder.org www.thueringen.info Müssen wir uns von der klassischen Wertschöpfungskette mit klarer Trennung der Aufgaben verabschieden, insbesondere in der Wechselwirkung Kunde/Lieferanten/Fertigung? 29.08.2016 Seite 31 Technische Universität Ilmenau Fachgebiet Fertigungstechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. J.P. Bergmann www.tu-ilmenau.de/fertigungstechnik/ ..oder so? 29.08.2016 Seite 32 Technische Universität Ilmenau Fachgebiet Fertigungstechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. J.P. Bergmann www.tu-ilmenau.de/fertigungstechnik/ Geschäftsmodell In beiden Fällen kann von einem veränderten Geschäftsmodell gesprochen werden, in dem Liefer- und Wertschöpfungsketten im Sinne einer Kooperation und Kollaboration umgesetzt werden und die produkt- und/oder auftragsbezogen zusammengeführt werden. Das kann unterschiedliche Ebene und Reifegrade aufweisen: - Internetbasierte Verfügbarkeit von Ressourcen (Maschinen, Materialien), die somit gebucht und ausgetauscht werden können - digitalbasierter Austausch von Köpfen und Entwicklungskapazitäten, um auch komplexe Aufträge oder Arbeiten annehmen zu können. 29.08.2016 Seite 33 Technische Universität Ilmenau Fachgebiet Fertigungstechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. J.P. Bergmann www.tu-ilmenau.de/fertigungstechnik/ Technologie bzw. technologischer Grundprozess Toleranz Geringe Ausschussrate Ressourcen/Energie Reproduzierbarkeit Emissionen Technologischer Prozess in der Produktion - Strukturierte Kenntnisse der Wechselwirkungen In-line Prüfung Übergang von Prozessüberwachung zu Prozessregelung auch in komplexen Systemen Merkmale und Datenübertragung 29.08.2016 Seite 34 Technische Universität Ilmenau Fachgebiet Fertigungstechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. J.P. Bergmann www.tu-ilmenau.de/fertigungstechnik/ Technologie bzw. technologischer Grundprozess Dauer: 30-80 min G4Si1 Wandstärke Rohr: 4 mm Wandstärke Ring: 5 mm Durchmesser Rohr: 100 mm Durchmesser Ring: 152 mm 29.08.2016 Seite 35 Technische Universität Ilmenau Fachgebiet Fertigungstechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. J.P. Bergmann www.tu-ilmenau.de/fertigungstechnik/ Ding et al., (2015), Int. Journal of advanced manufacturing technologies Roboterbahngenerierung CAD-CAM Übersetzung und Slicen 29.08.2016 Seite 37 Technische Universität Ilmenau Fachgebiet Fertigungstechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. J.P. Bergmann www.tu-ilmenau.de/fertigungstechnik/ Gefüge/Mikrostruktur Verzug/Spannungen Technologie bzw. technologischer Grundprozess Technologie bzw. technologischer Grundprozess Trichter Eingang nach Stückzahl und Lieferzeit Herstelldaten an Plattform Bauteilinformationen und vernetzte Bearbeitung z.B. Zeiten, Werkzeuge, Prozessparameter Morphologischer Baukasten zur Entscheidung Herstellmöglichkeiten Verfügbarkeit Anlagen und Halbzeuge Bulk Material, Blech, Profile, Rohre HR1: Zerspanung Draht, Pulver HR2: Schweißen HR3: Additives Fertigen Schutzgas, Umgebungsbedingungen Wärmebehandlung Bauteil bzw. Baugruppen Bauteil bzw. Baugruppen Bauteil bzw. Baugruppen z.B. Gradierung im Bauteil, Härte etc. 29.08.2016 Seite 38 Technische Universität Ilmenau Fachgebiet Fertigungstechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. J.P. Bergmann www.tu-ilmenau.de/fertigungstechnik/ Technologie bzw. technologischer Grundprozess Einfluss haben diese Vorgänge auch auf die Nachbearbeitung, die es entlang der Wertschöpfungskette gibt und geben wird Welche Daten bzw. welche Kenngrößen sollen weitergegeben werden? T Wärmebehandlung t f Additiv hergestelltes Bauteil/Halbzeug Zerspanen t In Anlehnung an Isaev et al., (2016)Procedia CIRP Montage/Fügen 29.08.2016 Seite 39 Technische Universität Ilmenau Fachgebiet Fertigungstechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. J.P. Bergmann www.tu-ilmenau.de/fertigungstechnik/ ? Technologie bzw. technologischer Grundprozess Additive Fertigung Einflüsse auf: - [Fachgebiet Fabrikbetrieb] 29.08.2016 Seite 41 Technische Universität Ilmenau Fachgebiet Fertigungstechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. J.P. Bergmann www.tu-ilmenau.de/fertigungstechnik/ Intralogistik Fertigungssteuerung Produktentwicklung Produktlebenszyklus Fälschungssicherheit Eigenheiten/Ebenen/Merkmale (Entwurf) Quelle: Berghof Group 29.08.2016 Seite 42 Technische Universität Ilmenau Fachgebiet Fertigungstechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. J.P. Bergmann www.tu-ilmenau.de/fertigungstechnik/ Technologie bzw. technologischer Grundprozess Überlagerung eines Scheibenlasers mit einem Diodenlaser Versuch 1 PScheibe = 4 kW vs = 15 m/min @ 5000 fps Versuch 2 PScheibe = 4 kW PDiode = 1 kW vs = 15 m/min @ 5000 fps Versuch 3 PScheibe = 4 kW PDiode = 2 kW vs = 15 m/min @ 5000 fps 29.08.2016 Seite 44 Technische Universität Ilmenau Fachgebiet Fertigungstechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. J.P. Bergmann www.tu-ilmenau.de/fertigungstechnik/ Technologie bzw. technologischer Grundprozess Laserstrahlformung - Abbildung des Laserstrahles kann in Abhängigkeit der Aufgaben und der Emissionen aus dem bearbeiteten Bereich ausgelegt oder durch Aktorik angepasst werden Transform[1] Split[2] [4] Multiplexing Diffuse[3] 100µm [1] Bryngdahl, O.: Optical Map Transformation; Opt. Comm. 10 (1974) FG Fertigungstechnik, FG Technische Optik [2] Streibl, N.: Beam Shaping with Optical Array Generators; J. Mod. Opt. 26 (1989) [3] Sinzinger, S., Jahns, J.: Microoptics, 2nd Edition, Weinheim: Wiley-VCH (2003) [4] Sinzinger, S., Kleindienst, R.: Microoptics and Freeform Optical Beam Shaping”, Landoldt-Börnstein, New Series Vol. III/1, Laser Physics and Applications, Springer-Verlag (2010) 29.08.2016 Seite 45 Technische Universität Ilmenau Fachgebiet Fertigungstechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. J.P. Bergmann www.tu-ilmenau.de/fertigungstechnik/ Eigenheiten/Ebenen/Merkmale (Entwurf) 29.08.2016 Seite 46 Technische Universität Ilmenau Fachgebiet Fertigungstechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. J.P. Bergmann www.tu-ilmenau.de/fertigungstechnik/ Smarte Produktentwicklung (SP2) und Innovative Produktentwicklung (IPE) 29.08.2016 Seite 47 Technische Universität Ilmenau Fachgebiet Fertigungstechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. J.P. Bergmann www.tu-ilmenau.de/fertigungstechnik/ Auf einem ersten Blick… Informationsfluss Fertigungstechnologien Produktentwicklung, VR Mess- und Sensortechnik Informationsfluss Maschinen- und Anlagen Informationsfluss Modelle zur Abbildung der Prozesse Einbindung in übergeordnete Systeme 29.08.2016 Seite 60 Technische Universität Ilmenau Fachgebiet Fertigungstechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. J.P. Bergmann www.tu-ilmenau.de/fertigungstechnik/ Auf einem ersten Blick… Produktentwicklung, VR Informationsfluss Fertigungstechnologien und Sensorik Maschinen- und Anlagen Informationsfluss Datenaufbereitung, Datensicherheit Netzwerke, Datenaustausch 29.08.2016 Seite 61 Technische Universität Ilmenau Fachgebiet Fertigungstechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. J.P. Bergmann www.tu-ilmenau.de/fertigungstechnik/ Umgang mit Daten, Simulation und Relevanz Echtzeit wandelnde Produktionsplanung Informationsfluss Was bietet die TU Ilmenau …und das ThZM Horizontale Integration über Wertschöpfungsnetzwerke Durchgängigkeit des Engineerings über die gesamte Wertschöpfungskette Technologie Cyber-PhysicalSystems Neue soziale Infrastrukturen der Arbeit Vertikale Integration und vernetzte Produktionssysteme nach Acatec 29.08.2016 Seite 62 Technische Universität Ilmenau Fachgebiet Fertigungstechnik Univ.-Prof. Dr.-Ing. habil. J.P. Bergmann www.tu-ilmenau.de/fertigungstechnik/ Systemgetriebener Gedanke in den wissenschaftlichen Arbeiten als Grundlage für die Umsetzung neuer Modelle in der Fabrik
© Copyright 2024 ExpyDoc
