Forschung an der GSaME - Status und Ergebnisse 2012

Erfolgsfaktoren Eigenverantwortung, Selbstständigkeit und Selbstorganisation anzuwendenmethodischer Arbeitsweise und analytischem Denken zu stärken und die Affinität zuinterdisziplinärem Arbeiten zu entwickeln.2012 kann als das für die Zukunft der GSaME entscheidende Jahr eingeschätzt werden. DasModell wurde in seiner Wirksamkeit und in der Erreichung der Ziele in einem starkenWettbewerb bestätigt. Bis Oktober 2012 konnte die Leistungsfähigkeit der GSaME erneutnachgewiesen werden durch: 1. die Gewinnung von insgesamt 76 Promovierenden – davoninsgesamt 34 für Kooperationsprojekte – 2. zunehmende Resonanz und Akzeptanz in derWirtschaft, 3. eine steigende Bewerberzahl, 4. einen hohen Anteil von Promovierendenaußerhalb von Stuttgart und international, 5. die Festigung einer eigenen Corporate Identityund Doktorandenkultur, 6. die deutliche Sichtbarkeit von Ergebnissen auf nationalen undinternationalen Fachkongressen und Preisen, 7. durch abgeschlossene Promotionen sowie 8.eigene Tagungen und Veranstaltungen.Im Berichtszeitraum bis 31. Oktober 2012 wurden folgende Ergebnisse erzielt:▪▪▪▪▪▪▪Erfolgreiches Abschneiden im Exzellenzwettbewerb und weitere Förderung durch dieDFG ab 01.11.2012 bis 31.10.2017Abschluss von 5 Promotionsverfahren und zielkonforme Einleitung weitererPromotionsverfahrenVerbesserung der Doktorandenkultur als Teil der Promotionskultur und erfolgreicherweiterer Ausbau des Alumni-Vereins FraME e.V.deutliche Fortschritte der Promovierenden in der Bearbeitung der Forschungsthemen,Publikationen, Konferenzbeiträge10 neue Forschungsthemen mit Kooperationspartnern konnten definiert und 8 davon2012 gestartet werdenAbschluss von 5 neuen Kooperationsverträgen4 weitere Forschungskooperationen mit Industriepartnern wurden vereinbart und starten2013▪ Steigerung der Attraktivität für Bewerberinnen und Bewerber und Zulassung weiterer 8Promovierender für das Programm bis 10/2012 und insgesamt 15 Zulassungen bis Ende2012▪▪▪▪▪Festigung der Kooperationen mit Unternehmen, Gewinnung weiterer Partner und neueForschungsthemenKontinuität bei den Monitoringprozessen mit dem Ziel der SelbstevaluationSteigerung des Bekanntheitsgrades der GSaME im nationalen und internationalenUmfeldAuslandsaufenthalte von 4 PromovierendenJahrestagung „Wissen, Technologien, Innovation – Produktionsstrategien fürWertschöpfung und Nachhaltigkeit“ bei der Endress+Hauser Flowtec AGVon November bis Ende Dezember 2012 konnten weitere Promovierende zugelassen werden,so dass mit insgesamt 15 Zulassungen die höchste jährliche Zulassungszahl erreicht undinsgesamt im Programm 85 Zulassungen erfolgt sind.3

2. Aktualität ForschungsprogrammDie GSaME hat ihr Forschungsprogramm 2012 grundlegend beibehalten. EineWeiterentwicklung ist im Zusammenhang mit dem Fortsetzungsantrag erfolgt. Die Umsetzungdes neuen Forschungsprogrammes wurde mit der Beschlussfassung zu den neuen DFG-Themenvorschläge anlässlich der Jahrestagung im Oktober 2012 eingeleitet und mit denAusschreibungen ab November 2012 umgesetzt.Gehen die Grundlinien der GSaME und des Stuttgarter Unternehmensmodells auf die durchInternationalisierung verschärfte Wettbewerbssituation und Turbulenzen derkundenorientierten Märkte zurück, so zeigen sich heute Anzeichen für einen ungleich tiefergehenden Wandel mit ungewissen Folgen für das produzierende Gewerbe. Die wirtschaftlicheGlobalisierung – besonders verstärkt durch weltweite Standards der Kommunikationstechnik– zwingt Unternehmen der produzierenden Industrie zu neuen globalen Produktionsstrategien.Zugleich zeigt sich eine Migration von Produktion und Konsum in Regionen mit hohemWachstumspotenzial. Diese Migration wird durch die weltumspannendeKommunikationstechnik, den Transfer von Finanzen in ertragsstarke Bereiche und durch freieHandelswege stark gefördert. Die De-Industrialisierung vieler westlicher Länder hat sichmassiv fortgesetzt. Deutschland und Mitteleuropa profitieren noch von dieser Entwicklung, dadie Regionen eine ausreichende Innovationsfähigkeit sowie Tiefe und Breite in denTechnologien besitzen, die ihnen Vorteile in den internationalen Märkten verschaffen. Einweiterer strategischer Faktor liegt in der Qualifikation der Mitarbeiter aller Bereiche. Mittel- undlangfristig ist aber auch diese Position der hiesigen Industrie gefährdet, wenn es nicht gelingt,ein neues Paradigma für industrielle Produktionen zu verfolgen und dieUnternehmensstrukturen auf die sich bereits abzeichnenden weiteren globalenProduktionsverschiebungen auszurichten.Seit Gründung der GSaME wurde der Grundgedanke einer wandlungsfähigen Produktionweiterentwickelt und der Bilanzrahmen des „Manufacturing“ ausgedehnt. DieGestaltungsbereiche des „Manufacturing Engineering“ wurden durch die werkstoffbezogenenTechnologien und Prozesse ergänzt. Ferner wurde das Feld der Produktion um das Gebietder „Nutzung technischer Intelligenz“ in Maschinen und Fertigungssystemen erweitert. Ebensowurde das Feld der Informations- und Kommunikationstechnik um die Gebiete erweitert,welche die Operationen in wandlungsfähigen Fabriken mit hoher und schnellerÄnderungsfähigkeit befähigen. Durch die stärkere Einbeziehung der Betriebswirtschaftkonnten ökonomische Aspekte des wissensbasierten Managements der produzierendenUnternehmen sowie neue Ansätze aus den Bereichen Strategie, Führung, Logistik, Investitionund Finanzierung aufgenommen werden. Die Integration der Informationstechnik bereichertedie Konzeption der GSaME vor allem durch innovative Technologien des Datenmanagements,der Visualisierung sowie der Architektur von IT-Systemen. In der Technologie konnten nebenden traditionellen Gebieten der Fertigungstechnik (Urformen, Umformen, Trennen, Fügen)auch die Verfahren der Oberflächentechnik und Laserbearbeitung einbezogen werden.Diese fachlichen Kompetenzen werden benötigt, um wissenschaftlich fundierte Ansätze fürFabriken der nächsten Generation zu verfolgen: adaptiv, wandlungs-, höchstleistungs- undprozessfähig sowie intelligent und lernfähig.Die GSaME verfolgt das ehrgeizige Ziel, Beiträge zur Entwicklung zukünftigerFabrikgenerationen mit einem originären Stuttgarter Ansatz bei hoher Interdisziplinarität undeinem bedeutenden Beitrag für ein „umfassendes System für aME“ zu leisten und technische,4

methodische und organisatorische Lösungen und Werkzeuge für das Engineering von Produktionssystemenund damit für ein notwendiges neues Paradigma der industriellenProduktion zu entwickeln. Sie verfolgte ferner das Ziel der Qualifizierung von Nachwuchs fürAufgaben in der Wissenschaft und Wirtschaft durch wissenschaftliche Projekte(Dissertationen) und eine individuelle Ausbildung in einem neuen Modell.Die wissenschaftliche Forschung an der GSaME hat den Anspruch, Erkenntnisse darüber zugenerieren, wie Produktions- und Produktentwicklung gestaltet werden müssen, um in derLage zu sein, anpassungs- und wandlungsfähig sowie intelligent mit hoher Leistungsfähigkeitauf ein sich dynamisch änderndes, komplexes und globales Umfeld zu reagieren. Dazuwurden in acht interdisziplinären Clustern Forschungsgebiete bzw. -Schwerpunkte definiert.Abb. 1: Fachliches Konzept und Forschungsschwerpunkt der GSaME bis 10/2012A Stuttgarter UnternehmensmodellB Digitales und Virtuelles EngineeringC Material- und ProzessengineeringD Netzwerke in der ProduktionE Informations- und Kommunikationstechnologien für die ProduktionF Wissensbasiertes ManagementG Intelligente ProduktionseinrichtungenH Nachhaltigkeit in der Produktion5

Cluster A Stuttgarter UnternehmensmodellDie theoretische Basis bildet das an die Systemtheorie angelehnte StuttgarterUnternehmensmodell. Nach dieser Definition ist die Fabrik selbst ein Produkt, dasverschiedene Lebenszyklusphasen durchläuft und hierarchisch in Leistungseinheitengegliedert ist. Die einzelne Leistungseinheit ist dabei als selbstorganisierende Zelle zu sehen,die zugewiesene Aufgaben erledigt und sich dabei selbst kontrolliert, konfiguriert und optimiert.Bei konsequenter Standardisierung ist dieser Ansatz auf sämtliche Prozessketten über alleSkalen hinweg anwendbar und führt zu einer nachhaltigen Wandlungsfähigkeit der Produktion.Neue Forschungsthemen bis 10/2012▪▪Modularer Montagebaukasten für globale ProduktionsnetzwerkeInformationsbereitstellung und Werkerführung in globalen ProduktionsnetzwerkenCluster B Digitales und Virtuelles EngineeringDer Einsatz digitaler und virtueller Methoden zielt darauf ab, die Fabrik als Produkt in ihrergesamten Komplexität zu erfassen und ganzheitlich so zu optimieren, dass für diegegenwärtigen schnelllebigen und sich individualisierenden Märkte auch kleinere Stückzahlenkostengünstig und zeitnah hergestellt werden können. Dazu wird mit der Digitalen Fabrik derStatus quo der bestehenden Fabrik, ihrer Ressourcen, logistischen Anforderungen undFertigungsaufträge modelliert. In der virtuellen Fabrik erfolgt die optimierte Planung.Neue Forschungsthemen bis 10/2012▪▪Untersuchung der Partikelabscheidung in der wandnahen Grenzschicht beielektrostatisch unterstützten BeschichtungsprozessenVirtual media for next oil and fuel filters by enhanced simulation and particle modelingCluster C Material- und ProzessengineeringDas Material- und Prozessengineering strebt die Entwicklung neuer Werkstoffe an, derenEigenschaften bereits vor der Herstellung festgelegt werden und so ideal für ihre spätereNutzung geeignet sind. Die Ausbildung der Werkstoffeigenschaften lässt sich über dieWerkstoffauswahl, die Materialkombination und über den Herstellungsprozess beeinflussen.Dabei müssen die Wechselwirkungen zwischen Werkstoffen und Verfahren beachtet undweiter erforscht werden. Diese gezielte Steuerung des Werkstoffverhaltens soll auf allenSkalen von Nano- und Mikrobauteilen bis hin zu kompletten Anlagen beherrscht werden.Neue Forschungsthemen bis 10/2012▪▪▪▪6Entwicklung einer Methode zur Kopplung der Offline-Generierung vonRobotertrajektorien mit Prozesssimulationen bei der thermokinetischen BeschichtungModellbasierte Prozessführung beim LaserstrahlschneidenPotenzial räumlicher und zeitlicher Strahlformung für die industrielle Materialbearbeitungmit UltrakurzpulsstrahlquellenOptimierung der Ausgestaltung von Lackierkabinen mit besonderem Fokus auf derOverspray-Abscheidung

werden kann, auch wenn zwischenzeitlich neue Materialien und Herstellungsverfahren zumEinsatz kommen. Um dies zu erreichen, wird an speziell für den Anwendungsfall gefertigtenmechatronischen Systemen und an der Weiterentwicklung von Lasertechnologien geforscht.Neue Forschungsthemen bis 10/2012▪Schnelle Scanner für die fertigungstechnische Umsetzung der Leistungsparameterkünftiger UKP-OszillatorenCluster H Nachhaltigkeit in der ProduktionDas Cluster „Nachhaltigkeit in der Produktion“ erforscht Methoden und Konzepte, die auf langeSicht ökonomische und ökologische sowie gesellschaftspolitische und unternehmerischeAspekte kombinieren. Im Bereich der Wirtschaft umfasst dies Strategien zum Überleben inturbulenten Umgebungen und das Erkennen und Fördern von nachhaltigen Technologien.Energie- und Ressourceneffizienz in Produktion und Prozessen bildet hierbei nicht nur dieBasis für Kostensenkungen und die Vermeidung von Verschwendung, sondern liefert auchwichtige Impulse für die Planung von Anlagen und Versorgungsnetzen.Neue Forschungsthemen bis 10/2012: keineDie Themencluster haben sich grundsätzlich bewährt. Veränderungen der Themenclusterdurch inhaltliche Straffung und Profilschärfung sowie durch die Einrichtung neuerThemencluster, um die fachliche Struktur der GSaME weiter für zukünftige Projekte derGSaME zu entwickeln, erfolgten im Rahmen der Weiterentwicklung des Forschungsprofils undwerden in der zweiten Förderperiode umgesetzt.Im Sinne von Kontinuität und Veränderung versteht sich die GSaME auch weiterhin als eineinterdisziplinäre Einrichtung der Universität Stuttgart, die mit wissenschaftlicher Arbeitsweiseinnovative Beiträge zur Gestaltung von Fabriken und deren Technologien, Techniken,Organisationen und Systemen sowie zur Qualifizierung des Nachwuchses leisten will. Sieversteht sich als eine wissenschaftliche Einrichtung, die hervorragende Bedingungen fürPromotionen und eine individuelle Förderung von Nachwuchs für Führungsaufgaben inWirtschaft und Wissenschaft bietet.Das Fachgebiet der Produktion wird in der GSaME als ein Transformationsprozessverstanden, bei dem aus verfügbaren Ressourcen höherwertige und den Kundenbedürfnissenentsprechende Produkte gemacht werden. Die Produktion selbst ist ein hochdynamischesSystem, dessen Effektivität von der Leistungsfähigkeit seiner Elemente und deren Vernetzungabhängt.8

Für die Arbeiten der GSaME gibt es gegenwärtig und zukünftig unter diesem Aspekt zunächstkeinen Branchenbezug. Zwar stehen die Produktionen technischer Gebrauchsgüter undInvestitionsgüter im Zentrum, die Methoden und Konzepte sollen sich aber prinzipiell auch inder Lebensmittelindustrie, der Pharma- und Bio-Produktion sowie in der Medizintechnikverwenden lassen.Abb. 2:Ausrichtung der GSaME auf Wettbewerbsfähigkeit und NachhaltigkeitDie Systemgrenze des Aktionsraumes wird durch den Lebenszyklus industriell gefertigterGüter und die begleitenden Dienste, von deren Entstehung bis zu ihrem Ende (Life Cycle)sowie vom Produktionsnetzwerk bis zu den elementaren Prozessen bestimmt. Sie umfasst diedarin enthaltenen technischen und organisationalen Prozesse – einschließlich derManagement- und Informationssysteme – für den Transformationsprozess zur Schaffung vonWertschöpfung (Adding Value) mit hoher technischer, ökonomischer, ökologischer undsozialer Effizienz. Der besondere Schwerpunkt der GSaME liegt in dem Engineering der Fabriken,ihrer Techniken und ihrer Organisation.Das weiterentwickelte Forschungsprogramm für die zweite Förderperiode dehnt dasursprüngliche GSaME-Leitbild wandlungsfähiger Produktionsunternehmen in mehr als 90Forschungsthemen in Richtung Nachhaltigkeit, produktionsbegleitender Dienstleistungensowie der Integration produktionsrelevanten Wissens in alle technischen und organisationalenProzesse und Systeme aus.Status der ForschungsprojekteAus den Forschungsschwerpunkten der Cluster wurden Forschungsthemen in Abstimmungmit den Kooperationspartnern abgeleitet. Den Promovierenden wird damit die Integration inein interdisziplinäres Forschungsumfeld ermöglicht. Die Übernahme vonBetreuungsfunktionen durch externe Partner konnte in allen Forschungsprojekten mitKooperationspartnern realisiert werden und sichert nicht nur Qualität und Relevanz derThemenbearbeitung, sondern vor allem auch die Akzeptanz des Programms in der Industrieals wesentliche Voraussetzung für eine nachhaltige Etablierung der GSaME.Die Forschungsthemen der GSaME wurden auch 2012 regelmäßig alle zwei Monate auf derHomepage ausgeschrieben. Insgesamt erfolgten 5 Ausschreibungen bis 10/2012.9

Abb. 6 Verteilung der Themen (Erstbetreuung) auf die beteiligten Fakultäten der Universität Stuttgart (10/2012)Anmerkung: zwei Projekte in standby in der Fakultät 7Damit entfallen 58 % der Themen mit Erstbetreuung auf die Fakultät 7.Die Aktualität des Forschungsprogramms wurde durch Weiterentwicklung und Neuaufnahmevon Forschungsthemen in die GSaME gesichert. So wurden insgesamt 10 neue Themendefiniert, die sich wie folgt auf die Cluster verteilen:Cluster A: 2Cluster B: 2Cluster C: 5Cluster G: 1Das Forschungsprogramm wurde im Berichtszeitraum mit 61 Promovierenden umgesetzt.Aus persönlichen Gründen ist 2012 kein Promovierender aus der GSaME ausgeschieden.Damit haben bis 2012 insgesamt 10 Promovierende ohne Promotionsabschluss als Drop outdie GSaME verlassen.15 Promovierende haben vor Abschluss der Promotion eine Tätigkeit im Unternehmen bzw.im Institut übernommen. Davon haben 5 Promovierende ihre Promotion noch 2012abgeschlossen. Weitere 5 Promovierende werden Anfang 2013 promovieren.3. Ziele und Ergebnisse der Cluster3.1. Cluster A – Stuttgarter UnternehmensmodellClusterdirektor:E-Mail:Prof. Dr.-Ing. Prof. E. h. Dr.-Ing. E. h. Dr. h. c. mult.Engelbert Westkämperengelbert.westkämper@gsame.uni-stuttgart.deWettbewerbsfähigkeit sichern und steigern ist ein zentrales Unternehmensziel, das auf denRessourcen und Fähigkeiten eines Unternehmens basiert. Aufbauend auf diesem Potenzial12

werden durch die Wahl angemessener strategischer Maßnahmen Wettbewerbsvorteilegeneriert, die es dem Unternehmen ermöglicht, sich im Kontext der sich ständig veränderndenUmwelt langfristig erfolgreich gegenüber den Wettbewerbern durchzusetzen. Insbesonderevor dem Hintergrund global wirkender Turbulenzen kommt dabei der Wandlungsfähigkeit dersozio-technischen Systeme eines Unternehmens bzw. einer Fabrik große Bedeutung zu, dadiese letztendlich die Potenzialrealisierungen und die dabei notwendigenÄnderungsgeschwindigkeiten determiniert, was eine optimale Einstellung desmarktorientierten industriellen Unternehmens auf neue Anforderungen ermöglicht und somittel- bis langfristig wettbewerbssichernd wirkt.Da der Begriff „Wandlungsfähigkeit“ im Kontext des formulierten StuttgarterUnternehmensmodells eine prägende Eigenschaft für die zukünftigen Ausgestaltungen vonFabriken umschreibt, war dieser u.a. Gegenstand von Definitionsfestlegungen in einerPromotionsarbeit des Clusters A:„Ein System wird als wandlungsfähig bezeichnet, wenn es aus sich selbst heraus übergezielt einsetzbare Prozess- und Strukturvariabilität sowie Verhaltensvariabilität verfügt.Wandlungsfähige Systeme sind in der Lage, neben reaktiven Anpassungen auchantizipative Eingriffe vorzunehmen. Diese Aktivitäten können auf Systemveränderungenwie auch auf Umfeldveränderungen hinwirken“ [LOE 2011].Diesem Begriff kommt beispielsweise im Kontext der Strukturbildung von Fabriken einebesondere Bedeutung zu. Denn bei der Strukturierung von Fabriken ist ein Optimum zwischenden beiden Zielsetzungen Wandlungsfähigkeit und Produktivität anzustreben. In Abb. 7 wirddieser Prozess prinzipiell veranschaulicht.Ziel einer optimalen FabrikstrukturWandlungsfähigkeit• Kurze Wege• Kurze Reaktionszeitauf ÄnderungenEffektivitätundProduktivität• Arbeitsproduktivität• Maschinenproduktivität→ Durchsatz• AuslastungEffizienzStrukturierungsprinzipienproduktorientiertÄhnlichkeitsgrad derProdukte• Geometrie, Dimension• Technisches Profil undBauweise• Gewicht• Fertigungsabläufe• Fertigungsaufwand• AusstattungslinienressourcenorientiertCharakteristika derTechnologiesegmente• Technologieintensität• Kapitalintensität• Kundenspezifikation→ Kundenentkopplungspunkt• Produktion in KernlinienzusammenhaltenHöchstmögliche Integrationvon Produkten und Ressourcenfür einen wirtschaftlichen KapitaleinsatzAbb. 7: Grundprinzipien zur Strukturierung von Fabriken [LOE 2011]13

Ausgehend von dieser Skizzierung lassen sich die ersten Modell-Konkretisierungen anhandder Zuordnung der Promovierenden im Zusammenhang mit ihren im Berichtsjahr jeweils zubearbeitenden Dissertationsthemen aufzeigen (Abb. 8).Für die laufenden Forschungs- und Promotionsarbeiten in diesem Cluster bildet dasStuttgarter Unternehmensmodell nach wie vor den Bezugsrahmen, der sich durch seinReferenzmodell, seine Leistungseinheiten, die zu entwickelnden Methoden, Instrumente undVorgehensweisen sowie durch zeitgemäße IT-Werkzeuge und IT-Technologien auszeichnet(siehe auch Ordinate in Abb. 8)Dieses Unternehmensmodell wird u.a. durch die Skalen der Fabrik und dessen Vernetzungcharakterisiert. Dabei bezieht sich die Wandlungsfähigkeit auf alle Strukturelemente diesesModells und grenzt sich von der Wandelbarkeit insofern ab, da letztere sich ausschließlich auftechnische Systeme bezieht und - wie die Flexibilität - ein passives Verhalten impliziert.Ausgehend von dieser Skizzierung können die Modell-Konkretisierungen aktuell anhand derZuordnung der Promovierende im Zusammenhang mit ihren im Berichtsjahr jeweils thematischzu bearbeitenden Dissertationsthemen aufgezeigt werden (Abb. (8).Abb. 8:Aktuelle Zuordnungsstruktur der Promovierenden (Forschungsarbeiten) zu den Skalen des StuttgarterUnternehmensmodells, Cluster ABeispielsweise können die Forschungsarbeiten „Flexible transparente Elektroden auf CNT-Basis“ (Ackermann), „Energieeffizienz von Vakuumhandhabungssystemen“ (Fritz) und„Intelligente Produktionssysteme bei der Wartung von Flugtriebwerken“ (Reményi) denSkalenbereiche Arbeitsplätze/Maschinen und Produktionszellen zugeordnet werden, da zumeinen produktseitig ein energieeffizienter, pneumatischer Vakuumerzeuger zu entwickeln istund zum anderen prozessseitig Forschungsarbeiten hinsichtlich „Reproduzierbarer Prozessefür die Produktion leitfähiger transparenter Schichten“ anstehen und zurzeit eine Arbeitabgeschlossen wird, die zu einem simulationsgestützten System für die Wartung vonFlugtriebwerken führt (Werkstattfertigung, Produktionszelle). Andere Forschungsarbeiten wie14

eispielsweise „Steigerung der Effektivität und Effizienz ganzheitlicherFabrikplanungsprozesse“ (Hillman) tangieren mehrere Skalenbereiche und Ausrichtungen derWandlungsfähigkeit (Abb. 9).Literatur:[LOE 2011]Löffler, C.: Systematik der strategischen Strukturplanung für einewandlungsfähige und vernetzte Produktion der variantenreichenSerienfertigung, Heimsheim: Jost-Jetter Verlag, 2011. (IPA-IAO-Forschungund Praxis Nr. 519). Stuttgart, Univ., Diss., 2011Abb. 9:Einordnung des Forschungsfeldes „Fabrikplanung“ im Kontext des Stuttgarter Unternehmensmodellsmit der Ausrichtung WandlungsfähigkeitZurückgezogene Themen sind in den Tabellen nicht mehr enthalten.Auf den erworbenen, grundlegenden Erkenntnissen der im Dezember 2011 sehr erfolgreichabgeschlossenen Dissertationen von Carina Löffler - Entwicklung eines adaptivenProduktionskonzepts für kürzer werdende Produktlebenszyklen in der Automobilindustrie -sowie von Lukas Scheiber - New Taylorism - werden die weiteren Forschungsarbeitenaufbauen und so die thematische und qualitätsbezogene Weiterentwicklung des Clusters Asicherstellen. Beispielsweise wird in den 2012 durchgeführten Kolloquien der DoktorandenHartkopf und Stock deutlich, dass sie die Ergebnisse der Arbeiten der vorgenanntenPromovierten in ihre Dissertationen einfließen lassen. Damit tragen sie dazu bei, dasStuttgarter Unternehmensmodell zu vervollkommnen.Im Cluster A wurden im Berichtszeitraum zehn Doktoranden und eine Doktorandin betreut. EinDoktorand begann sein industrielles Forschungsprojekt 2012.15

Bis 10/2012 sind 4 Promovierende ausgeschieden, die weiterhin ihr Dissertationsthemaberufsbegleitend bearbeiten.Zusammenfassung des Forschungsstandes des ClustersThemen Gesamt DFG Industrie / FhGLaufende 12 4 8offene 7 - 5 + 2 standbyabgeschlossene 2 1 1Tabelle mit Übersicht der aktuellen Forschungsthemen des ClustersNr. Forschungsthema Status* Doktorand/in Finanzierung ErstbetreuerA2A3A4A5A6A7A8A9New TaylorismNachhaltige Wissensentwicklungund sozialökologischeAdaptabilitätvon IndustrieunternehmenEntwicklung eines adaptivenProduktionskonzeptsfür kürzer werdendeProduktlebenszyklen in derAutomobilindustrieCorporate Sustainabilityals strategische Fähigkeitadaptiver UnternehmenIntelligenteProduktionssystemebei der Wartung vonFlugtriebwerkenWertschöpfung inadaptivenProduktionssystemenPersonalplanung und-steuerung in dervariantenreichenSerienproduktion – einestrategische Ausrichtungder AutomobilindustrieWerksentwicklungsplanungin wandlungsfähigenProduktionsstrukturenAbgeschlossenBearbeitungOhneFinanzierungAbgeschlossenBearbeitungFinalisierungBearbeitungFinalisierungFinalisierungLukas Scheiber DFGFraukeGollCarinaLöfflerFabianKrönerChristophReményThorstenPflügerTorstenStockMarkusHartkopfDFGAUDI AGDFGDFGDFGDaimler AGBosch RexrothAGProf. ZahnProf. ZahnProf.WestkämperProf. SchäferProf.StaudacherProf. PedellProf.WestkämperProf.Westkämper16

Nr. Forschungsthema Status* Doktorand/in Finanzierung ErstbetreuerA12A15A16A17A18A19A20A21A22A25A26A27Systematisierung undStandardisierung vonProzessbeschreibungenvon Fertigungsprozessenfür einWissensmanagement inder ProduktionErfolgsfaktoren einerManufakturfertigung fürRaumfahrtantriebeAdaptive Prozessregelungund Schleifbrandverhinderungbei derHartfeinbearbeitung vonVerzahnungenEntwicklung einesgenerativen Verfahrens aufder Basis des Spritzensvon KunststoffenSystematische Planungeiner Fabrik fürLCD/LED-Fertigung inSchwellenländernSteigerung der Effektivitätund Effizienz ganzheitlicherFabrikplanungsprozesseEnergieeffizienz vonVakuumhandhabungssystemenProduktsicherheit imglobalen Entwicklungs- undProduktionsverbundEnergieeffizienz vonUnternehmenTechnische undwirtschaftlicheQualifizierung derFlachstricktechnologie fürdie Verstärkung vonFaserverbundwerkstoffenFlexible transparenteElektroden auf CNT-BasisModularerMontagebaukasten fürglobaleProduktionsnetzwerkestandbyAusgeschriebenBearbeitungAusgeschriebenstandbyYiwen XuMohamed AbdEl-KhalekNegmeldinMTM InstitutEADS – AstriumGmbHZF FriedrichshafenAGUnternehmendesMaschinenbausFraunhoferIPABearbeitung Mark Hillmann agiplan GmbHBearbeitungBearbeitungstandbystandbyBearbeitungFlorianFritzSteffenHäfeleThomasAckermannJ. SchmalzGmbHDaimler AGFraunhofer IPABearbeitung Stefan Keckl AUDI AGProf.WestkämperProf.WestkämperProf.WestkämperProf.WestkämperProf.WestkämperProf.WestkämperProf.WestkämperProf.WestkämperProf.WestkämperProf.WestkämperProf.Westkämper* Veränderungen 2012 sind in der Tabelle fett markiertDer in der Aufgabenstellung des Clusters A aufgespannte thematische Rahmen („Fabrik alsProdukt“, Lebenszyklusphasen, Selbstorganisation, -konfiguration sowie -optimierung undStandardisierung) wird durch die Bearbeitung spezifischer Forschungsthemen konkretisiert.17

Forschungsstand ausgewählter Projekte in Cluster AThemaA26: Flexible transparente Elektroden auf CNT-BasisDoktorand:Dipl.-Chem. Thomas AckermannThesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper (GSaME)Prof. Dr.-Ing. Thomas Bauernhansl (IFF)Prof. Dr. Ulli Arnold (BWI - Abt. VI)Projektbeginn: 01.10.2011E-Mail:Thomas.Ackermann@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassungDie einfache und kostengünstige Produktion transparenter, leitfähiger Schichten (TCFs,transparent conductive films) erwies sich in den letzten Jahren als innovationsträchtigeTechnologie in der Display- und Photovoltaikindustrie. Heutige TCFs bestehen in den meistenFällen aus Indiumzinnoxid (ITO). Trotz der guten Materialeigenschaften hinsichtlichTransparenz und elektrischer Leitfähigkeit unterliegt die Verwendung von ITO einigenEinschränkungen. Für die Erzeugung einer ITO-Schicht sind hohe Temperaturen nötig. Zudemsind die Schichten brüchig, weshalb sie im Bereich der flexiblen Elektronik nicht oder nurbedingt einsetzbar sind.Ziel des Forschungsprojekts ist die Herstellung von TCFs auf Basis alternativer Materialien,die die Kriterien einer niedrigeren Prozesstemperatur und der mechanischen Flexibilitäterfüllen. Hierbei werden dünne Schichten aus Kohlenstoffnanoröhren (CNTs, carbonnanotubes) und CNT-Komposit-Schichten durch unterschiedliche Beschichtungsmethodenerzeugt und mit verschiedenen Methoden zur optischen, elektrischen und morphologischenCharakterisierung untersucht. Das Projekt beinhaltet zunächst die Evaluierung deruntersuchten Prozessparameter und deren Optimierung. Anschließend sollen die erhaltenenErgebnisse für die Konzeptionierung einer Produktion von TCFs auf CNT-Basis verwendetwerden.ThemaA20: Energieeffizienz von VakuumhandhabungssystemenDoktorand:Dipl.-Ing. Florian FritzThesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper (GSaME)Prof. Dr.-Ing. Alexander Verl (ISW)Projektbeginn: 01.06.2011E-Mail:Florian.Fritz@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassungEffiziente Nutzung von Ressourcen ist ein Schlüssel zur Steigerung der ökonomischen undökologischen Nachhaltigkeit von Unternehmen. Für Maschinen- und Anlagenbauer ist deshalb18

neben der reinen Sicherstellung der Funktion der energieeffiziente Betrieb ihrer Anlagen einentscheidendes Kaufkriterium. Dies wiederum wirkt sich auf die Komponentenhersteller aus.Zurzeit ist ein steigender Trend der Substitution von pneumatischen durch elektrischeVerbraucher zu erkennen. Dies rührt teilweise von mangelndem Wissen über dieDruckluftkosten sowie den fehlenden Daten über den tatsächlichen Verbrauch der Anlage her.Auch die Vakuumerzeugung für die industrielle Handhabungstechnik ist von dieserEntwicklung betroffen, da ein großer Teil des benötigten Vakuums durch pneumatischbetriebene Ejektoren erzeugt wird.Ziel des Forschungsprojekts ist eine prozessabhängige, subjektive Beurteilung und Hilfe zurkonstruktiven Auslegung von Vakuumhandhabungssystemen hinsichtlich ökonomischer undökologischer Merkmale. Hierzu ist die Untersuchung repräsentativer Standardprozesse in derVakuumhandhabungstechnik notwendig, um daraus allgemeine Eingabeparameter für dieBerechnung und Simulation solcher Systeme zu gewinnen. Im ersten Schritt erfolgt eine reinstatische Prozessbetrachtung. Im Weiteren wird dann eine dynamische Prozesssimulationdurch mathematische Beschreibung von Vakuumkomponenten vorgenommen. Dies soll dazubeitragen Handlungsempfehlungen für den nachhaltigen Einsatz von Vakuumerzeugernabzuleiten. Mit dem konzipierten System soll der absolute Druckluftverbrauch vonpneumatischen Vakuumerzeugern durch die zielgerichtete Entwicklung von adaptivenSystemen zur Modifikation der Ejektorleistung gesenkt werden.ThemaA3: Nachhaltige Wissensentwicklung und sozial-ökologischeAdaptabilität von IndustrieunternehmenDoktorandin:Dipl.-Kffr. techn. Frauke GollThesis Committee: Prof. em. Dr. Erich Zahn (GSaME)Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper (GSaME)Projektbeginn: 01.05.2008ZusammenfassungEin Konzept strategischer UnternehmensführungUnternehmen sehen sich vielfältigen Herausforderungen aus ihren verschiedenen Umfelderngegenüber. Nur wer neben ökonomischen Faktoren auch soziale und ökologische Aspekte indie Betrachtung einbezieht, kann langfristig das Unternehmen nachhaltig entwickeln.Wesentlich ist hierbei, dass Unternehmen sich an ihren Kernprozessen ausrichten und nichtlediglich eine Art „Green washing“ betreiben.Theorie und Praxis der strategischen Unternehmensführung subsumieren zwar die Führungvon und in Unternehmen, die dargestellten Aspekte finden jedoch bisher, insbesondere inproduzierenden Unternehmen, keine genügende Beachtung. Hierarchische Strukturen, einekurzfristige Ergebnisorientierung und die Fokussierung auf Shareholder verdecken diePotenziale, welche der Einbezug sozial-ökologischer Faktoren bietet.19

Ziel des Forschungsprojekts ist ein ganzheitliches Konzept für die strategischeUnternehmensführung zu generieren, welches am Unternehmenszweck sowie auf dieErzielung langfristiger Wettbewerbsvorteile ausgerichtet ist und neben ökonomischenFaktoren auch soziale und ökologische Aspekte einbezieht. Hierfür ist die Entwicklung einerinteraktionsorientierten Führungssichtweise, welche auf wechselseitigen Beziehungen beruht,sowie die Einbettung in den erweiterten Unternehmenskontext und den Prozess derAnpassungs- und Wandlungsfähigkeit erforderlich.Ausgangspunkt der Arbeit stellt das Stuttgarter Unternehmensmodell dar, welches um sozialökologischeAspekte und eine interaktionsorientierte strategische Führung zu ergänzen ist.Hierfür ist eine interdisziplinäre Sichtweise notwendig, die im Wesentlichen auf demkonstruktivistischen Gedankengut und den Theorien der strategischen Managementlehreaufbaut und neben soziologischen und psychologischen Ansätzen auch dieNachhaltigkeitstheorien einbezieht.ThemaA21: Produktsicherheit im globalen Entwicklungs- undProduktionsverbundDoktorand:M. Eng. Dipl. Wirt.-Ing. (FH) Steffen HäfeleThesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper (GSaME)Prof. em. Dr. Erich Zahn (GSaME)Projektbeginn: 01.07.2011E-Mail:steffen.haefele@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassungDas Thema „Produktsicherheit“ ist für herstellende Unternehmen von großer Bedeutung. Nichtnur der Gesetzgeber, sondern auch die Unternehmens- und Kundenanforderungenverpflichten dazu, ausschließlich sichere Produkte herzustellen und in den Verkehr zu bringenund die Sicherheit im konkreten Fall auch nachweisen zu müssen. Daher erfahren die alssicherheitsrelevant ausgewiesene Merkmale und Prozesse eine besondere Behandlung überden kompletten Produktentstehungsprozess von der Entwicklung bis zum After-Sales.Innerhalb eines international stark umkämpften Nutzfahrzeugmarktes, sehen sich dieHersteller aufgrund von unterschiedlichen Kundenbedürfnissen und Kostengründengezwungen, innerhalb eines internationalen Entwicklungs- und Produktionsverbundes zuoperieren. Der Wertschöpfungsprozess findet demnach über mehrere Standorte undKontinente statt.Das Ziel dieses Forschungsprojektes ist die Entwicklung und Erprobung eines Konzeptes aufProzess- und Methodenebene, in der die Prozesssicherheit von sicherheitsrelevantenMerkmalen innerhalb eines globalen Entwicklungs- und Produktionsverbundes gewährleistetwerden kann.20

ThemaA9: Werksentwicklungsplanung in wandlungsfähigenProduktionsstrukturenDoktorand:Dipl.-Ing. Markus HartkopfThesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper (GSaME)Prof. em. Dr. Erich Zahn (GSaME)Projektbeginn: 01.09.2008ZusammenfassungRapide Fortschritte in der Produkt- und Produktionstechnologie führen zu zunehmendDiskontinuitäten in den Leistungsangeboten der industriellen Fertigung und somit auch in denSystemen der Leistungserstellung. Um rechtzeitig notwendige Maßnahmen einzuleiten, sindproduzierende Unternehmen gefordert, leistungserstellende Systeme frühzeitig undsystematisch an veränderte Produkte, Absatzmengen und innovative Prozesstechnologienanzupassen. Eine frühzeitige und langfristig vorausschauende Planung zukünftigerWerksstrukturen erfordert ein detailliertes Verständnis der Entwicklung vergangener ProzessundRessourcenstrukturen sowie Erfahrungen und Fähigkeiten, die zum aktuellen Stand desWerkes geführt haben.Ziel des Forschungsprojektes ist es, basierend auf der Analyse retrospektiverFabrikstrukturen, Veränderungen von Produkt- und Produktionstechnologie in Abhängigkeitdes zu produzierenden Produktprogramms systematisch und stetig vorauszuplanen sowiederen strukturelle und ökonomische Auswirkungen auf den Fabrikbetrieb zu quantifizieren.Eine kontinuierliche Anpassung geplanter Werksentwicklungsszenarien an veränderteRahmenbedingungen erhöht die Reaktionsfähigkeit des Werkes und ermöglicht die Integrationder damit generierten Daten für Planung und Koordination standortübergreifenderTechnologie- und Kapazitätsstrukturen.Die Promotion wurde 2013 erfolgreich abgeschlossen.ThemaA19: Steigerung der Effektivität und Effizienz ganzheitlicherFabrikplanungsprozesseDoktorand:Thesis Committee:Projektbeginn: 01.05.2011E-Mail:Dipl.-Ing. MEM Mark HillmannProf. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper (GSaME)Prof. Dr.-Ing. habil. Bernhard Mitschang (IPVS)Mark.Hillmann@gsame.uni-stuttgart.de21

ZusammenfassungTurbulente Märkte fordern die schnelle Anpassung von Produktionskapazitäten, um alsUnternehmen langfristig erfolgreich zu sein. Eine ganzheitliche, effektive und effizienteFabrikplanung ist insbesondere für den Hochtechnologiestandort Deutschland eineNotwendigkeit, um im Wettbewerb mit weniger komplexen Produktionseinrichtungen unddamit schneller zu planenden Fabriken in Schwellenländern konkurrieren zu können.Die Entwicklung des komplexen „Produktes Fabrik“ stellt die Planer, aufgrund der Menge anSchnittstellen und Interdependenzen, immer wieder vor neue Herausforderungen.Die Praxis hat gezeigt, dass die Realisierung von Fabrikplanungsprojekten häufig mehr Zeitbenötigt, als zunächst angenommen. Resultierend muss der Planungsstand an die sichverändernden Markt- und Umweltbedingungen angepasst werden, was zu zusätzlichenVerzögerungen führen kann. Dies kann schwerwiegende wirtschaftliche Konsequenzen fürdie jeweilige Unternehmung bedeuten.Ziel des Forschungsprojekts ist die Entwicklung von zukunftsweisenden Ansätzen undRichtlinien zur Erschließung von Zeit- und Kostenpotenzialen in Fabrikplanungsprozessen.Dies erfordert im ersten Schritt eine Analyse von Zeittreibern und Risikofaktoren in derFabrikplanung. Die analysierten Faktoren sollen anschließend kategorisiert werden, umLösungsansätze für die Ermittlung der Potenziale generieren zu können.Ausgangspunkt der Arbeit sind aktuellen Vorgehensmodelle des Fabrikplanungsprozessessowie eine empirische Untersuchung aktueller Fabrikplanungsprojekte, insbesondere deragiplan GmbH. Die Analysen finden in Kooperation mit Fabrik- und Logistikplanern,Architekten, tGA-Planern und Projektmanagern statt.ThemaA27: Modularer Montagebaukasten für GlobaleProduktionsnetzwerke – Montagelinienkonzept für zukünftigeFabrikenDoktorand:Thesis Committee:Projektbeginn: 01.09.2012E-Mail:Dipl. Wirtsch.-Ing. Stefan KecklProf. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper (GSaME)Prof. Dr.-Ing. Hansgeorg Binz (IKTD)stefan.keckl@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassungDie der Themenstellung zu Grunde liegende Herausforderung ist hauptsächlich in derzunehmenden Variantenvielfalt der Produktpalette in der Automobilindustrie und in dersteigenden Volatilität der Nachfragemärkte begründet.Diese Herausforderungen wirken sich auch in der Montage, als ein wesentlicher Teil derWertschöpfung der Automobilproduktion, in Form von erhöhter Komplexität aus. Trotzsteigender Vielfalt und Veränderung muss die Montage in der Lage sein, die unterschiedlichenFahrzeugvarianten wirtschaftlich und in der geforderten Qualität zu produzieren. Dazu ist das22

Produktionsnetzwerk marktorientiert zu gestalten, um möglichst flexibel auf Veränderungender Nachfrage reagieren zu können.Ziel des Forschungsprojekts ist die Ausarbeitung eines Konzeptes für die Montage in derAutomobilproduktion, welche die Fertigung mehrerer Fahrzeugvarianten, über den jetzigenStand hinaus, auf einer Linie ermöglicht. Dieses Konzept soll zu einer Modularisierung derMontage beitragen, die dann leistungsfähiger und flexibler auf Veränderungen in derNachfragesituation reagieren kann.Ausgangspunkt der Arbeit ist die Analyse der bestehenden Strukturen der Montage in derAutomobilproduktion, um die Prämissen für die Ausgestaltung einer modularen Montagedarzustellen. Das Konzept ist von praktischer Relevanz für die TechnologieentwicklungMontage und die Fahrzeugmontage im B-Segment der Audi AG.ThemaA5: Corporate Sustainability als strategische Fähigkeit adaptiverUnternehmenDoktorand:Dipl.-Kfm. techn. Fabian KrönerThesis Committee: Prof. Dr. Henry Schäfer (BWI - Abt. III)Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper (GSaME)Projektbeginn: 01.03.2010E-Mail:fabian.kroener@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassungDas Europäische Emissionshandelssystem (EU-EHS) steht vor einem großen Umbruch.Neben der chemischen Industrie wird ab dem Jahr 2013 auch die Nichteisenmetall-Industrieaufgenommen. Die deutsche Nichteisenmetall-Industrie ist von einer Einbeziehung in das EU-EHS doppelt betroffen. Zum einen müssen sich die involvierten Unternehmen anhocheffizienten EU-weiten Produkt-Benchmarks orientieren und sind somit unter Umständeneiner Unterausstattung an Emissionsberechtigungen unterworfen. Zum anderen sind sie alssehr stromintensive Branche durch die Einpreisung der CO 2-Zertifikate von Seiten derEnergieversorger von sog. indirektem Carbon Leakage betroffen und unterliegen im Vergleichzu den globalen Wettbewerbern deutlich strengeren Klima- und Energieregulierungsauflagen.Das Ziel des Dissertationsprojektes ist es, die Risikomanagement-Systeme der Unternehmenaus der deutschen Nichteisenmetall-Industrie gezielt zu untersuchen. Eine Interview basierteUmfrage mit zehn Unternehmen aus der deutschen Nichteisenmetall-Industrie soll Aufschlussdarüber geben,wie der Kenntnisstand der entsprechenden Unternehmen in Bezug auf die neuenregulatorischen Rahmenbedingungen des EU-EHS ist,welche Vorbereitungsmaßnahmen sie in Bezug auf die Eingliederung in das EU-EHSin ihren Risikomanagement-Systemen bereits durchgeführt haben,welche Instrumente sie in den typischen Phasen des Risikomanagement-Prozesses– Identifikation, Bewertung, Steuerung und Controlling/Reporting der relevantenRisiken – einsetzen werden und23

welche Chancen sich für die Unternehmen auf Grundlage ihrerWertschöpfungsstrukturen für die Erzeugung von Emissionsgutschriften aus denKyoto-Mechanismen ergeben können.Darüber hinaus sollen Handlungsempfehlungen für die verantwortlichenRegulierungsstellen abgeleitet werden, um einer Abwanderung der Tätigkeiten ausder deutschen Nichteisenmetall-Industrie in das außereuropäische Ausland (CarbonLeakage) entgegenzuwirken.ThemaA7: Wertschöpfung in adaptiven ProduktionssystemenDoktorand:Dipl.-Kfm. techn. Thorsten PflügerThesis Committee: Prof. Dr. Burkhard Pedell (BWI - Abt. V)Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper (GSaME)Projektbeginn: 15.05.2009E-Mail:thorsten.pflueger@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassungInvestitionen bilden eine kritische Determinante für die zukünftige Wettbewerbsfähigkeit vonProduktionsunternehmen. Die Investitionsplanung der Produktion ist in derUnternehmenspraxis oftmals primär auf akute Problemstellungen des Tagesgeschäftesfokussiert oder auf die Fortschreibung von Investitionsbudgets beschränkt. EntsprechendeVorgehensweisen sind für die Absicherung der langfristigen Überlebensfähigkeit vonProduktionsunternehmen unter turbulenten Umfeldbedingungen unzureichend. Es mangeltbisweilen an Ansätzen, die eine strategische Ausrichtung der Investitionsplanung undAbleitung des mittelfristigen Investitionsbedarfs der Produktion unterstützen.Ziel des Forschungsprojekts ist die Entwicklung einer Systematik für die strategisch-taktischeInvestitionsplanung in der Produktion. Diese soll eine enge Kopplung der Investitionsplanungmit Vorgaben der strategischen Unternehmensplanung, unter der Berücksichtigungwettbewerbsrelevanter strategischer Erfolgspotenziale am Markt ermöglichen. Hierzu erfolgteine konzeptionelle Entwicklung eines Manufacturing Strategy Deployment Ansatzes, inAnlehnung an den Prozess des Quality Function Deployment der Produktentwicklung, zurUnterstützung der Planungsphasen der produktionsstrategischen Zielsystembildung undProblemfeststellung. Des Weiteren erfolgt eine Konkretisierung weiterer Phasen derstrategisch-taktischen Investitionsplanung, basierend auf empirischen Ergebnissen einerExpertenbefragung bei produzierenden Unternehmen des Maschinen- und Anlagenbaus.Ausgehend von den empirischen Erkenntnissen, erfolgt darüber hinaus die Entwicklung einessystematischen Planungsansatzes für die Ableitung des mittelfristigen Investitionsbedarfs aufEbene von Produktionssegmenten.24

ThemaA6: Intelligente Produktionssysteme bei der Wartung vonFlugtriebwerkenDoktorand:Dipl.-Ing. Christoph ReményiThesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Stephan Staudacher (ILA)Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper (GSaME)Projektbeginn: 01.04.2008ZusammenfassungDezentrale Werkstattsteuerung in der TriebwerksinstandhaltungAngesichts annähernd konstanter Flugpreise und steigender Kosten ist der ökonomischeDruck auf die Zulieferkette der zivilen Luftfahrt in den letzten Jahren stetig gestiegen. DieseTendenz wurde durch die jüngsten Ereignisse auf den Finanzmärkten noch zusätzlichverstärkt. Ein Abschwächung oder Umkehr dieser Entwicklung ist derzeit nicht absehbar. Diesresultiert in Bemühungen auch die Wartung, Reparatur und Instandsetzung des Systems"Flugzeug" mit dessen "Subsystem" Triebwerk wesentlich kosteneffektiver zu gestalten.Unternehmen, die in diesem Bereich agieren, lassen sich unter dem Gesamtbegriff der MRO(Maintenance Repair and Overhaul) zusammenfassen. Für diese Unternehmen wird es immerwichtiger, neben den Kosten auch die Durchlaufzeit (Turn Around Time, TAT)) derÜberholungen zu minimieren, um den Einsatz teuerer Ersatztriebwerke während derWartungszeiten der Triebwerke so kurz wie möglich zu halten. Zusätzlich ergeben sich durchschwankende Auftragseingänge, unplanmäßige Ausfälle und einen starken Preiswettkampfzwischen den MRO Betrieben der OEM (Original Equipment Manufacturer) und denunabhängigen MRO Unternehmen steigende Rationalisierungsbedarfe in diesen Betrieben.Um diesen turbulenten Anforderungen im Betrieb gerecht zu werden, müssen Werkzeugegeschaffen werden, die den Unternehmen die Planung und Steuerung der Aufträgeerleichtern. Durch das hochvolatile Geschäft und die Unplanbarkeit der Arbeitsinhalte mussder primäre Fokus auf der kurzfristigen Steuerung des Wartungsablaufs liegen. Die Wartungmuss wesentlich agiler werden und Begriffe wie "Quick Response Manufacturing" (QRM)erhalten eine steigende Bedeutung. Auf Grund der Komplexität der gesamtenWartungsaufgabe muss dabei ein Ziel sein, sich selbst organisierende Einheiten zu erzeugen,die durch eine dezentrale Steuerung in der Lage sind, die Aufträge vor Ort vom Mitarbeiterpriorisieren zu lassen. Hierbei muss beachtet werden, dass eine möglichst hohe Ausnutzungder verfügbaren Ressourcen erzielt wird. Aufgrund der kurzfristigen dynamischen Anpassungder Arbeitsinhalte muss eine Steuerung entwickelt werden, die schnell auf diese veränderlicheBelastung vor den Arbeitssystemen reagieren kann. Da das primäre Ziel einesWartungsunternehmens die Einhaltung der Liefertreue gegenüber dem Kunden ist, kann durcheine der Kernaufgaben der Fertigungssteuerung, der Reihenfolgebildung, eine Anpassung derAufträge an die sich dynamisch verändernden Rahmenbedingungen erfolgen. Um einesinnvolle Reihenfolgebildung zu identifizieren, können vorhandene Reihenfolgeregeln mit Hilfevon Simulationen miteinander verglichen werden.Nach Identifizierung einer möglichen Reihenfolgeregel soll diese Regel in einemSteuerungstool vor Ort umgesetzt werden, um eine dezentrale Steuerung der Aufträge je nach25

Belastungssituation zu ermöglichen. Ziel soll es hierbei sein, die Feinplanung und-steuerung teilautonom von dem Werker des jeweiligen Bereichs durchführen zu lassen.Sinnvoll ist es, einen Bereich für die Umsetzung zu wählen, der die typische Komplexität einesWartungsunternehmens darstellt. Dies sind typischerweise Querschnittsbereiche wieReinigung/Rissprüfung oder Reparatur, die durch die Auftragsbelastung durch mehrereProduktlinien oftmals Probleme haben sinnvoll zu priorisieren.Ein Werkzeug zur passenden Reihenfolgebildung soll somit zum einen eine kurzfristigeReagibilität auf die veränderliche Belastung der Arbeitssysteme ermöglichen. Zum anderensoll auch ein Standard zur Priorisierung dargestellt werden, der dem Mitarbeiter eine schnelleund fehlerfreie Auftragsbearbeitung ermöglicht.ThemaA8: Personalplanung und -steuerung in der variantenreichenSerienproduktion – eine strategische Ausrichtung derAutomobilindustrieDoktorand:Dipl.-Ing. Torsten StockThesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper (GSaME)Prof. em. Dr. Erich Zahn (GSaME)Projektbeginn: 15.08.2008ZusammenfassungTurbulente Angebots- und Nachfrageverhältnisse sich stark wandelnder Märkte stellenproduzierende Unternehmen vor ungeahnte Herausforderungen. Konjunkturelle, saisonaleund trendmäßige Schwankungen der Absatzmärkte sowie kurzzyklische Einflüsse derZuliefersysteme nehmen einen immer gravierenderen Einfluss auf die Struktur, das Niveauund die Chronologie des Produktionsprogramms und somit auch auf die Planung undSteuerung des Personaleinsatzes der Mitarbeiter in der Produktion ein. Um weiterhinWettbewerbsfähigkeit zu bleiben, sind daher reaktionsschnelle Anpassungen derUnternehmen von Nöten. Insbesondere der Mensch und die Organisation gelten hierbei alsein entscheidender Einsatz- und Erfolgsfaktor für die Umsetzung von Flexibilitäts- undWandlungsanforderungen.Hinsichtlich des Personaleinsatzes bedeutet dies, das verfügbare Personal optimal an denzeitlichen Verlauf der Nachfrage anzupassen und damit eine vermehrte Bedarfsorientierungdes Produktionsprozesses zu erreichen. Zudem sind die Strukturen der Organisationpermanent zu hinterfragen, zu dynamisieren und ihre Fähigkeit zur Selbstveränderung wiederzu aktivieren und zu steigern. Dies liegt mitunter daran, dass Unternehmen dazu neigen, anihren einstmals erfolgreichen organisatorischen Strukturen und Prozessen festzuhalten, dieallerdings für stabile, beherrschbare und beherrschte Umwelten konzipiert wurden, die heutenur noch in wenigen Fällen vorzufinden sind.Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, wurden zwei Planungsverfahren entwickelt.Diese können in Kombination als auch autark voneinander angewendet werden. Das erste26

Planungsverfahren ermöglicht eine situative und bedarfsorientierte Planung und Steuerungdes Personals der Arbeitsgruppen eines Produktionssystems je Planungszeitabschnitt übereinen determinierten Planungshorizont. Hierfür wurde eine ganzheitliche Vorgehensweise derPersonaleinsatzplanung entwickelt. Das zweite Planungsverfahren ermöglicht zudem einepermanente Adaption aufbauorganisatorischer Strukturen in der Produktion an sich änderndenUmweltbedingungen. Ziel dieser strukturellen, organisatorischen Wandlungs-fähigkeit ist dieSteigerung der Bedarfsorientierung des Personaleinsatzes in der Produktion.Beide Planungsverfahren wurden in ihren einzelnen Schritten in einer variantenreichenProduktion der Automobilindustrie angewendet und ihre Durchführbarkeit am praktischenBeispiel verifiziert. Durch die systematische Umgestaltung der Kostenstellenstruktur konntehierbei die Bedarfsorientierung des Personaleinsatzes gesteigert werden. Damit wurde mitdieser Arbeit ein Beitrag geleistet, sowohl die Dispositionsspielräume der operativen Personalplanungund -steuerung zu erweitern als auch die organisatorisch, strukturelle Wandlungsfähigkeitder Produktion zu steigern.Die Promotion wurde 2013 erfolgreich abgeschlossen.ThemaA16: Adaptive Prozessregelung und Schleifbrandverhinderung beider Hartfeinbearbeitung von VerzahnungenDoktorand:Dipl.-Ing. Yiwen XuThesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper (GSaME)Prof. Dr.-Ing. Uwe Heisel (IFW)Projektbeginn: 01.11.2010E-Mail:yiwen.xu@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassungDas Verzahnungsschleifen unterliegt zahlreichen Einflussfaktoren, die u. a. bauteil-,werkzeug- und schleifprozessbezogen sind. Sie bewirken eine schwankende Schleifbelastungan der Kontaktzone zwischen dem Schleifwerkzeug und dem Bauteil. Im ungünstigen Fall wirddadurch die Schleifbelastung so stark erhöht, dass die Anlasstemperatur des Bauteilsüberschritten wird. Eine thermische Schädigung kann die Folge sein. Darüber hinaus ändertsich das Verschleißverhalten des Werkzeuges aufgrund schwankender Einflussfaktoren,sodass unterschiedliche Werkzeugstandzeiten zu erwarten sind. Die Gefahr von thermischenSchädigungen kann dadurch erhöht werden. Außerdem treten andereProduktqualitätsprobleme wie z. B. Profilfehler der Verzahnung und erhöhtenOberflächenrauheiten auf.Ziel des Forschungsprojektes ist es, einen Ansatz für höhere Wirtschaftlichkeit beimVerzahnungsschleifprozesses unter Serienbedingungen zu entwickeln. Dies kann durchVerringerung der Bearbeitungsdauer sowie durch Vermeidung vonProduktqualitätsabweichungen wie z. B. thermische Gefügeschädigungen und Profilfehlererreicht werden. Der im Projekt angestrebte Lösungsansatz ist der Einsatz eines adaptivenProzessregelungssystems, welches das Forschungsobjekt darstellt. Das zu entwickelndeSystem erfasst das Maschinenverhalten und leitet daraus die Schleifbelastung ab.27

3.2. Cluster B – Digitales und Virtuelles EngineeringClusterdirektor:E-Mail:Prof. Dr.-Ing. Prof. E. h. Dr.-Ing. E. h. Dr. h. c. mult.Engelbert Westkämperengelbert.westkämper@gsame.uni-stuttgart.deDie Technologien des Digitalen und Virtuellen Engineering begleiten den gesamtenProduktlebenszyklus von der Entwicklung/Konstruktion und Produktion über den Vertriebsowie Training bis zur Instandhaltung, zum Re-Manufacturing und Recycling. Aktuell wird nach[OA2009] „Virtuelles Engineering“ verstanden als die frühzeitige, kontinuierliche, vernetzte(Prozesssicht) und integrierte (Systemsicht) Unterstützung des Produktentstehungsprozesseshinsichtlich der Abstimmung, Bewertung und Konkretisierung der Entwicklungsergebnissealler Partner mit Hilfe von virtuellen Prototypen.„Virtuelles Engineering“ lässt sich darüber hinaus in sechs Phasen beschreiben:a) Definition/Modifikation des (globalen) Produktprogramms (Produktstruktur)b) Digitales Design (Digitales Produktmodell zum bestimmten Entwicklungsstand,Entwurf, Konstruktion usw.)c) Virtualisierung (Kontext-basierte Konfiguration, immersive Repräsentation, virtuellesProdukt)d) Validierung (unmittelbar mit den Umgebungsbedingungen zusammenhängender Test,Virtuelle Validierung)e) Analyse (Digitale Analyse, Testfälle, Testszenarien)f) Rückmeldungen/Rückkopplungen vom Markt (Kontinuierliche Verbesserungen).Diese Phasen werden sowohl durchlaufen als auch zueinander abgestimmt.„Digitales Engineering“ findet zum einen innerhalb des „Virtual Engineerings“ statt und betrifftdie Phasen a), b), e) sowie f). Zum anderen umfasst der Begriff „Digitales Engineering“ auchdie technisch-organisatorische Informationswelt der PLM-, ERP, MES- sowieAutomatisierungssysteme. „Digitales Engineering“ erlaubt des Weiteren demProduktionsingenieur die vollständige Definition des Produktionsprozesses in einer digitalenUmgebung, beispielsweise einschließlich derWerkzeugbereitstellung,Austaktung von Montagelinien,Optimierung der Werkstätten und Standortplanung,Optimierung der Arbeitsplätze sowie deseffektiven und effizienten Ressourceneinsatz.Unter anderem unterscheiden sich die beiden Begriffe auch durch den Faktor „Zeit“. „DigitalesEngineering“ bezieht sich in der Regel auf das statische Abbild der Produkte und Prozesse.„Virtuelles Engineering“ entspricht der zeitlichen Erweiterung, um ein (dynamisches) Verhaltenvorhersagen zu können.28

Durch die zunehmend automatische Erfassung von Daten ist ein rasantes Anwachsen vonDatenbeständen zu beobachten. In fast allen Unternehmens- sowie Wissenschaftsbereichenwerden bereits Unmengen an Daten erzeugt, deren Größe die Fähigkeiten gängigerDatenbanksoftwareprodukte zur Erfassung, zum Speichern, zum Verwalten und insbesonderezur Analyse übersteigt [BMWi2012]. In der Regel wird die gespeicherte Datenmenge für eineeventuelle, spätere Verarbeitung weder gefiltert noch bereinigt, sondern als„Rohdaten“ aufbewahrt. Für sich genommen sind diese Daten wertlos. Sie können allerdingsbedeutsame Informationen beinhalten. [KKE2010] legen dar, dass mit Hilfe des VisualAnalytics-Ansatzes eine Datenmenge elektronisch analysiert werden kann, wobei der Menschstets Einfluss auf die automatisch generierten Ergebnisse haben soll. Durch geeigneteinteraktive Visualisierungen wird es dem Menschen möglich sein, den Analyseprozess beliebigzu lenken. Im Gegensatz zur reinen Informationsvisualisierung werden dem Menschen damitnicht nur Resultate präsentiert, sondern darüber hinaus wird ihm die methodischeUnterstützung gegeben, in die Analyse einzugreifen und die Algorithmen zu beeinflussen.Beispielsweise werden im GSaME-Forschungsprojekt „Visuelle Analysetechniken für dasDigitale und Virtuelle Engineering“ des Cluster B Methoden der Visual Analytics genutzt, umdie kurzfristige Layoutplanung in einem interaktiven, automatisch unterstütztenPlanungsprozess zu verbessern.Die unten stehende Abbildung beschreibt die Suche nach einem geeigneten Prozess-Layoutfür ein flexibles Fertigungssystem.Abb. 10: Vorgehensweise zur Identifizierung eines geeigneten LayoutsDie dargestellte Vorgehensweise besteht darin, dass für ein vom Planer entworfenes Layout("Messpunkt") durch Simulation eine differenzierte Bewertung erstellt wird ("Auswertung",einerseits durch Kennzahlen, andererseits durch eine interaktive Darstellung des simuliertenAblaufs). Die Bewertungen verschiedener Layouts lassen sich anhand unterschiedlicherKriterien visuell vergleichen ("Visualisierung"). Dies verbessert das Verständnis des Planersfür die diversen Vor- und Nachteile unterschiedlicher Lösungsansätze ("Wissen") undermöglicht es ihm, seine Planung zu verfeinern (Fortsetzung des Zyklus).Der Zyklus endet, wenn eine zufriedenstellende Lösung gefunden oder festgestellt wird, dassdie gegebenen Rahmenbedingungen und Anforderungen keine zufriedenstellende Lösung29

zulassen. Dies stellt dann jeweils das Ergebnis des Planungsprozesses dar (siehe auch dieKurzfassung im Jahresbericht von Michael Wörner und Prof. Thomas Ertl).Ein weiteres Beispiel sich in Arbeit befindlicher Forschungen betrifft das Thema„IT-Integration verteilter Wertschöpfungsnetzwerke – Der Einfluss des automatisiertenLernens und verschiedener Marktkoordinationsmechanismen auf das Handeln vonGeschäftsagenten“ (siehe auch Zusammenfassung von Alexander Walz).„Ein Agent agiert“. - Von Computeragenten sind jedoch weitere Attribute zu erwarten, die sievon ‚Programmen' unterscheiden, wie beispielsweise die selbständige Steuerung, dieWahrnehmung ihrer Umgebung, Persistenz über einen längeren Zeitraum, Anpassungen anÄnderungen und die Möglichkeit, die Ziele eines anderen weiterzuverfolgen“ [RN2003]. EinAgent verfügt über folgenden Eigenschaften:EigenschaftReaktivAutonomZielorientiertKontinuierlichKommunikativLernendMobilFlexibelPersönlichkeitErklärungAgenteneigenschaften aus [LC2008]Der Agent reagiert auf seine Umwelt und reagiertEr übt über seine eigenen Aktionen die Kontrolle aus.Reagiert nicht nur einfach auf die Umwelt sondern die Aktivitäten sind aufein Ziel ausgerichtet.Der Agent ist ein kontinuierlich laufender Prozess.Er kommuniziert mit anderen Agenten oder seinen Auftraggebern.Passt sein Verhalten auf Grundlage seiner gemachten Erfahrungen an.Bedeutet, dass sich ein Agent auf eine andere Maschine transportierenkann.Die Aktionen sind nicht im Vorhinein fertig programmiert.Agenten, die direkt in Kontakt mit Menschen treten und für die einmenschliches Auftreten erwünscht ist sollten diese Eigenschaft haben.Agenten beobachten ihre Umgebung mit Hilfe von Sensoren und interagieren mit dieser mitHilfe von Aktuatoren. Es gibt verschiedene Agentenarten: Die simpelste ist die des einfachenReflex-Agenten, der seine Entscheidung nur auf die aktuelle Situation bezieht und dieVergangenheit ignoriert. Der nächst komplexere Agententyp ist der des modellbasiertenReflex-Agenten, der einen Teil seiner Umgebung, die er aktuell nicht beobachten kann, alsinternen Zustand führt. Der zielbasierte Agent ist sehr viel flexibler als die bisher betrachtetenAgentenarten, weil man nicht mehr alle Regeln ändern muss, sondern lediglich das Ziel desAgenten ändert, um eine Verhaltensänderung herbeizuführen. Das Konzept desnutzenbasierten Agenten ermöglicht darüber hinaus auch den Grad der Zielerreichungabzustufen anstatt nur eine ja / nein-Entscheidung zu treffen.30

Abb. 11: Die in den Simulationen verwendete Supply Chain (a) und deren schematisierte Darstellung (b)In den Simulationen wird eine fünfstufige Wertschöpfungskette betrachtet, an deren Anfangzehn Supplier-Agenten und an deren Ende zehn Branchen Agenten stehen. In der Mittebefinden sich auf jeder der drei Stufen jeweils zehn Agenten vom Typ Deposit. In derSimulation soll ein Computer, bestehend aus dem Rohstoff Silicium, über die Chips, die dererste Deposit-Agent erzeugt, produziert werden. Alle Deposit-Agenten auf der zweiten Stufekaufen Chips ein und fertigen daraus Prozessoren, die sie wiederum verkaufen an einenDeposit-Agenten, der u. a. aus den Prozessoren fertige Computer herstellt und sie denKonsumenten zum Kauf anbietet. Dazu wurden die Agenten - verkürzt dargestellt - wie folgtimplementiert.Abb.12: Der Agentenzyklus mit den evolutionären Lernverfahren und der Interaktion mit andern AgentenLinks in der Abbildung sind alle Agenten in der Simulation und eine Agentengruppe dargestellt.Diese Gruppe tauscht Informationen, vergleichbar in der realen Welt z. B. mitBörsenmitteilungen, mit dem rechts wiedergegebenen vergrößerten Agenten aus. Dessen31

interner Ablauf wird dargestellt, d. h. sein Verhalten, vom Start, über die Vorbereitung zuVerhandlungen, das Verhandeln selbst sowie die Bewertung der Verhandlung und schließlichder Übergang, um aus den gewonnenen Erfahrungen zu lernen. Zum Lernen verwendet derAgent einen evolutionären Algorithmus der generisch aus verschiedenen implementiertenMethoden für jede Phase des genetischen Algorithmus in den Simulationen zusammengestelltwird. Zunächst wählt der Agent die Genotypen, die sein Verhalten beschreiben aus derPopulation anhand der berechneten Fitness aus, danach generiert er mit Hilfe derRekombination aus mehreren Genotypen neue, die er mutieren kann, um zusätzlichesVerhalten zu erzeugen. Abschließend ersetzt er die Sammlung seines alten bekanntenVerhaltens ganz oder teilweise durch die so generierten neuen Pool aus.Die Simulationsergebnisse zeigen [RW2012], dass es entscheidend ist, wie die Agentenlernen und dass mit Hilfe des Lernens, die Agenten nicht nur bessere Ergebnisse in dergleichen Umgebung erzielen können, sondern dass sie auch besser in der Lage sind, sichpermanent an neue Situationen dynamisch anzupassen und dies alles mit sehr wenig biskeiner Interaktion mit dem Menschen. Dieses automatische Handeln kann dieBeschaffungskosten gerade für Standardgüter reduzieren. Derzeit werden bilateraleVerhandlungen und verschiedene Formen von Auktionen (Englische, Holländische, Erstpreis,Vickrey) simuliert und die Ergebnisse ausgewertet.Die im Cluster B laufenden Forschungs- und Promotionsarbeiten sind bezogen auf dieThemenstellungen ebenso wie im Cluster A dem Stuttgarter Unternehmensmodell zuzuordnen(Bild 4.4).Abb. 13: Aktualisierte Zuordnungsstruktur der Promovierenden (Forschungsarbeiten) zu den Skalen desStuttgarter UnternehmensmodellsDie Zuordnung der Forschungsarbeiten „Visuelle Analysetechniken für das digitale undvirtuelle Engineering“ (Wörner) deutet an, dass sich eine Alternative zu einer vergleichsweise32

langfristigen PPS insofern ableiten lässt, als auch mit visuellen Werkzeugen die gewünschteFlexibilität zukünftiger Produktionssysteme erschlossen werden kann. In diesem Kontextkönnen hinsichtlich der häufig zu erfüllenden Auftragsbedingungen - kleine Losgrößen, großeVariantenvielfalt und dynamische Auftragslage - kontinuierliche Anpassungen mitvergleichsweise kurzen Reaktionszeiten realisiert werden.Literatur:[OA2009] Ovtcharova, J.; Awad, R.: Virtual Engineering I. Vorlesung 23,Zusammenfassung, IMI, Universität Karlsruhe, Karlsruhe, 2009[BMWi2012] BMWi: Monitoring-Report Digitale Wirtschaft 2012. Kriechbaumer: Taufkirchen2012[KKE2010][RN2003][LC2008][RW2012]Keim, D.; Kohlhammer, J.; Ellis, G.-P.; Mansmann, F.: Mastering TheInformation Age - Solving Problems with Visual Analytics. Eurographics, 2010Russell, S.; Norvig, P.: Künstliche Intelligenz - Ein moderner Ansatz. PearsonStudium, 2003Lämmel, U.; Cleve, J.: Künstliche Intelligenz. Hanser: Kompetenz gewinnt2008Russ, C.; Walz, A.: MACSIMA: An Agent Framework for Simulating theEvolution of Negotiation Strategies in B2B-Networked Economies. In: Agent-Based Technologies and Applications for Enterprise InteroperabilityInternational Workshops ATOP 2009, Budapest, Hungary, May 12, 2009, andATOP 2010, Toronto, ON, Canada, May 10, 2010, Revised Selected Papers,Klaus Fischer, Jörg P. Müller und Renato Levy 2012Entwicklung des Cluster BIm Berichtszeitraum wurden im Cluster B zwei Doktorandinnen und 11 Doktoranden betreut.Bezüglich der Finanzierung ergibt sich folgende Verteilung: Zwei DFG-Doktorandinnen, dreiDFG-Doktoranden, 5 Industrie-Doktoranden und drei Fraunhofer-Doktoranden. ZweiDoktoranden (Hahn, Traut) starteten ihr Forschungsprojekt 2012.Ohne Abschluss ist Sema Zor (B7) ausgeschieden.Perspektiven für weitere ForschungsarbeitenMit Blick auf die weiteren Entwicklungen des Virtuellen und Digitalen Engineering werdenzukünftig folgende Themen einen hohen Stellenwert einnehmen: Datensicherheit, tatsächlicheKosten der Informations- und Kommunikationssysteme (IKT), intelligente Schließung derLücke zwischen den virtuellen, digitalen und realen Welten sowie die Überwindungbürokratischer Hindernisse. Dabei erfordert das Engineering in einer sich ständigausweitenden digitalen Umwelt neuartige Zugänge zur Wissensverarbeitung und situativenWissensanwendung. Die Einbeziehung von „Soft Machines“ eröffnet dem Engineering imVergleich zur derzeitigen Nutzung konventioneller Software eine weitergehende Unterstützungbei den betrieblichen Aufgabenerfüllungen, indem Ungenauigkeiten, Unsicherheiten,Näherungen usw. bei der Planung, Durchführung und Überwachung mit berücksichtig werden33

können. Damit erhöht sich insgesamt die konzeptionelle Intelligenz, die u.a. methodisch durchdas Einbringen von Fuzzy Systems, Neural Networks, Evolutionary Computation, MachineLearning und Probabilistic Reasoning repräsentiert wird. D. h. durch den Einsatz dieserMethoden/Werkzeuge wird der Ingenieur erst in die Lage versetzt, neue Aufgaben andersanzugehen bzw. bekannte Aufgaben effektiver und effizienter zu bearbeiten. - „EngineeringApps“ bieten des Weiteren nicht zuletzt aufgrund der Mobilität umfangreiches Wissen situativvor Ort an, was zur Beschleunigung und Fundierung hinsichtlich der notwendigenEntscheidungsprozesse führt. Beispielweise können die Apps Normen und VDI-Richtlinien,technische Formeln (Dubbel usw.), Simulationen und Statistiken im Bedarfsfall unmittelbarbereitstellen. In Abbildung 14 werden grob einige Wirkungslinien skizziert, die erahnen lassen,wie zukünftig Produkte, Prozesse und Fabriken mit neuartigen digitalen Methoden undWerkzeugen von Menschen anders gestaltet und betrieben werden können.Abb. 14:Produktion im digitalen ZeitalterZusammenfassung des Forschungsstandes des ClustersThemen Gesamt DFG Industrie / FhGlaufende 11 5 6offene 1 134

Tabelle mit Übersicht der aktuellen Forschungsthemen des ClustersNr. Forschungsthema Status* Doktorand/in Finanzierung ErstbetreuerB1B2B3B4B6B7B9B10B11B12B14B15B16B17B18Einfluss vonDämpfungsparametern inSimulationsmodellenIT-Integration verteilterWertschöpfungsnetzwerkeGanzheitliche skalierbareFabrikmodellierungUntersuchung derPartikelabscheidung in derwandnahen Grenzschichtbei elektrostatischunterstütztenBeschichtungsprozessenVirtuelle Produktentwicklungam Beispieleines mechatronischenAntriebssystemsProzessmodellierung und-überwachung inEngineering UmgebungenProduct-Lifecycle-Management für einenMotorenherstellerVisuelle Analysetechnikenfür das digitale und virtuelleEngineeringKonfigurationssysteme fürFabriken und ProzesseMechatronische Objekte alsganzheitliche EngineeringGrundlageUmformverhalten modernerLeichtbauwerkstoffe unterbesondererBerücksichtigung derFormänderungsgrenzenKonstruktionsprinzipien zurReduzierung derWerkzeugvielfalt und derkonstruktionsbedingtenFertigungszeiten in derAutomobilfertigmontageGanzheitliche skalierbareFabrikmodellierungOptimizing embossing ofpleated filters by fluidstructure-simulationofvirtual prototypesVirtual prototyping of nextoil and fuel filter media byenhanced particle modelingBearbeitung Matthias Reuß DFG Prof. VerlBearbeitungBearbeitungAlexanderWalzMichaelNeumannDFGFraunhofer IPABearbeitung Bo Shen Fraunhofer IPAProf.HerzwurmProf.WestkämperProf.Westkämperstandby Wittenstein AG Prof. VerlFinalisierungBearbeitungBearbeitungBearbeitungBearbeitungBearbeitungBearbeitungMTU-FriedrichshafenAusgeschriebenBearbeitungBearbeitungSemaZorKristoferKolbMichaelWörnerMartinLandherrGernotFrankMarie-LouiseFlörchingerFabianRusitschkaAlexanderTrautFriedemann, J.HahnDFGDFGFraunhofer IPASIEMENS AGDFGAUDI AGFraunhofer IPAMann +Hummel GmbHMann +Hummel GmbHProf.LeymannProf.WestkämperProf. ErtlProf.WestkämperProf.WestkämperProf. LiewaldProf. BinzProf.WestkämperProf.WestkämperProf.Westkämper35

Forschungsstand ausgewählter Projekte in Cluster BThemaB14: Umformverhalten moderner Leichtbauwerkstoffe unterbesonderer Berücksichtigung der FormänderungsgrenzenDoktorandin:Thesis Committee:Projektbeginn: 01.03.2011E-Mail:Dipl.-Ing. (FH) Marie-Louise FlörchingerProf. Dr.-Ing. Mathias Liewald MBA (IFU)Prof. Dr. rer. nat. Siegfried Schmauder (IMWF)marie-louise.floerchinger@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassungMehr Sicherheit für Verkehrsteilnehmer und das Einsparen von Energie sowohl während derHerstellung als auch im Gebrauch von Automobilen stellen derzeit hoch aktuelle Themen inder Automobilindustrie dar. Effizienter Leichtbau ermöglicht durch eine konsequenteKombination von Stoff-, Form-, Fertigungs- und Konzeptleichtbau die Entwicklung vonProdukten mit geringerem Energie- und Rohstoffaufwand bei gleichzeitig verbessertenSicherheitsaspekten.Die Applikation von Leichtbauwerkstoffen, wie zum Beispiel höher- und hochfestenAluminiumlegierungen, rückt hierbei im Bereich des Karosseriebaus immer stärker in denVordergrund. Abnehmende Wanddicken und komplizierte Designs bei gleichzeitig höherenFestigkeitskennwerten sind nur zwei der Herausforderungen, die sich im Zuge dessen fürProduktionsverfahren der Umformtechnik stellen.Um die Umformbarkeit von Blechwerkstoffen zu beurteilen, werden in der Industrie und in derForschung unterschiedliche Werkstoffcharakterisierungsmethoden angewandt. Neben demklassischen Zugversuch und der Ermittlung der Grenzformänderungskurve werden weiterhinspezielle Versuchsanordnungen, welche die während der spezifischen Fertigungsverfahrenauf das Bauteil aufgebrachten Belastungen abbilden, angewandt. DieGrenzformänderungskurve, die die Werte von Haupt- und Nebenformänderung zum Zeitpunktdes Einschnürbeginns in einem einfachen und praxisorientierten Diagramm darstellt, hat sichals Werkzeug bei simulativen Auslegungen im Bereich der Karosserieentwicklung etabliert.Derzeit weit verbreitete Versuchsanordnungen zur Ermittlung von Formänderungsgrenzenbilden den im realen Bauteil auftretenden Spannungs- Dehnungszustand aufgrundunterschiedlicher Instationaritäten nicht hinreichend ab. Zur realitätsnäheren Abbildung desWerkstoffversagens soll in dieser Arbeit mit Hilfe innovativer Versuchsmethoden der Einflussdes Spannungszustands auf das Formänderungsverhalten von Aluminium-Blechwerkstoffenuntersucht werden.36

ThemaB12: Mechatronische Objekte als ganzheitliche EngineeringGrundlageDoktorand:Dipl.-Ing. Gernot FrankThesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper (GSaME)Prof. Dr.-Ing. habil. Bernhard Mitschang (IPVS)Projektbeginn: 01.11.2009E-Mail:gernot.frank@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassungKürzere Produktlebenszyklen führen aufgrund der Produktionsanpassungen auch imMaschinen- und Anlagenbau zur Forderung nach Reduktion von Entwicklungszeiten.Sondermaschinen zeichnen sich durch die Automatisierung speziell auf das Produktausgerichteter Produktionstechnologien aus. Dies führt auf einen äußerst kundenindividuellenAufbau der Maschine und sehr häufig zur Stückzahl eins. Neben diesen Eigenschaften führtdas Unwissen der beteiligten Entwickler über bereits bestehende Lösungen zu einem äußerstniedrigen Wiederverwendungsgrad von existierenden Modulen. Hinzu kommt derzeit einsequentieller Entwicklungsprozess, beginnend bei der mechanischen Konstruktion,weiterführend in der elektrischen Abteilung und abschließend durch die SPS-Programmierungin der Automatisierung. All diese Disziplinen arbeiten mit speziell auf ihre Aufgabenabgestimmten Softwaretools, wie MCAD, ECAD oder SPS-Programmierumgebung.Ziel des Forschungsobjekts ist die Reduktion von Entwicklungszeiten, indem neu zuentwickelnde Lösungen parallel in allen Disziplinen so erarbeitet und beschrieben werden,dass diese ihrerseits wieder direkt als mechatronische Module und Komponenten in einemnächsten Projekt wiederverwendet werden können. Basis bildet eine, auf die obengenanntenBedürfnisse angepasste Entwicklungsmethode, inklusive der Beschreibungsmittel dereinzelnen Phasen.Darauf aufbauend wurde eine Architektur mechatronischer Objekte auf Basis semantischerDatenbeschreibungen entworfen und prototypisch umgesetzt, welche die genanntenAnforderungen erfüllt.ThemaB9: Product-Lifecycle-Management für einen MotorenherstellerDoktorand:Dipl.-Ing. Kristofer KolbThesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper (GSaME)Prof. Dr.-Ing. Dieter Spath (IAT)Projektbeginn: 01.04.2009E-Mail:kristofer.kolb@gsame.uni-stuttgart.de37

ZusammenfassungUnterstützung von frühen Phasen der Produktentstehung durch Methoden des ProductLifecycle ManagementsVor dem Hintergrund neuer Produktionsstandorte weltweit, Global Sourcing sowie dem Aufbaueiner globalen Produktentwicklung ist ein weltweit durchgängiger PLM-Ansatz zu definieren.Speziell im Bereich der Produktentstehung stehen global agierende Unternehmen vor großenHerausforderungen hinsichtlich der Produkt- und Prozesskomplexität. Deshalb soll im Rahmendieser Arbeit aufgezeigt werden, wie durch die Anwendung von Methoden des ProductLifecycle Managements, Bereiche des Produktentstehungsprozesses optimiert werdenkönnen.In einem ersten Schritt wurden die entscheidenden Geschäftsprozesse identifiziert undanalysiert. Anschließend wurden die Lücken zwischen den einzelnen Prozessschrittenidentifiziert. Ausgehend von den identifizierten Lücken wurden beispielhafte Konzepte für dasStücklistenmanagement und das Projektcontrolling entwickelt, die der Optimierung im Rahmender Produktentstehung dienen sollen.Der ausstehende Abschluss der Arbeit soll durch die Abbildung bzw. Integration der einzelnenUse Cases in ein Gesamtkonzept erbracht werden.Thema B18: Virtual Prototyping von zukünftigen Öl- undKraftstofffiltermedien mittels verbesserter Modelle für diePartikelabscheidungDoktorand:M. Sc. Friedemann J. HahnThesis Committee: Prof. Dr.-Ing. habil. Manfred PiescheProf. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper (GSaME)Projektbeginn: 01.04.2012E-Mail:friedemann.hahn@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassungMittels simulationsgestützter Optimierung virtueller Materialprototypen ist es möglich, moderneFiltermaterialien gezielt zur Erfüllung bestimmter Anforderungen zu entwerfen. Zu diesemZweck ist es jedoch zwingend notwendig, die Schmutzabscheideleistung einer gegebenenMaterialstruktur präzise vorhersagen zu können. Die größte Herausforderung besteht hierbeiin der Berechnung der Wechselwirkungen zwischen Filtermaterial und den abzuscheidendenSchmutzteilchen, deren Komplexität aus einer Vielzahl physikalischer Einflüsse resultiert.Ziel des Forschungsprojekts ist die Entwicklung eines Simulationsmodells, mithilfe dessenFiltrationsvorgänge physikalisch akkurat und bei vertretbaren Rechenzeiten abgebildetwerden können. Da die Größe realer Anwendungsfälle keine direkte Simulation vonAbscheidungsvorgängen erlaubt, sollen diese zunächst in einem mikroskaligen Detailmodelldargestellt und untersucht werden. Dies ermöglicht ein fundiertes Verständnis dereinflussreichsten Phänomene und schafft die notwendige Voraussetzung für derenÜbertragung auf größere Systeme mittels geeigneter Modellansätze.38

Zur Validierung der entwickelten Methodik sollen Simulationen unter denselbenRandbedingungen durchgeführt werden, wie sie auch bei experimentellen Untersuchungen anrealen Materialproben vorliegen. Die Ergebnisse aus Experiment und Simulation werdengegenübergestellt und quantitativ verglichen.ThemaB11: Konfigurationssysteme für Fabriken und ProzesseDoktorand:Dipl.-Ing. Martin LandherrThesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper (GSaME)Prof. Dr.-Ing. habil. Bernhard Mitschang (IPVS)Projektbeginn: 01.04.2010E-Mail:martin.landherr@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassungKonfiguration technischer Prozesse auf Basis intelligenter WissensmodellierungIn Zeiten zunehmender Globalisierung und Individualisierung steigt der Druck aufproduzierende Unternehmen, mit steigenden Produktvariantenzahlen und kürzerenProduktlebenszyklen umzugehen. Die effiziente Planung angepasster oder neuerHerstellungsprozesse für neue Produkte oder Produktvarianten gilt dabei als Schlüsselfaktorzur Sicherung der Wettbewerbsfähigkeit. Da es sich bei der Planung und Optimierungtechnischer Prozesse um eine wissensintensive und kreative Tätigkeit handelt, ist es einebesondere Herausforderung, diese Aktivitäten durch digitale Werkzeuge zu unterstützen.Ziel des Forschungsprojekts ist es, die Planung und Optimierung technischer Prozesse durchdie konfigurationsgestützte Erzeugung valider Lösungsvorschläge zu unterstützen. Dafürwerden neueste Technologien aus dem Bereich der Informationsmodellierung auf dieentsprechenden Anforderungen hin untersucht und angepasst. Mit Hilfe einer zuentwickelnden ontologiebasierten Informationsbasis und Algorithmen zur Generierunglogischer Schlüsse aus dieser Informationsbasis soll eine schnelle und einfache Planungverschiedener Varianten zur Herstellung eines speziellen Produkts unterstützt werden. Diesekönnen anschließend auf ihre technische Eignung und Wirtschaftlichkeit untersucht werden.ThemaB3: Ganzheitliche skalierbare FabrikmodellierungDoktorand:Thesis Commitee:Projektbeginn: 01.02.2010E-Mail:Dipl.-Ing. Michael NeumannProf. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper (GSaME)Prof. Dr.-Ing. habil. Bernhard Mitschang (IPVS)michael.neumann@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassungMethode zur multi-skalierbaren Modellierung und Simulation von Produktionssystemen39

Die Anforderungen an heutige Unternehmen sind durch immer kürzere Produktlebenszyklen,erhöhte Variantenvielfalt, turbulentere Märkte und einer effizienten Integration vonTechnologien geprägt. Des Weiteren sind Anforderungen wie der stärker werdende Wunschder Kunden nach individuellen und nachhaltigen Produkten sowie einer nachhaltigenProduktion zu berücksichtigen, die sich auf die Fabrikstrukturen der Unternehmen auswirken.Diese führen zu einer steigenden Anzahl von Anpassung der Produktionssysteme und derablaufenden Prozesse. Um diesen Herausforderungen zu begegnen, muss ein hohes Maß anFlexibilität und Wandlungsfähigkeit hinsichtlich der Fabriken und Produktionssysteme einesUnternehmens gewährleistet werden. Dies erfordert gleichermaßen flexible Planungsprozesseund Methoden sowie Werkzeuge, um Produktionssysteme entsprechend schnell und effizientanpassen und ständig optimieren zu können. Das heutige Bild von Produktionssystemen istallerdings von gewachsenen Strukturen geprägt, welche die Komplexität und Vielfältigkeitenorm ansteigen lassen.Ziel des Forschungsprojekts ist die Entwicklung einer Methode zur effizienten undsituationsbasierten Modellierung des IST-Zustands eines Produktionssystems basierend aufeiner strukturierten Vorgehensweise und einer Ressourcenbibliothek, um eine kontinuierlicheOptimierung bzw. Neuplanung auf Basis von hinterlegtem Wissen und Wirkbeziehungen zuermöglichen sowie Szenarioanalysen und Optimierung durch Simulationen durchführen zukönnen. Die Entwicklung einer Methode zur mehrskaligen Modellierung und Simulation vonProduktionssystemen kann dabei als Grundlage dienen, eine wissensbasierte, effizienteModellierung des aktuellen Produktionssystems in all seinen Skalen zu ermöglichen. DieseMethode basiert auf fünf Bausteinen:„Basismodell Produktionssystem“„Ressourcenbibliothek“,„Modellierungssprache“,„Modellierungsvorgehen“ und„Optimierung“.Das Basismodell „Produktionssystem“ enthält dabei zu jeder Skala der Produktion relevanteFabrikobjekte und deren Wirkbeziehungen untereinander. Dies stellt die Basis zur effizientenModellierung der Produktion dar.ThemaB1: Einfluss von Dämpfungsparametern in SimulationsmodellenDoktorand:Thesis Commitee:Projektbeginn: 01.08.2009E-Mail:Dipl.- Ing. Matthias ReußProf. Dr.-Ing. Alexander Verl (ISW)Prof. Dr.-Ing. Uwe Heisel (IFW)matthias.reuss@gsame.uni-stuttgart.de40

ZusammenfassungZur Verbesserung der Positioniergenauigkeit von Werkzeugmaschinen müssen zuverlässigeModelle zur Kompensation der Reibung vorliegen. Reibung und Dämpfung entstehenhauptsächlich in den Kontaktstellen mechanischer Bauteile und haben einen großen Einflussauf das dynamische Verhalten der Maschinen. Insbesondere bei Vorwschubantrieben mitLinearmotoren, wie sie häufig bei Hoch- und Ultrapräzisionsmaschinen zum Einsatz kommen,sind die Linearführungen Hauptursache für die Reibung.In dieser Arbeit wird anhand der Hertz’schen Kontakttheorie und unter Verwendung eineseinfachen Modells der Reibung das Verhalten innerhalb der einzelnen Kontakte vonWälzkörper und Führung ermittelt und auf das Gesamtverhalten geschlossen. Es werden HaftundGleitbereiche wie auch Relativgeschwindigkeiten im Kontakt bestimmt. Damit kann dieReibung einschließlich ihres Hysteresecharakters und ihrer Haft- und Gleitanteile bestimmtwerden.Ziel des Forschungsprojekts ist ein Konzept zur Bestimmung des Reibverhaltens vonLinearführungen. Damit soll ein Ansatz zur Kompensation von reibungsbedingtenBahnabweichungen bei Werkzeugmaschinen entwickelt werden. Dies führt zu einer Erhöhungder Bearbeitungsgenauigkeit und damit zu einer Reduktion der notwendigen Nacharbeit, alsozu einer Steigerung der Produktivität und Wertschöpfung.Im zweiten Halbjahr fand ein Forschungsaufenthalt bei Professor Matsubara an der KyotoUniversity statt, bei dem ein Modell für das Stick-Slip Verhalten einzelner Wälzkörperweiterentwickelt wurde.ThemaB15: Konstruktionsprinzipien zur Reduzierung derWerkzeugvielfalt und konstruktionsbedingten Fertigungszeitenin der AutomobilfertigmontageDoktorand:Dipl.-Ing. Fabian RusitschkaThesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Hansgeorg Binz (IKTD)Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper (GSaME)Projektbeginn: 01.02.2010E-Mail:fabian.rusitschka@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassungGlobale Trends wie Individualisierung und Differenzierung führen im Bereich derAutomobilindustrie zu einer stark zunehmenden Anzahl von Derivaten undAusstattungsvarianten. Diese erhöhen die Komplexität der Fertigmontage deutlich. Symptomdessen ist die Vielfalt unterschiedlicher Werkzeuge an den einzelnen Arbeitsplätzen. Dieseverursachen neben Investitions- und Instanthaltungsaufwendungen eine Erhöhung derFertigungszeit sowie die Verringerung der Prozesssicherheit.Im Rahmen der Arbeit werden Konstruktionsprinzipien beschrieben, welche es ermöglichen,die Montageverbindungen zukünftige Produkte im Hinblick auf beschriebene Aspekte optimalzu gestalten.41

Ausgehend von der Analyse des aktuellen Produktprogramms werden standardisierteMontageprozessgrößen entwickelt. Diese dienen als Basis für die Formulierung derKonstruktionsprinzipien. Der Transfer bzw. die Verankerung dieser in dieKonstruktionsumgebung der Entwickler baut darauf auf und sichert die Berücksichtigung derKonstruktionsprinzipien.ThemaB4: Untersuchung der Partikelabscheidung in der wandnahenGrenzschicht bei elektrostatisch unterstütztenBeschichtungsprozessenDoktorand:Dipl.-Ing. Bo ShenThesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper (GSaME)Prof. Dr. Dr. h. c. Rainer Gadow (IFKB)Projektbeginn: 01.11.2011E-Mail:bo.shen@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassungUntersuchungen zum Zerstäuben und Tropfentransport in SpritzlackierprozessenDie Vorhersage und das Verständnis über die Zerstäubung, Tropfentransport, Verdampfung,Tropfenkoaleszenz sowie über die Gesamtmodellierung von Sprühsystemen sind von großerBedeutung für den Beschichtungsvorgang durch Spritzlackierung mit Flüssigkeitstropfen. DasZiel der Arbeit ist es, Spritzlackierprozesse sowie -systeme mit Hilfe numerischer Methodenzu optimieren, um damit die zunehmenden Anforderungen an eine hohe Beschichtungsqualitätz. B. in der Automobilindustrie zu erfüllen. Die numerische Simulation von Prozessen sowiedie hierdurch erzielte Produktqualität ist eines der großen Zukunftsfelder der digitalen undvirtuellen Produktion. Mit detaillierten Prozesssimulationen können für die unterschiedlichenAnsprüche an die Lackierqualität die jeweiligen konkreten Prozessparameter vorhergesagtwerden.Nach der Beschaffung der Grundkenntnisse im Bereich Spritzlackierung wurdenexperimentelle Untersuchungen durchgeführt. Dazu gehörten Partikelgrößenmessungen,LDA-Messungen, mit denen die Geschwindigkeiten der Lackpartikel bestimmt wurden, sowieLackschichtdickenmessungen. Dabei wurde das Airless-Sprühsystem zur Untersuchungeingesetzt. Mit den durch die Experimente erhaltenen Informationen können nicht nurRandbedingungen für die weiteren numerischen Untersuchungen bestimmt, sondern auchderen Ergebnisse validiert werden. Anschließend wurde der Transport der Lackpartikel mitHilfe eines CFD-Programms simuliert.Als nächster Schritt sollen numerische Untersuchungen zur Lackzerstäubung durchgeführtwerden. Durch die Untersuchungen in der benötigten Genauigkeit wird man einDetailverständnis über den Zerstäubungsvorgang erwerben. Damit wird eine virtuell optimierteDüsenentwicklung möglich sein.42

ThemaB17: Optimierung der Prägung von gefalteten Filtermedien durchFluid-Struktur Simulationen an Hand virtueller PrototypenDoktorand:M. Sc. Alexander TrautThesis Committee: Prof. Dr.-Ing. habil. Manfred Piesche (ITV)Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper (GSaME)Projektbeginn: 01.04.2012E-Mail:alexander.traut@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassungÖlfilter verhindern ein vorzeitiges Verschleißen bzw. eine Beschädigung derMotorenkomponenten durch Partikel. Der Filtrationsprozess trägt jedoch zur Reduzierung derEnergieeffizienz des Motors bei. Diese Tatsache steht im Konflikt mit neuenEmissionsgesetzen, welche einen geringeren Verbrauch und einen verminderten CO 2-Ausstoß fordern. Zukünftige Filterelemente müssen neben einem strömungsoptimiertenDesign auch ausreichend Stabilität unter verschiedensten Betriebsbedingungen undsteigenden Belastungen garantieren. Hierfür werden neue Filtermaterialien undPrägestrukturen entwickelt. Durch die Prägung des Filterpapiers können Deformationen dereinzelnen Falten minimiert und somit ein zusätzlicher Druckverlust über dem Filterelementverringert werden. Die Wechselwirkung zwischen der Strukturverformung und der Strömungwird jedoch bisher auf Grund von fehlenden Modellen in der Simulation vernachlässigt.Ziel des Forschungsprojekts ist die Entwicklung einer Simulationsmethode, die es ermöglicht,die Fluid-Strukturwechselwirkungen bei der Durchströmung von Ölfiltern simulativ abzubilden.Dazu sollen auf Basis eines vereinfachten Filtermodells notwendige Submodelle bezüglich desMaterialverhaltens, der Randbedingungen am porösen Medium und zur Handhabung derFluid-Struktur Wechselwirkung mit porösen Strukturen evaluiert werden. Eine Erweiterung derSimulationsmethode durch einen Algorithmus zur Beladung des Filterelements soll eineVorhersage über die Standzeit des Filters ermöglichen und somit zur virtuellen undwissensbasierten Optimierung zukünftiger Filterelemente beitragen.ThemaB2: IT-Integration verteilter WertschöpfungsnetzwerkeDoktorand:Dipl.-Inf. Dipl.-Kfm. Alexander WalzThesis Committee: Prof. Dr. rer. pol. habil. Georg Herzwurm(BWI - Abt. VIII)Prof. Dr. rer. nat. Frank Leymann (IAAS)Projektbeginn: 15.06.200843

ZusammenfassungPersonalkosten übersteigen die potentiellen Ersparnisse in der Beschaffung vonStandardgütern oft um ein Vielfaches. Das Forschungsprojekt untersucht deshalb, wieVerhandlungen und Auktionen über solche wohl definierten Standardgüter automatisch mit derHilfe von auf lernenden Softwareagenten basierenden Informationssystemen innerhalb einerSupply Chain durchgeführt werden können. Lernende Agenten bedeutet, dass die Agenten dieFähigkeit haben aus ihrem Verhalten und den daraus resultierenden Ergebnissen zu lernensowie sich an neue Marktsituationen anzupassen.Ziel des Forschungsprojekts ist es herauszufinden, welche Marktkoordinationsmechanismen(bilaterale Verhandlungen, Auktionen) besonders geeignet sind und mit welchen Methodenaus der künstlichen Intelligenz die Agenten ihr Verhalten am geeignetsten evaluieren undadaptieren können.Dazu wurden Supply Chains mit Hilfe einer dafür entwickelten Software modelliert undMarktsituationen simuliert. Diese Szenarien werden anhand vorher definierter Kennzahlenbeurteilt und verglichen. Der Einfluss der dabei eingesetzten Algorithmen undKoordinationsmechanismen (implementiert wurden neben den bilateralen Verhandlungenauch die vier Grundformen von Auktionen) wurde untersucht. Außerdem kann im Vorhineinsimuliert werden, welche möglichen Ergebnisse eine Verhandlung oder eine Versteigerungerzielen, entsprechend der aktuellen Marktsituation, in der sich die Teilnehmer befinden.Derzeit werden letzte Implementierungsfehler behoben, die sich in den bis jetzt erzieltenErgebnissen offenbart haben, um dann aus validen Simulationsergebnissen Rückschlüsse fürdas zukünftige Handeln in automatischen Verhandlungen ziehen zu können.ThemaB10: Visuelle Analysetechniken für das digitale und virtuelleEngineeringDoktorand:Dipl.-Inf. Michael WörnerThesis Committee: Prof. Dr. rer. nat. Thomas Ertl (VIS),Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper (GSaME)Projektbeginn: 01.04.2008ZusammenfassungVisual Analytics ist eine neue wissenschaftliche Disziplin zwischen Visualisierung, Mensch-Maschine-Interaktion und Datenanalyse. Der Schwerpunkt von Visual Analytics liegt auf derKombination von automatischen Analysemethoden mit hochinteraktiven visuellenSchnittstellen. Mit den Werkzeugen und Methoden der Visual Analytics wird nutzbares Wissenaus bloßen Informationen gewonnen, werden Erkenntnisse aus umfangreichen, dynamischenund oft widersprüchlichen Datenbeständen abgeleitet, zeitnahe und verständlicheEinschätzungen erstellt sowie diese Einschätzungen zur Weitergabe an Entscheideraufbereitet.44

Ziel des Forschungsprojekts ist es, Methoden der Visual Analytics für die erfolgreicheIntegration in die Prozesse des digitalen und virtuellen Engineerings anzupassen und zuerweitern. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Unterstützung der kurzfristigen Layout- undProzessplanung bei flexiblen Fertigungssystemen, um einerseits deren Vorteile bei derflexiblen und variantenreichen Produktion nutzbar und andererseits ihre Komplexitätbeherrschbar zu machen. Hierzu wurde ein System entwickelt, das flexibleFertigungsprozesse durch Simulation bewertet und einen visuellen Vergleich der Ergebnisseermöglicht. Darüber hinaus werden Methoden entwickelt, die sicherstellen, dass die beiumfangreichen Datenmengen unvermeidlich länger werdenden Analysezeiten nicht dieBenutzbarkeit eines Analysesystems einschränken, sondern der Analyst während derDatenverarbeitung weiterhin mit dem System interagieren kann, Fortschrittsberichte erhält undZwischenergebnisse abrufen kann. Die Anwendung dieser Methoden wurde am Beispiel derAnalyse eines umfangreichen Datensatzes aus dem öffentlichen Nahverkehr demonstriert.ThemaB7: Prozessmodellierung und -überwachung in EngineeringUmgebungenDoktorandin:Thesis Committee:Dipl.-Inf. Sema ZorProjektbeginn: 01.04.2008Prof. Dr. rer. nat. Frank Leymann (IAAS)Prof. Dr. rer. pol. habil. Georg Herzwurm(BWI - Abt. VIII)ZusammenfassungIn Produktionsunternehmen werden gegenwärtig Prozesse aus dem Shop Floor und sieunterstützende Prozesse unterschiedlich modelliert. Dies verhindert das effizienteManagement unternehmensweiter Prozesse. Optimierungspotenzial hierfür besteht darin,eine einheitliche und standardisierte Sprache für die Modellierung der Prozesse in einemProduktionsunternehmen einzusetzen.Ziel dieses Forschungsprojekts ist es, einen Ansatz zur Vereinheitlichung derunterschiedlichen Modellierungssprachen zu erarbeiten, welches einen integriertenLebenszyklus der übergreifenden Prozesse ermöglicht. Dabei bildet die Business ProcessModeling and Notation (BPMN) die Grundlage für diese Arbeit, eine durch die ObjectManagement Group (OMG) standardisierte, graphische Modellierungssprache. Diese Sprachewird dahingehend untersucht, ob und wie sie technische Prozesse abbilden kann undentsprechend den Anforderungen aus einer Produktionsumgebung erweitert. Durch dieAnalyse von Produktionsprozessen und ihnen zugrundeliegenden Konzepten gelang es,notwendige bzw. mögliche Erweiterungen für die BPMN-Notation zu identifizieren. Das BPMN-Metamodell wird entsprechend angepasst. Damit die Modellierung von Produktionsprozessenmit den neuen, produktionsspezifischen BPMN-Konstrukten auch werkzeugunterstütztmöglich ist, wurde das webbasierte Open-Source-Modellierungswerkzeug ORYX ebenfallserweitert.Frau Zor ist aus der GSaME ausgeschieden und stellt ihre Promotion berufsbegleitend fertig.45

3.3. Cluster C – Material- und ProzessengineeringClusterdirektor:E-Mail:Prof. Dr. Dr. h. c. Rainer Gadowrainer.gadow@gsame.uni-stuttgart.deIn der Struktur der Fachgebiete innerhalb der GSaME kommt dem Cluster „Material- undProzessengineering“ die Aufgabe zu, Materialverarbeitungs- und -bearbeitungsprozesse undProzessketten bis hin zur kompletten Fertigungszelle zu betrachten und in eine ganzheitlicheProduktionstechnik und Fabrikplanung einzubinden. Im Bereich der Materialverarbeitung sinddabei noch Grundlagenforschungsarbeiten zu leisten, um insbesondere moderneVerbundwerkstoffe, Smart Materials und Schichtverbunde analog zu metallischen Materialienin verketteten Prozessen in-line bearbeiten zu können. Die einzelnen Forschungsgebiete, diein Cluster C bearbeitet werden, sind:▪High-Performance in konventionellen TechnologienZerspanungstechnikUmformtechnikBeschichtungsverfahren (Thermokinetische Beschichtung)Spritzguss▪ Gewinnung von Expertenwissen durch ProzessdatenanalyseOptische ProzessdatenerfassungOnline-Monitoring und Diagnostik von LaserschneidprozessenKorrelationenanalyse direkte/indirekte Prozesskennwerte▪ ProzessmodellierungModellierung von Wärme- und Stoffübergangsprozessen,Strömungsprozessen, Umformvorgängen (Beschichtung, Zerspanung,Umformung, Spritzgießen etc.)▪ Weiterentwicklung von Anwendungsfeldern in Fertigungstechnik undWerkstoffbearbeitungNano- und Mikrosystemtechnik (z. B. Beschichtung mit Carbon Nano-Tubes)Bearbeitung von Verbundwerkstoffen, zerspanend und mit LaserProzessanalyse Spritzgießen von biokeramischen Bauteilen▪ Wechselwirkungen Prozesstechnologie und IndustriepolitikMethoden und Planung von Wissens- und Technologietransfer internationalAls Anwendungsfelder wurden hauptsächlich moderne, komplexe Fertigungsprozessegewählt – beispielsweise Laser-Materialbearbeitung, thermokinetische Beschichtung undSpritzgießen von Bauteilen aus hoch feststoffgefüllten Massen mit nicht-newtonschemrheologischem Verhalten – bei welchen eine wissensbasierte Prozessplanung zurBeherrschung und v. a. auch ökonomische Anwendung der Technologie notwendig ist.46

Entwicklung des Clusters2012 wurde die inhaltliche Weiterentwicklung der Graduiertenschule aufgrund derVorbereitungen auf den Folgeantrag forciert und es wurden neue Schwerpunktthemen für dieZeit ab November 2012 definiert, wobei hinsichtlich der Strategie Kontinuität imForschungsprogramm des Clusters gesichert ist. Anstelle einer Konzentration auf spezielleWerkstoffgruppen mit hoher Wertschöpfung bzw. spezifischen Eigenschaften, werdenzukünftig die Prozesse sowie Fragestellungen der Prozessführung, -überwachung und -regelung für die qualitätssichere Herstellung spezieller Werkstoffe und Bauteile in denMittelpunkt gerückt. Die wissensgetriebene Auslegung und Kontrolle von Prozessen auf allenGrößenskalen durch experimentelle Prozessuntersuchungen, Modellbildung und Simulationsowie Echtzeit-Analytik im Prozess stellt dabei den inhaltlichen Schwerpunkt dar. DieWerkstoffgruppen, die hierbei exemplarisch betrachtet werden, sind in der Übergangszeitähnlich denen in der auslaufenden Förderperiode, mit einem anwendungsgetriebenenSchwerpunkt auf Zukunftsmärkten (Leichtbau, Biomedizin, Mikrotechnik etc.). Weiterhin sollendie Entwicklung neuer Prozesse, nachhaltige, effiziente Prozesse und Technologien für dasRecycling strategischer Rohstoffe betrachtet werden.Zur Verstärkung des Clusters für die Bearbeitung dieser Themen wurden als Mitgliederaufgenommen:▪▪Prof. Dr.-Ing. habil. Manfred Piesche (Mechanische Verfahrenstechnik)Prof. Dr. Heinz Kück (Zeitmesstechnik, Fein- und Mikrotechnik).Neu besetzte Forschungsthemen bis 10/2012:C1: „Erweiterung der Werkstoffeinsatzgrenzen mittels Beschichtungen“seit 01.03.2012: Dipl.-Ing. Venancio Martínez García aus Cartagena, SpanienC25: „Entwicklung einer Methode zur Kopplung der Offline-Generierung vonRobotertrajektorien mit Prozesssimulationen bei der Thermokinetischen Beschichtung“seit 01.05.2012: M.Sc. Mohamed Abdelhalim Abdelhalim Saleh El-horiny aus Kairo,ÄgyptenC26: „Modellbasierte Prozessführung beim Laserstrahlschneiden“seit 01.08.2012: M. Eng. Dipl.-Ing. (FH) Florian Sepp mit der Trumpf GmbHFür das Forschungsthema C14 „Energie- und ressourcenschonende Produktion in derIndustrie“ wird ein Bewerber durch die Hans-Böckler-Stiftung ab 01.11.2012 gefördert.Zusammenfassung des Forschungsstandes des ClustersThemen Gesamt DFG / HBS Industrie / FhGlaufende 12 6 / 2 3Offene/standby 1/3 3 / 1 -abgeschlossene 2 2 -47

Tabelle mit Übersicht der aktuellen Forschungsthemen des ClustersNr. Forschungsthema Status* Doktorand/in Finanzierung ErstbetreuerC1Erweiterung derWerkstoffeinsatzgrenzenmittels BeschichtungenBearbeitungV. Martinez DFG Prof. GadowC2Keramische Nanocompositesund Bauteilefür biomedizinischeAnwendungenBearbeitungMohammedAbou El EzzHans-Böckler-StiftungProf. GadowC3Prozessoptimierung fürSchichtverbundbauteiledurch Simulation vonStrömungsvorgängen beider thermokinetischenBeschichtungAbgeschlossenEsther Dongmo(06/2010)DFGProf. GadowC4Laser-Bearbeitunginnovativer WerkstoffeBearbeitungChristianFreitag(ab 02/2011)DFGProf. GrafC5Werkzeugintegrierteoptische Sensorik zurOnlinemessung vonWerkstücken undBearbeitungswerkzeugenAbgeschlossenDavid Fleischle DFGProf. OstenC7Diagnostik für denLaserschneidprozessFinalisierungDavidSchindhelmTrumpf WerkzeugmaschinenGmbHProf. GrafC8Hochleistungsbearbeitungvon natürlichen undkünstlichenVerbundwerkstoffenBearbeitungTobiasPfeifrothDFGProf. HeiselC9Oberflächenfunktionalisierungdurch Beschichtungmit Carbon NanotubesBearbeitungbis 05/2011,AbbruchZhiyu Fan(bis 05/2011)Fraunhofer IPAProf.SandmaierC10Technologie zurOberflächenmodifikationvon fluidischen SystemenstandbyProf.SandmaierC11Kontinuierliche HerstellungmehrschichtigerKunststoffkartenstandbyAtlantik ZeiserGmbHProf.SandmaierC12Produktionskontrolle beiInk-Jet DruckernstandbyAtlantik ZeiserGmbHProf.SandmaierC14Energie- undressourcenschonendeProduktion in der IndustrieBearbeitungbis 06/2011Fortsetzungab 11/2012ChristianLang(bis 06/2011)Kamran Taheri(ab 11/2012)Hans-Böckler-StiftungProf. GadowC15Technologietransfer undindustrielle Entwicklung inSchwellenländern unterstrukturellem WandelBearbeitungHoussam-EddineBessamHans-Böckler-StiftungProf. Gadow48

Nr. Forschungsthema Status* Doktorand/in Finanzierung ErstbetreuerC17Leichtbauteile auf Basisvon Papierwabenkernenmit thermoplastischenfaserverstärktenDeckschichten für denGroßserieneinsatz imAutomobilbauFinalisierungBennoStampDaimler AGProf.WestkämperC18Remote-Laserschweißenvon AluminiumBearbeitungPeterStrittAudi AGProf. GrafC21Simulation der WirkzoneStrahl-Bauteil fürthermokinetischeBeschichtungsprozessestandby(durch C25ersetzt)DFGProf. GadowC22 AI/ST HybridstrukturenzurückgenommenKlausWurster(bis 12/2011)Daimler AGProf. LiewaldC23Strukturteile DruckgussAluminium – LufthärtendeLegierungen für dieProzesskettenverkürzungbei der Herstellung vonLeichtbau-StrukturteilenzurückgenommenDaimler AGProf. LiewaldC24Charakterisierung vonMagnetspritzgießprozessenBearbeitungMinhNguyenDFGProf.SchinkötheC25Entwicklung einer Methodezur Kopplung der Offline-Generierung vonRobotertrajektorien mitProzesssimulationen beider ThermokinetischenBeschichtungBearbeitungM. A. ElhorinyDFGProf. GadowC26ModellbasierteProzessführung beimLaserstrahlschneidenBearbeitungFlorian SeppTrumpf GmbH& Co. KG* Veränderungen in 2012 sind in der Tabelle fett markiert2012 hat Herr Fleische sein Promotionsprojekt erfolgreich mit der Promotion abgeschlossen.Weitere Forschungsarbeiten sind ausgelaufen. Benno Simon Stamp wechselte zum01.06.2011 in eine Anstellung bei der Daimler AG, die auch Kooperationspartner seinesPromotionsprojektes war.Herr David Schindhelm schied zum 31.05.2012 aus der GSaME aus und wechselte zu seinemProjektpartner Trumpf Werkzeugmaschinen GmbH.Ihre Projekte „Fertigungstechnologien für Verbundwerkstoffe (hier: Papierwaben-Sandwichbauteile) und Methoden zu deren Auslegung und Berechnung“ und „Prozessanalyseund Qualitätsbeurteilung des Laserschweißens anhand von Prozessemissionen“ führtenbislang zu ersten Serienanwendungen von Sandwichbauweisen im Automobilbau, einerPatentanmeldung zum Thema Detektion von Fokuslage und Fokuslagenshift während desLaserschneidprozesses (Schindhelm, David; Trumpf Laser- und Systemtechnik GmbH) sowiezur Förderung eines Gründerprojekts von GSaME-Stipendiaten durch das BMWi im Rahmen49

des EXIST-Programms, welches neue, optische Sensoren zur In-line-Ermittlungqualitätsrelevanter Messdaten bei der Drehbearbeitung zur Marktreife entwickeln wird.Fortschritte in den genannten Schwerpunktthemen lassen sich wie folgt zusammenfassen:▪▪▪Untersuchung von Materialbearbeitungsprozessen und Gewinnung von Prozesswissen:− Fortschritte bei der Analyse und Beurteilung von Laserschneid- und -schweißprozessen durch Grundlagenuntersuchungen in der Analytik, experimentelleUntersuchungen und Modellbildung, sowohl für Stahlblech als auch Aluminium undkohlenstofffaserverstärkten Kunststoff (CFK) (jeweils eigenes Promotionsprojekt fürdiese Werkstoffgruppen, wobei die Schwerpunkte der Arbeiten unterschiedlich sind).Die Übertragung auf anwendungsrelevante Prozesse und Anlagen wird hierbei durchIndustriepartner unterstützt.−Minimierung der Prozesskräfte bei der CFK-Zerspanung durch den Einsatzschwingungsüberlagerter Zerspanung im Ultraschallbereich sowie durch die Ermittlungangepasster Bearbeitungsparameter.Prozess- und Werkstoffmodellierung:−−−−−Arbeiten zur Modellbildung des Laserschweißprozesses an Aluminium wurdenabgeschlossen. Hierdurch lassen sich Rückschlüsse auf Anlagenmodifikationen fürdas Remote- Laserschweißen von Al-Freiformbauteilen (z. B. Karosseriebleche)ziehen.Simulation magnetischer Eigenschaften kunststoffgebundener, spritzgegossenerDauermagnete inklusive Versuchsaufbau zur Prozesskenndatenerfassung undVerifikation von Simulationsergebnissen (Aufbau und Verifikation derMagnetmesstechnik zur Erfassung der Materialdaten von Werkzeugstählen undindirekter Prozessgrößen; Konstruktion eines Spritzgusswerkzeugs mit variothermemKavitätseinsatz und integriertem, magnetischem Richtfeld zur Herstellung vonProbekörpern; Aufbau und Optimierung des Simulationssystems bestehend ausMoldflow und Ansys APDL inklusive Schnittstellen und Handling der Materialdaten).Simulation der Werkstückschädigung bei der spanenden Bearbeitung von CFK durchdas Erstellen eines Dreiphasenmodells (Faser, Matrix und Verbindungselementen)unter Berücksichtigung der Werkzeuggeometrie.Analyse des Umformverhaltens von Papierwaben anhand einer Modellvorstellungsowie durch experimentelle Versuchsreihen. Erstellung analytischerNäherungsfunktionen zur Berechnung quasistatischer Papierwabeneigenschaften.Darstellung eines analytischen und numerischen Ansatzes zur Berechnung derSteifigkeit eines Sandwichverbundes bestehend aus Papierwabenkern undHybridnadelvliesdeckschichten.Erstellung eines Spritzgussmodells (Moldflow) zur Simulation der Formfüllung beimSpritzgießen keramischer Hüftgelenkskugeln. Hierfür kompletteWerkstoffcharakterisierung zur Ermittlung der relevanten Werkstoffkenndaten(insbesondere rheologische Kenndaten der plastischen Masse) und Durchführung vonexperimentellen Formfüllstudien zur Verifizierung der Simulationsergebnisse.Internationaler Wissens- und Technologietransfer:−Durchführung einer Umfrage zur Datensammlung über Technologietransferprojektemit dem Zielland Ägypten50

−Damit erfolgte eine Anpassung der entworfenen Modelle und Weiterentwicklung einerManagement-Methodik für Technologietransferprojekte. Durchführung einesSoftwaredesigns für die praktische Anwendung der entworfenen Modelle im Rahmendes Managements von Technologietransferprojekten.▪Weiterentwicklung von Anwendungsfeldern:−−−−Bearbeitung innovativer Werkstoffe, insbesondere Verbundwerkstoffe: Neben derspanenden Bearbeitung von CFK werden zahlreiche weitere Matrixwerkstoffe undFasertypen untersucht, um die Eignung für die spanende Bearbeitung abzuschätzen.Erprobung und Charakterisierung verschiedener Lasertypen für die CFK-Bearbeitungdurch Laser.Weiterentwicklung keramischer Nanocompositewerkstoffe durch Variation vonProzessparametern der Formfüllung und der Hochtemperaturbehandlung (Entbindern,Sintern) sowie Variation der Zusammensetzung nach einem DoE-Versuchsplan(Basiswerkstoffsystem: ZTA, Zirconia Toughened Alumina). Außerdem Versuche zurIn-Situ-Plateletverstärkung. Charakterisierung der mechanischenWerkstoffeigenschaften: statisch mechanisch und tribologisch (Verschleißverhalten)im Zustand as-sintered und nach unterschiedlich vorangeschrittenenAlterungsversuchen zur Simulation der Langzeitexposition des Bauteils immenschlichen Körper. (Hierfür Konstruktion und Inbetriebnahme einesSpritzgießwerkzeuges für einen keramischen Hüftgelenkskopf mit integriertemHeizkanalsystem).Entwicklung eines integrierten Produktionsprozesses für die Herstellung vonkeramischen Hüftgelenkprothesen durch keramischen Spritzguss (CIM), beginnendmit der Aufbereitung der Rohstoffe über die Formgebung undHochtemperaturbehandlung bis zur Endbearbeitung. Hierbei werden insbesonderealternative Prozesse (zur etablierten Prozessroute) für eine Verbesserung der Qualitätund der Effizienz von Produktion und Kosten untersucht.Forschungsstand ausgewählter Projekte in Cluster CThemaC2: Keramische Nanocomposites und Bauteile fürbiomedizinische AnwendungenDoktorand:M. Sc. Mohamed Abou El EzzThesis Committee: Prof. Dr. Dr. h.c. Rainer Gadow (IFKB)Prof. Dr.-Ing. habil. Bernhard Mitschang (IPVS)Hans-Böckler-StiftungProjektbeginn: 01.08.2009E-Mail:mabouelezz@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassungKeramische Implantate wie prothetische Hüft-und Kniegelenke, sind tatsächlich die wichtigstenbiomedizinischen Anwendungen, die ein hohes Maß an mechanischer Belastung ingleichzeitig korrosiver Umgebung ertragen müssen. Eine wichtige Aufgabe der keramischenFertigungstechnik besteht daher in einem neuen Ansatz für die Werkstoff- und51

Prozessentwicklung – entlang der Prozesskette von der Rohstoffkonditionierung über dasFormgebungsverfahren bis zur Endbearbeitung –, der die erforderlichen hohen Qualitätenimplantatkeramischer Produkte mit den Kostenzielen für einen breiteren Markt in Einklangbringt.Ziel des Forschungsobjekts ist die Herstellung von keramischen Gelenkprothesen durchkeramischen Spritzguss, der die Zykluszeit und Nacharbeit deutlich reduziert. Zur qualitativenOptimierung der Bauteileigenschaften hinsichtlich absoluter mechanischer Eigenschaften undZuverlässigkeit sowie der Prozesstechnologie im Hinblick auf Effizienz und den Kosten derProduktion, wurde eine Studie durchgeführt. Die keramischen Materialien werden zurSteigerung der Risszähigkeit durch Plateletverstärkung, die Entwicklung des Feedstocks(Mischung der keramischen Pulver mit den organischen Zusatzstoffen), die Analyse derrheologischen Eigenschaften beim Spritzgießprozess, die thermokinetische Analyse desEntbinderungs- und Sinterprozesses optimiert. Die mechanischen Eigenschaften derkeramischen Komponenten und das Alterungsverhaltens ZTA Keramikspritzguss werdencharakterisiert.ThemaC25: Entwicklung einer Methode zur Kopplung der Offline-Generierung von Robotertrajektorien mit Prozesssimulationenbei der thermokinetischen BeschichtungDoktorand:M.Sc. Eng. Mohamed Abdelhalim El-horinyThesis Committee: Prof. Dr. Dr. h.c. Rainer Gadow (IFKB)Prof. Dr.-Ing. Peter. Klemm (ISW)Prof. Dr.-Ing. habil. Bernhard Mitschang (IPVS)Projektbeginn: 01.05.2012E-Mail:mohamed.elhoriny@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassungBei thermokinetischen Beschichtungsverfahren werden partikelbeladene Heißgasstrahlenverwendet, um keramische, metallische oder metall-keramische, funktionale Schichten fürindustrielle Anwendungen abzuscheiden. Durch das Schichtmaterial sowie denWärmeübertrag des heißen Gasstrahls auf die Oberfläche kommt es zu einer starkenAufheizung des Bauteils, die von der Prozessführung abhängig ist. Die Bewegungsform desBeschichtungsaggregates wird traditionell durch 6-Achs-Roboter mit manueller Teach-In-Programmierung realisiert. Der Spritzprozesse wird oft durch zeitaufwändige empirischeAnsätze optimiert. Gleichzeitig werden dadurch nicht unbedingt die besten Beschichtungsergebnissegarantiert. Intelligente Prozessplanung in einer virtuellen Fertigungsumgebungführt zu einer Reduktion des Planungsaufwands und ermöglicht eine Steigerung derReproduzierbarkeit und Genauigkeit der generierten Robotertrajektorien bei gleichzeitiggesteigerter Komplexität der zu beschichtenden Oberflächengeometrien.Zur Prozessoptimierung soll zukünftig ein Konzept entwickelt werden, welches diecomputerunterstützte Generierung von Brennerbewegungsformen durch Simulation desWärmeeintrags in das Bauteil, des Stoffauftrags und der resultierenden Schichteigenschaftenin einer virtuellen Fertigungsumgebung erlaubt. Ziel ist die automatisierte und52

anpassungsfähige Planung kinematischer Konzepte, die zu verbesserten Schichtverbundenführen.ThemaC15: Technologietransfer und industrielle Entwicklung inSchwellenländern unter strukturellem WandelDoktorand:M. Sc. Houssam-Eddine BessamThesis Committee: Prof. Dr. Dr. h.c. Rainer Gadow (IFKB)Prof. Dr. Ulli Arnold (BWI - Abt. VI)Hans-Böckler-StiftungProjektbeginn: 01.01.2010E-Mail:Houssam-Eddine.Bessam@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassungErfolgsfaktoren internationaler TechnologietransferprozesseNach der Bestimmung der Erfolgsfaktoren internationaler Technologieprozesse, wurden indieser Phase die Beziehungen zwischen diesen Faktoren entwickelt.Die Entwicklung derartiger Beziehungen in Form von mathematischen Gleichungen erfolgtdurch die Sammlung von Informationen über vergangene und laufende Projekten (teilweisedurchgeführte Projekten in Zusammenarbeit mit AHK-Kairo).Die gesammelten Dateien wurden mit Hilfe der künstlichen Intelligenz-Methoden verarbeitet,um die bestandenen Beziehungen zwischen den Variablen zu erkennen. Diese Verarbeitungder Dateien führte zur mehreren nichtlinearen Gleichungen, die besser die Beziehungendarstellen können. Andere lineare Modelle wurden auch entwickelt aber diese haben geringerBestimmtheitsmaß R² (weniger Genauigkeit). Trotzdem können sie die Auswirkungen derVariablen auf den Prozess des Technologietransfers gut beschreiben.Die reverse Berechnung der nichtlinearen Gleichungen ermöglicht die BestimmungWertebereiche, um eine optimierte Leistung eines Projekts zu erreichen.derDie erhaltenen Ergebnisse, gekoppelt mit dem bereits entwickelten Systems Engineering-Ansatz des Technologietransfers, wurden in die Weiterentwicklung einer Management-Methodik von Technologietransfer-Projekten eingesetzt.Zur besseren Nutzung der Ergebnisse (Methodik), ist es sehr zweckmäßig, ein Software-Designs zu konzipieren. Dieses Design wurde schon teilweise programmiert mit dem Ziel, dieSoftware in Unternehmen anzuwenden.53

ThemaC5: Werkzeugintegrierte optische Sensorik zur Onlinemessungvon Werkstücken und BearbeitungswerkzeugenDoktorand:Dipl. -Ing. David FleischleThesis Committee: Prof. Dr. sc. nat. Wolfgang Osten (ITO)Prof. Dr. Dr. h.c. Rainer Gadow (IFKB)Prof. Dr. rer. nat. Thomas Ertl (VIS)Projektbeginn: 01.04.2008ZusammenfassungOptische Messtechnik für die In-Line ProzessüberwachungDie industrielle Produktion, vor allem die Produktion von hochwertigen Gütern und Anlagen,stellt in Deutschland einen wichtigen Faktor für den wirtschaftlichen Erfolg auf dem Welt-marktdar. Um die Wettbewerbsfähigkeit im internationalen Vergleich zu halten, ist es not-wendig,ständig bessere Produkte zu entwickeln. Dies bedeutet sowohl Innovation bei derProduktentwicklung als auch eine Verbesserung der Produktqualität. Um die geforderte Qualitätmit hoher Zuverlässigkeit erzeugen zu können, sind Maßnahmen zur Überwachung derFertigung und des Fertigungsergebnisses unabdingbar. Dafür sind kurze Prüfintervallenmöglichst nahe an der Bearbeitungsstelle notwendig.Optische Sensoren sind für eine schnelle und zerstörungsfreie Überprüfung von Objektengeeignet. Trotzdem ist deren Verbreitung noch relativ gering und im Allgemeinen wird nichtdas gesamte Potenzial dieser Messgeräte für die Überwachung der Fertigung ausgenutzt. Vorallem aufgrund der schnellen und berührungslosen Messung sind optische Sensoren bestensfür eine lückenlose Überprüfung der Produktionsergebnisse geeignet. Im Allgemeinen ist bisheute eine zuverlässige Messung aber nur in einer sehr genau spezifizierten Messumgebungmöglich, da Einflüsse aus der Umgebung das Messsignal beeinflussen.Eine fertigungsnahe Umsetzung einer lückenlosen Überwachung ist aus diesem Grundmitoptischen Sensoren bisher nur in Einzelfällen möglich. Um diese Problemstellung lösen zukönnen wird ein theoretischer Ansatz entwickelt, mit Hilfe dessen eine Untersuchung derAuswirklungen von Störgrößen auf die Messergebnisse durchgeführt werden kann. Dafür wirdein Simulationsmodell beschrieben, mit dem die Signalentstehung für ein optisches Sy-tem,unter Berücksichtigung des Messobjektes sowie der Einflüsse aus der Fertigungsum-gebung,analysiert werden kann. Mit diesem Werkzeug ist es möglich, die Zuverlässigkeit einerÜberwachungslösung bereits vor der Implementierung abzuschätzen und kritische Einflussgrößenzu erkennen. Abschließend wird an zwei Beispielen die Vorgehensweise zurUmsetzung einer prozessnahen Überwachung vorgestellt.54

ThemaC5: Erweiterung der Werkstoffeinsatzgrenzen mittelsBeschichtungenDoktorand:Dipl.-Ing. Venancio Martínez-GarcíaThesis Committee: Prof. Dr. Dr. h.c. Rainer Gadow (IFKB)Prof. Dr. rer. nat. Thomas Ertl (VIS)Projektlaufzeit: 01.03.2012E-Mail:venancio.martinez@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassungIm Betrieb werden Werkstoffe mechanischen, thermischen, tribologischen und korrosivenBelastungen ausgesetzt. Teure Werkstoffe entsprechen in der Regel diesen verschärftenAnforderungen und aus ökonomischen Gründen, wäre die Anwendung von kostengünstigenWerkstoffen, die durch entsprechende Beschichtungen geschützt werden, wünschenswert.Die thermisch gespritzten Schichtverbunde sind von großer Bedeutung zwischen denSchutzschichten. Um ihrer Rolle gerecht zu werden, müssen diese Schutzschichten einentsprechendes Eigenschaftsprofil aufweisen. Das wird durch material- und prozessgerechteOptimierung erreicht. Beim Thermischen Spritzen führen dynamische Impuls-, Wärme- undStoffübergangsprozesse sowie hohe Temperaturgradienten zu der Entstehung vonEigenspannungen, die einen signifikanten Einfluss auf die Werkstoffeigenschaften, dasBauteilverhalten und seine Lebensdauer haben.Mit dieser Forschungsarbeit sollen durch Simulationsmodelle, die im mikroskopischenMaßstab arbeiten, wichtige Informationen über die optimierte Mikrostruktur, chemischeZusammensetzung und mechanischen Eigenschaften der erforderlichen Beschichtungenermöglicht werden.Die Modelle konzentrieren sich auf den grundlegenden strukturellen Baustein in thermischenSpritzbeschichtungen. Der letztere ist das sogenannte "Splat". Die Eigenspannungszuständewerden aus elastisch-plastischen Verformungen aufgrund von Temperaturgradienten währendder Schichtbildung (Abschreckeigenspannungen) und in der Abkühlphase am Ende desFertigungsprozesses (Abkühleigenspannungen) erhalten.ThemaC4: Laser-Bearbeitung innovativer WerkstoffeDoktorand:Dipl.-Ing. Christian FreitagThesis Committee: Prof. Dr. phil. nat. habil. Thomas Graf (IfSW)Prof. Dr.-Ing. Manfred Berroth (INT)Prof. Dr. Dr. h.c. Rainer Gadow (IFKB)Projektbeginn: 01.02.2011E-Mail:christian.freitag@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassung55

Carbonfaserverstärkter Kunststoff, kurz CFK, ist aufgrund seiner herausragendenmechanischen Eigenschaften bei gleichzeitig geringem Gewicht ein vielversprechenderWerkstoff. Der Laser bietet sich als verschleißfreies, berührungsloses und gutautomatisierbares Werkzeug zur produktiven Bearbeitung dieses innovativen Werkstoffes an.Dabei birgt der Werkstoff CFK einige Herausforderungen für die Bearbeitung mit dem Laser.Die stark inhomogenen Eigenschaften des Materials, insbesondere das thermodynamischstark unterschiedliche Verhalten von Fasern und einbettender Matrix, erschweren eineschädigungsarme Bearbeitung.Mit dieser Forschungsarbeit sollen grundlegend die Abtrags- und Schädigungsmechanismenbei der Laserbearbeitung von CFK untersucht werden. Hierfür kommen verschiedensteMethoden der Diagnostik zur Anwendung wie zum Beispiel die Thermografie undHochgeschwindigkeitsaufnahmen. Es wurde der Einfluss des Umgebungsmediums auf denAbtragsprozess ebenso wie die Auswirkungen verschiedener Laserparameter auf dieWärmeschädigung des Materials untersucht. Basierend auf den so gewonnen Erkenntnissenkann der Laserprozess optimiert werden, um eine schädigungsfreie und produktiveBearbeitung von CFK zu ermöglichen.Anhand der bisher durchgeführten Untersuchungen konnte beispielsweise dieWärmeakkumulation im Material als wesentlicher Schädigungsmechanismus bei derLaserbearbeitung von CFK identifiziert werden. Hohe Pulsrepetitionsraten führen zu einergroßen Wärmeschädigung im Material. Dies wird mit Hilfe von Querschliffen des erzeugtenAbtrags belegt. Basierend auf dieser Erkenntnis ist es möglich, CFK schädigungsfrei mit demLaser zu bearbeiten.Noch sind jedoch viele Fragen bei der Laserbearbeitung von CFK offen, welche im weiterenVerlauf des Forschungsprojekts untersucht werden sollen.ThemaC24: Charakterisierung von MagnetspritzgießprozessenDoktorand:Dipl.-Ing. Minh NguyenThesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Schinköthe (IKFF)Prof. Dr.-Ing. Manfred Berroth (INT)Projektbeginn: 01.05.2010E-Mail:minh.nguyen@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassungKunststoffgebundene Dauermagnete werden überwiegend in Kleinantrieben und alsSignalgeber von Winkel- und Wegmesssensoren eingesetzt. Die Formgebung erfolgt durchSpritzgießen, wobei sich verfahrensbedingte Vorteile in Formfreiheit, Polteilung undWirtschaftlichkeit ergeben.Die Magnetisierung der Bauteile hängt von den magnetischen und rheologischenMaterialeigenschaften sowie den Prozessparametern während der Formgebung ab. Esexistieren bereits Teillösungen zur Simulation der magnetischen Bauteileigenschaften unter56

Vernachlässigung rheologischer Einflüsse. Diese Vorgehensweise stößt jedoch insbesonderebei dünnwandigen Bauteilen mit komplexer Magnetisierung an ihre Grenzen.Ziel des Forschungsprojektes ist die Berechnung der magnetischen Eigenschaftenkunststoffbasierter Dauermagnete unter Berücksichtigung der wesentlichen Einflussgrößenund deren Wechselwirkung in einem durchgängigen Simulationssystems.Zunächst wurden die magnetische Feldstärke in der Kavität und die Schmelztemperatur alskritische Einflussgrößen ermittelt. Zur Quantifizierung dieser Größen wurde eine magnetischeMessvorrichtung aufgebaut und ein Spritzgusswerkzeug entwickelt, das die Herstellung vonProbekörpern mit variabler Schmelztemperatur und Feldstärke erlaubt. Zeitgleich wurde dieKopplung der Einflussgrößen in einem durchgängigen Simulationssystem realisiert.Erste quantitative Simulationen zeigen einen wesentlichen Einfluss der Schmelztemperaturauf die magnetischen Bauteileigenschaften bei Wandstärken von 1 mm.Zukünftig sollen Versuche zur Quantifizierung der Prozessgrößen mit dem entwickeltenWerkzeug durchgeführt werden und das Simulationssystem mit den ermittelten Material-datenanhand eines geeigneten Bauteils verifiziert werden.ThemaC8: Hochleistungsbearbeitung von natürlichen und künstlichenVerbundwerkstoffenDoktorand:Dipl.-Wirtsch.-Ing. (FH) Tobias PfeifrothThesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Uwe Heisel (IFW)Prof. Dr. Dr. h.c. Rainer Gadow (IFKB)Projektbeginn: 01.06.2009E-Mail:tobias.pfeifroth@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassungVerbesserte Bohrbearbeitung kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe mithilfe innovativerBearbeitungsstrategienDer Einsatz von Leichtbauwerkstoffen, wie kohlenstofffaserverstärkter Kunststoff (CFK),nimmt in Branchen wie der Automobilindustrie oder der Werkzeugmaschinenindustrie stark zu.Gründe hierfür sind die hohe spezifische Festigkeit und Steifigkeit, guteDämpfungseigenschaften sowie die endkonturnahe Herstellung. Diesen Vorteilen stehenHerausforderungen hinsichtlich der Bauteilherstellkosten entgegen. Einen Faktor dieserKosten stellt die spanende Bearbeitung von CFK aufgrund des hohen Werkzeugverschleißessowie zahlreicher Bearbeitungsfehler dar. Ziele des Forschungsprojekts C8 sind die Erhöhungder Produktivität durch optimale Wahl der Bearbeitungsparameter, die Steigerung derWerkzeug-Standzeit beispielsweise durch die Beschichtungstechnik sowie die Reduktion derBearbeitungsfehler mittels innovativer Werkzeugkonzepte.Die geeignete Wahl der Bearbeitungsparameter Schnittgeschwindigkeit und Vorschubermöglicht ein Optimum aus Bearbeitungszeit und erzielter Bearbeitungsqualität. Generellwirken sich bei der spanenden Bearbeitung von CFK niedrige Vorschübe bei erhöhten57

Schnittgeschwindigkeiten positiv auf die Bearbeitungszeit und –qualität aus. Durch dieAnpassung des Spitzenwinkels des Bohrwerkzeugs können Fehlerbilder wie Delamination,Gratbildung und Ausfransung auf der Bohrungseintrittsseite fast komplett vermieden werden.Hierbei wird anstelle eines Spitzenwinkels von σ = 155° ein Spitzenwinkel von σ = 195°eingesetzt, der den Werkstoff zuerst an der Schneidenecke zerspant und somit zu einersignifikanten Qualitätssteigerung führt. Der Einsatz von speziell entwickelten Schichtsystemenwie der Nanocomposites-Beschichtung führt einerseits zur Reduktion desWerkzeugverschleißes und anderseits zur Steigerung der Bearbeitungsqualität.Nur im Zusammenspiel der gesamten Einflussfaktoren von Bearbeitungsparameter und -strategie sowie Werkzeugkonzept und Beschichtungstechnik können Fortschritte in der CFK-Zerspanung erzielt werden und die Bauteilherstellkosten gesenkt werden.ThemaC7: Diagnostik für den LaserschneidprozessDoktorand:Dipl.-Wirtsch.-Ing. David SchindhelmThesis Committee: Prof. Dr. phil. nat. habil. Thomas Graf (IfSW)Prof. Dr.-Ing. Manfred Berroth (INT)Projektbeginn: 01.06.2008ZusammenfassungGegenstand der Arbeit ist die sensorbasierte Überwachung des CO 2-Laserschneidprozessesvon Metallen mit dem Ziel, akute Fehlschnitte wie beispielsweise den Schnittabriss in Edelstahlund Baustahl zu detektieren. Hierfür wurde der CO 2-Laserrückreflex während desSchneidprozesses koaxial erfasst und ausgewertet.Es wurde erforscht, dass maximal 10% des absolut zurückreflektierten Laserlichtes aus derSchnittfuge stammen. Der Großteil der Strahlung wird somit von der nicht aufgeschmolzenenWerkstückoberseite reflektiert.Daher kann zusammengefasst resümiert werden, dass die breitbandige, d. h. über daskomplette Blechdickenspektrum gültige, Erkennung des Schnittabrisses mittels CO 2-Laserrückreflex nicht möglich ist. Des Weiteren weist der Sensor eine zu niedrigeZerstörschwelle auf.Es wurde darüber hinaus erkannt, dass der CO 2-Laserrückreflex eine große Fokuslagen-Abhängigkeit aufweist. Diese Erkenntnis kann genutzt werden, um während desLaserschneidprozesses die absolute Fokuslage sowie einen möglichen Fokuslagenshift zudetektieren.58

ThemaC17: Leichtbauteile auf Basis von Papierwabenkernen mitthermoplastischen faserverstärkten Deckschichten für denGroßserieneinsatz im AutomobilbauDoktorand:Dipl.- Ing. Benno StampThesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper (GSaME)Prof. Dr.-Ing. Klaus Drechsler (IFB)Projektbeginn: 01.07.2008ZusammenfassungBauteile aus Papierwaben und thermoplastisch faserverstärkten Deckschichten für denGroßserieneinsatz im AutomobilbauSandwichstrukturen mit Wabenkernen und faserverstärkten Kunststoffdeckschichten habensich im Flugzeugbau aufgrund ihres Leichtbaupotenzials in zahlreichen Bauteilen etabliert.Wegen der hohen Materialkosten und den erheblichen Bedarfsstückzahlen konnten sich dieSandwichtechnologien des Flugzeugbaus im Automobilbau nicht durchsetzten.Unter Berücksichtigung der spezifischen Anforderungen des Automobilbaus wird im Rahmendes Forschungsprojektes ein neuartiger Sandwichverbund, bestehend aus thermoplastischenfaserverstärkten Deckschichten und einem Papierwabenkern, untersucht, wobei alsEinsatzgebiet das Fahrzeuginterieur gewählt wurde.Ziel des Forschungsobjekts ist die umfassende Untersuchung der neuartigenSandwichstruktur. Hierzu gehören beispielsweise die Analyse der mechanischenEigenschaften, das Umformverhalten der Kernstrukturen sowie die mechanische Degradationdurch klimatische Beanspruchung. Mit Hilfe der aufgezeigten Fertigungsvarianten und denWerkzeugkonzepten wird der Grundstein zur industriellen Umsetzung gelegt.ThemaC18: Remote-Laserschweißen von AluminiumDoktorand:Dipl.-Ing. Peter StrittThesis Committee: Prof. Dr. phil. nat. habil. Thomas Graf (IfSW)Prof. Dr.-Ing. Manfred Berroth (INT)Projektbeginn: 01.03.2009E-Mail:peter.stritt@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassungRemote-Laserstrahlschweißen von AluminiumDer Leichtbauwerkstoff Aluminium wird seit Jahren in stetig steigendem Umfang im Bereichder industriellen Fertigung des Transport- und Verkehrswesens eingesetzt. Das Verfahren desLaserstrahlschweißens hat sich in diesem Zusammenhang etabliert, um Aluminium thermisch59

zu fügen. Neben dem fokussierten Laserstrahl ist hier – Stand der Technik – die Verwendungeines Zusatzwerkstoffes erforderlich, um der Entstehung von Heißrissen entgegen zu wirken.Der Einsatz dieses Zusatzwerkstoffes führt aufgrund der komplexen Handhabung zu langenFertigungs- und Nebenzeiten und ist somit unerwünscht.Erstrebenswert ist die Umsetzung eines Remote-Laserstrahlschweißverfahrens, welches dieschnelle Laserstrahlpositionierung auf dem Bauteil ermöglicht. Beim Fügen vonStahlwerkstoffen wird das Verfahren bereits erfolgreich eingesetzt.Ziel des Forschungsobjekts ist die Entwicklung eines Laserstrahlschweißprozesses, welcheres ermöglicht, Aluminium ohne den Einsatz von Zusatzwerkstoff rissfrei zu fügen.Anschließend soll die entwickelte Prozessstrategie im weiteren Projektverlauf in einproduktionstaugliches Verfahren zum Remote-Laserstrahlschweißen von Aluminium überführtwerden.ThemaC14: Energie- und ressourcenschonende Produktionin der IndustrieDoktorand:M.Sc Kamran TaheriThesis Committee: Prof. Dr. Dr. h.c. Rainer Gadow (IFKB)Prof. Dr.-Ing Engelbert Westkämper (GSaME)Prof.Dr. Ulli Arnold (BWI)Prof. Dr. Dieter OesterwindHans Böckler StiftungProjektbeginn: 01.11.2012E-Mail:kamran.taheri@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassungÖkonomische Gesichtspunkte und insbesondere Wachstum sind in der Marktwirtschaft seitjeher die treibende Kraft der Weiterentwicklung von Wertschöpfungsprozessen. Rohstoffewerden zunehmend knapper und teurer. Vor diesem Hintergrund werden Technologien zureffizienten, ressourcenschonenden Verwendung von Werkstoffen nebenRecyclingtechnologien zu wichtigen Komponenten einer nachhaltigen, strategischenIndustriepolitik für das Europa der Zukunft. Gleichzeitig gilt es, als weitere Herausforderung fürdie Zukunft, den CO2-Ausstoss deutlich zu senken, um weiteren Klimaveränderungenentgegen zu wirken. Dies führt bei immer mehr Unternehmen zu der Einsicht, Ökonomie undÖkologie bei der Gestaltung von industriellen Prozessen gleichermaßen betrachten zumüssen. Gefragt sind dabei nicht klassische Rationalisierungsmaßnahmen, sondern gezielteInnovationen, die technisch und im wirtschaftlichen Ergebnis einen sprunghaften Fortschrittbeinhalten. Die Produktionsplanung soll gekoppelt werden mit Werkstoff-, Verfahrens- undProduktentwicklungen, die es erlauben, Marktführerschaft zu erwerben oder abzusichern unddamit den Produktionsstandort Deutschland ebenfalls zu sichern.Ziel des Forschungsprojekts ist es, Methoden zu ermitteln, um die Wettbewerbsfähigkeitproduzierender Unternehmen in Deutschland durch verbesserte Ressourceneffizienz(insbesondere Energie und Werkstoffe) zu steigern. Hierzu sollen eine oder mehrere60

Fallstudien untersucht und ausgewertet werden, um letztlich allgemeine Kriterien ermitteln zukönnen. Es gilt daher, Methoden zur Bewertung von Einzelprozessen und Prozesskettensowie Optimierung und innovative Ansätze für geeignete Produktionssysteme bzw.logistische Abläufe zu bewerten, sowie neue Ansätze zu entwickeln, anhand derer dieProduktionsprozesse und ganze Anlagenkomplexe zur Herstellung industrieller Güterhinsichtlich Energie- und Ressourcenverbrauch analysiert und anschließend optimiert werdenkönnen. Möglicherweise kann damit auch der ökologische Impact bewertet werden.ThemaC26: Modellbasierte Prozessführung beim LaserstrahlschneidenDoktorand:M. Eng. Florian SeppThesis Committee: Prof. Dr. phil. nat. habil. Thomas Graf (IfSW)Prof. Dr.-Ing. Manfred Berroth (INT)Projektbeginn: 01.08.2012E-Mail:florian.sepp@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassungFür das Laserschneiden Metall sollen Prozessmodelle entwickelt werden, um stetigeBearbeitungsparameterübergänge für Konturgrößen und Teilprozesse (Einstechen, Anfahren,Schneiden) bestimmen zu können. Zunächst sollen die optimalen Schneidparameter durch einnumerisches Konturgrößenmodell beschrieben werden, um die heute übliche Umschaltungzwischen diskreter Konturdatensätze zu vermeiden. Danach soll das Prozessmodell soerweitert werden, dass stetige Parameterübergänge auch zwischen den heute noch diskretenTeilprozessen Einstechen, Anfahren, Konturschneiden realisiert werden können.Das Laserschneiden gehört nach DIN 8590 zu den thermischen Trennverfahren. Allethermischen Verfahren benötigen für einen stabilen Prozess ein Energiegleichgewichtzwischen eingebrachter und abgeführter Energie. Besonders bei kleinen Konturen trifft derLaserschneidprozess zwangsweise auf eine vorgewärmte Werkstücktemperatur, welche dasEnergiegleichgewicht verstimmt. Hier benötigt man neue Parameter, welche wiederum einenGleichgewichtszustand erzeugen. Im Stand der Technik wird dies durch diskret vorgegebeneKonturparametersätze berücksichtigt. Das wissenschaftliche Ziel besteht daher darin, über dieBetrachtung der Energiebilanz unter Berücksichtigung der hydro- und gasdynamischenVorgänge ein Prozessmodell so zu entwickeln, dass damit eine stetige Parameterregelungrealisiert werden kann.3.4. Cluster D – Netzwerke in der ProduktionClusterdirektor:E-Mail:Prof. em. Dr. Erich Zahnerich.zahn@gsame.uni-stuttgart.deDurch die zunehmende Komplexität der Wertschöpfung – verursacht vor allem durchheterogene und sich schnell ändernde Kundenwünsche – bei gleichzeitig nötigenSkaleneffekten sind Produktionsunternehmen verstärkt darauf angewiesen, Kooperationen in61

den erfolgsentscheidenden Bereichen Entwicklung, Einkauf und Produktion einzugehen.Diese Kooperationen werden heutzutage verstärkt im Rahmen von oftmals globalenProduktionsnetzwerken realisiert, in welchen den spezifischenWettbewerbsherausforderungen, wie z. B. geringe Losgrößen, kundenspezifische Produkteund On-demand Produktion, erfolgreich begegnet werden kann. Produktionsnetzwerkekönnen sich insbesondere im dynamischen Wettbewerb als eine überlegeneOrganisationsform erweisen. Der wirtschaftliche Erfolg hängt dabei maßgeblich davon ab,inwiefern benötigte Standardisierungen, Robustheit der Netze sowie Effizienz und Effektivitätdes Informations- und Materialaustauschs gelingen.Das Forschungsziel fokussiert auf ein Verstehen der Evolution von globalen, in komplexenindustriellen Ökosystemen integrierten Produktionsnetzwerken – einschließlich ihrererfolgreichen und misslungenen Mutationen. Aus Sicht der eingenommenenSystemperspektive lassen sich Produktionsnetzwerke in turbulenten Umfeldern als Systemeinterpretieren, die auf der permanenten Suche nach neuen Wegen der Anpassung an, derInteraktion mit und der letztendlichen Kreation ihrer Umwelt sind. Dies wird durch diefortwährende Änderung ihrer internen Strukturen, Prozesse und Aktivitäten sowie durch dieKollaboration mit externen Wertschöpfungspartnern vollzogen. Mit anderen Worten: DieKonfiguration und Rekonfiguration globaler Netzwerke findet in Koevolution mit der sichverändernden Umwelt statt.Das Forschungscluster D trägt im Hinblick auf das Forschungsziel und die genanntenErfolgsfaktoren maßgeblich dazu bei, wissenschaftlich fundiertes und praxisrelevantes Wissenüber Netzwerke in der Produktion zu erarbeiten. Im Cluster wurden 2012 zwei Promotionenund Anfang 2013 weitere zwei Promotionen abgeschlossen.Zusammenfassung des Forschungsstandes des ClustersThemen Gesamt DFG / DAAD Industrie / FhGlaufende 6 4 / 1 1offene - - -Tabelle mit Übersicht der aktuellen Forschungsthemen des ClustersNr. Forschungsthema Status* Doktorand/in Finanzierung ErstbetreuerD1D2D3Integrated Strategic SupplyChain Management– Schwerpunkt 1Datenverwaltung undInformationsbereitstellungin der EchtzeitfabrikIntegratives Managementhybrider LeistungsbündelFinalisierungAbge-schlossenMustafaIncekaraJorge MinguezDFGDFGProf. ArnoldProf.MitschangFinalisierung David Baureis DFG Prof. Zahn62

D5D8D9D10Optimierung einerMischfertigung"Collaborative Systems":ein systemtheoretischerAnsatz fürinterorganisationaleBeziehungenIntegriertesProjektmanagement fürProduktionsnetzwerkeIntegrierteProduktionsnetzwerke –eine industriespezifischeAnalysestandbyAbge-schlossenBearbeitungDonaldNeumannClaudiaPiescheLeitz GmbH &Co. KGDAADFraunhofer IPAProf.WestkämperProf. ZahnProf.WestkämperBearbeitung Max Monauni DFG Prof. ZahnIm Cluster D wurden 6 Doktoranden betreut. Drei der sechs Doktoranden haben ihreForschungsarbeiten im Frühjahr 2012 und 2013 abgeschlossen. Eine Arbeit ist zurBegutachtung eingereicht.Neben der theoretischen Weiterentwicklung von Netzwerken in der Produktion konnte zudemdurch die enge Zusammenarbeit mit dem Forschungscluster F ein innovativer Ansatz für dieEntwicklung von vernetzten Produkt-Service-Systemen erarbeitet werden. Es gelang, imRahmen einer Funktionsanalyse sowohl das Ideenmanagement zu verbessern als auch diefür die Ideenumsetzung relevanten Kompetenzen zielorientiert zu entwickeln.Das Cluster D hat ganz wesentlich die erstmalig in der GSaME 2012 durchgeführte Deutsch-Chinesische Summer School konzipiert und organisiert.Forschungsstand ausgewählter Projekte in Cluster DThemaD3: Integratives Management hybrider LeistungsbündelDoktorand:Dipl.-Kfm. techn. David BaureisThesis Committee: Prof. em. Dr. Erich Zahn (GSaME)Prof. Dr.-Ing. Dieter Spath (IAT)Projektbeginn: 01.05.2008ZusammenfassungKompetenzen für das Angebot von hybriden Leistungsbündeln – Methode zur IdentifikationSteigende Marktturbulenzen und Wettbewerbsintensität stellen Unternehmen vor neueHerausforderungen. Die Erosion von Wettbewerbsvorteilen, einhergehend mit sinkendenMargen, zwingt viele Unternehmen zu einer strategischen Repositionierung. Im Zuge dieserRepositionierung fokussieren sich viele Unternehmen auf die Integration von Sach- undDienstleistungen in sogenannte hybride Leistungsbündel. Zielsetzung ist die Schaffunglangfristiger Kundenbeziehungen durch das Angebot kundenindividueller Lösungen und somit63

die Erschließung neuer Differenzierungsmöglichkeiten. Bei aller Vorteilhaftigkeit derImplementierung von hybriden Leistungsbündeln birgt deren Umsetzung jedoch neueHerausforderungen für das Management, mit denen in der Praxis viele Unternehmen aufgrundderen anders gelagerter Kompetenzen und Ressourcen überfordert sind.Ziel des Forschungsobjekts ist die Entwicklung einer Methode zur Identifikation erforderlicherKompetenzen für das Angebot eines hybriden Leistungsbündels. Die Methode ist dabeispeziell an Unternehmen des produzierenden Gewerbes adressiert. Die Methode eignet sichbesonders für die Anwendung in den frühen Phasen der Produktentwicklung, da zu diesemZeitpunkt ein Großteil der Kosten festgelegt wird und hybride Leistungsbündel eine von Anfangan systematische, wechselseitig determinierende Planung der beiden LeistungskomponentenSach- und Dienstleistung erfordern. Die Methode wird im Zuge der vorliegenden Arbeit in Formzweier Workshops in die praktische Anwendung gebracht und somit getestet.Die Arbeit wurde erfolgreich 2013 abgeschlossen.ThemaD1: Integrated Strategic Supply Chain Management– Schwerpunkt 1Doktorand:Dipl.-Math. oec. Mustafa IncekaraThesis Committee: Prof. Dr. Ulli Arnold (BWI - Abt. VI)Prof. em. Dr. Erich Zahn (GSaME)Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper (GSaME)Projektbeginn: 01.04.2008ZusammenfassungDie Einbindung des Lieferanten in hochinnovative ProduktentwicklungsvorhabenInnovationsfähigkeit gilt als ein zentrales Element zur Sicherung und zur Stärkung derWettbewerbsfähigkeit eines Unternehmens. Dabei ist das technologische Wissen derLieferanten von großer Bedeutung für den eigenen Innovationserfolg. Gerade deshalb ist esnotwendig, Lieferanten in den Produktentwicklungsprozess einzubinden.Die Ausprägung interorganisatorischer Beziehungen wird wesentlich vom Innovationsgradbestimmt. Die Integration eines Lieferanten in Innovationsprojekten wird mit zunehmendemNeuigkeitsgrad komplexer und risikoreicher.Die vorliegende Studie basiert auf einer branchenübergreifend ausgelegten Primärerhebung.Im Zentrum der explorativen Untersuchung steht die Einbindung des Lieferanten in innovativeProduktentwicklungsvorhaben unter Berücksichtigung des Innovationsgrades. Die Aufteilungder erhobenen Konstrukte erfolgte mittels eines Median-Splits des Innovationsgrades in einenhohen Innovationsgrad und einen niedrigen Innovationsgrad, um den moderierenden Effektdes formativ spezifizierten Konstrukts des Innovationsgrads auf die postulierte Ursachen-Wirkungsbeziehung zu analysieren. Die Schätzung des Strukturgleichungsmodells erfolgtdurch die varianzbasierte Methode „Partial Least Squares (PLS)“.Die ersten empirischen Ergebnisse der Studie zeigen einen signifikant unterschiedlichenEinfluss des Innovationsgrades hinsichtlich der Einbindung des Lieferanten in inkrementellebzw. radikale Produktinnovationen. Die Forschungsarbeit leistet einen wichtigen64

Erklärungsbeitrag zur Analyse der Ausprägung in die inter-organisationale Zusammenarbeitzwischen Abnehmer und Lieferanten für erfolgreiche, hochinnovativeProduktentwicklungsvorhaben.Die Arbeit ist zur Begutachtung eingereicht.ThemaD2: Datenverwaltung und Informationsbereitstellung in derEchtzeitfabrikDoktorand:M. Sc. Jorge Minguez CortésThesis Committee: Prof. Dr.-Ing. habil. Bernhard Mitschang (IPVS)Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper (GSaME)Projektbeginn: 01.04.2008ZusammenfassungIm turbulenten Umfeld ist es für produzierende Unternehmen extrem wichtig, alle ihre IT-Ressourcen unter kontinuierliche Überwachung zu stellen und entsprechende Anpassungenschnellstmöglich durchzuführen. Dies stellt die zentrale Herausforderung bei der Umsetzungwandlungsfähiger informationstechnischer Prozesse dar. Die Bereitstellung aller notwendigenKontextinformationen über die in der Fabrik installierten Services erfolgt über ein ServiceRepository, das die Analyse- und Anpassungsmethoden für Integrationsprozesse zurVerfügung stellt. Dieses Repository umfasst eine semantische Datenbank für Service-Metadaten (engl. Provenance-aware Service Repository), die als Service Verzeichnis mitSuche- und Versionierungsfunktionalitäten eingesetzt wird. Die Besonderheit bei dem ServiceRepository ist die Speicherung von Kontextdaten, die das Wissen über Abhängigkeitenzwischen Fabrikkontext und Services darstellt. Die Verbindung zwischen realer Fabrik undService Repository wird über eine Sequenz von Operatoren realisiert, die auf einemdatenstrombasierten System ausgeführt werden. Durch diese Operatoren werden mithilfeeines Wissensentdeckungs-Algorithmus Datenströme analysiert und in produktionsbezogenesWissen konvertiert. Somit können interpretierbare Daten aus der Fabrik in das ServiceRepository importiert und in Echtzeit analysiert werden. Die Verarbeitung solcher Daten stellteinen vorher nicht vorhanden, bedeutungsvollen Kontext bereit, der durch logischeSchlussfolgerungstechniken einen besseren Ausblick auf die reale Produktion anbietet.Mit der Erprobung von vier Szenarien in einem echten Produktionsumfeld wurde dieVerbesserung der Integrationsfähigkeit, Flexibilität und Anpassbarkeit vonIntegrationsprozessen gezeigt. Dies steht im Gegensatz zur bisherigen starren Integration voneinzelnen Systemen. Dabei konnten die Potenziale des Manufacturing Service Bus alszentrale Integrationsebene in der Verknüpfung von heterogenen Systemen gezeigt werden,indem sowohl die Integration neuer Systeme als auch die Anpassung vorhandener Prozessedeutlich vereinfacht wurden. Des Weiteren hat der vorgestellte servicebasierteIntegrationsansatz zur Verwaltung der Integrationsprozesse in einer ereignisgesteuertenProduktionsumgebung den Nachweis der Funktionalität anhand der Bewältigung vonmehreren Turbulenzen erbracht. Mit der Reduktion der aufwendigen und kostenintensiven65

Verknüpfung von Systemen, die die Digitale Fabrik darstellt, können zusätzliche Potenzialezur Verbindung mit der realen Fabrik leichter erschlossen werden.Die Arbeit wurde erfolgreich 2012 abgeschlossen.ThemaD10: Integrierte Produktionsnetzwerke-Eine industriespezifische Analyse-Doktorand:Max Monauni, M.A.Thesis Committee: Prof. em. Dr. Erich Zahn (GSaME)Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper (GSaME)Projektbeginn: 01.01.2011E-Mail:max.monauni@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassungDie Herausforderungen für Produktionsunternehmen steigen: Eine höhere Produktvielfalt und-komplexität, kürzere Produktlebenszyklen und die Entstehung von differenzierten, volatilenNischenmärkten bilden die neue und turbulente Unternehmensrealität. Aus diesem Grund wirdWandlungsfähigkeit zu einem essentiellen Wettbewerbsvorteil. Dieser ergibt sich aus derSumme von sogenannten Wandlungsbefähigern auf unterschiedlichen Produktionsebenen. Indiesem Zusammenhang gewinnen integrierte Produktionsnetzwerke zunehmen anBedeutung, da diese zusätzliche Freiheitsgrade bei Aufbau, Verteilung und Nutzung derWertschöpfung ermöglichen.Ziel des Forschungsprojektes ist die Konzeption einer ganzheitlichen Strategie zumsystematischen Aufbau zusätzlicher Wandlungsbefähiger in Produktionsnetzwerken. Zudiesem Zweck erfolgt eine Potenzialanalyse der Organisationsstruktur„Produktionsnetzwerke“ hinsichtlich zusätzlicher Realoptionen für Wertschöpfungsstrukturen.Daraus leiten sich Implikationen zur Turbulenzbewältigung ab. Durch die Zusammenlegungbzw. Verknüpfung von Produktionskapazitäten in Netzwerken (Pooling und Allying) sollenWandlungsbefähiger zur proaktiven Verschiebung des unternehmerischenFlexibilitätskorridors identifiziert werden. Hierfür wird die Netzwerkkonfiguration bzw. -koordination dahingehend untersucht, um die Nutzung von Redundanzen undkomplementären Ressourcen in Produktionsnetzwerken zu optimieren.ThemaD8: "Collaborative Systems": ein systemtheoretischer Ansatz fürinterorganisationale BeziehungenDoktorand:M. Sc. Donald NeumannThesis Committee: Prof. em. Dr. Erich Zahn (GSaME)Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper (GSaME)Projektbeginn: 01.05.200866

ZusammenfassungKollaborationen – die Zusammenarbeit von Organisationen – zählen zu den am häufigstenzitierten Themen in der Organisationswissenschaft und -praxis. Zum systematischenVerstehen und der Entwicklung von Kollaborationen wurden verschiedene Modelle entwickelt.Unter den theoretischen Ansätze sind „The Relational View of the Firm“ und die „NewInstitutional Economics“ zu nennen und unter den anwendungsorientierten Modellen das„Collaborative Planning Forecasting and Replenishment“ und „Efficient Consumer Response“.Mit Kollaborationen werden unterschiedliche Vorteile assoziiert. Beispiele hierfür sind:verkürzte Zykluszeit, verbesserte Flexibilität und reduzierte Kosten. Darauf abzielend zeigenUnternehmen großes Interesse an unterschiedlichsten Formen der Zusammenarbeit. ObwohlKollaborationen ein intensiv beforschtes Thema sind, führen nur etwa ein Drittel der Initiativenzu den gewollten Ergebnissen. Diese Tatsache suggeriert, dass das bestehende Verständnisder interorganisationalen Beziehungen noch immer unvollständig ist.Ziel dieses Forschungsprojekts ist die Analyse der Zusammenarbeit zwischen Organisationen.Basierend auf der Theorie sozialer Systeme werden die Form und Struktur derinterorganisationalen Kommunikationen analysiert. Ein innovatives Erklärungsmodell für dieinterorganisationale Kollaboration wird beschrieben. Darüber hinaus werden bestehendeModelle kritisiert und Verbesserungsmöglichkeiten vorgeschlagen. Das Projekt wurde miteinem Excellence Scholarship von der Regierung Quebécs, Kanada, ausgezeichnet undteilweise an der Université du Québec à Montréal und an der Université Laval, beide inQuebéc, entwickelt.Die Arbeit wurde erfolgreich 2012 abgeschlossen.ThemaD9: Integriertes Projektmanagement für ProduktionsnetzwerkeDoktorandin:Dipl.-Kffr. techn. Claudia PiescheThesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper (GSaME)Prof. Dr. Michael Reiß (BWI - Abt. II)Prof. em. Dr. Erich Zahn (GSaME)Projektbeginn: 15.08.2010E-Mail:claudia.piesche@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassungNetzwerkkultur in strategischen Produktionsnetzwerken – Gestaltungsmöglichkeiten in derAutomobilindustrieIn strategischen Produktionsnetzwerken sind nicht nur kooperative, sondern auchwettbewerbsorientierte Verhaltensweisen zwischen den Kooperationspartnern vorhanden(Koopkurrenz). Gerade strategische Produktionsnetzwerke in der Automobilindustrie sind vonkoopkurrenten Situationen geprägt. Dies beeinflusst die Beziehungen zwischen dem fokalenUnternehmen und den Netzwerkpartnern negativ und generiert Misstrauen. Die Problematikbesteht darin, dass gerade Vertrauen in einer arbeitsteiligen Wertschöpfungsstruktur, wie z.B.in der Automobilindustrie, eine wichtige Rolle spielt. Weiterhin kommt es bei dem67

Aufeinandertreffen von Netzwerkpartnern innerhalb strategischer Netzwerke zuunternehmenskulturellen Diversitäten. Dieser kulturelle Unterschied lässt das Vertrauenzwischen den Partnern in einem koopkurrenten Netzwerk zusätzlich sinken.Eine gemeinsame Netzwerkkultur als Metakultur kann Vertrauen generieren, da dieNetzwerkteilnehmer auf gemeinsame Werte und Handlungsweisen zurückgreifen können. DasNetzwerkmanagement muss somit spezielle kulturfördernde Maßnahmen durchführen, umeinen Kontextrahmen zu schaffen, indem ein emergenter Kulturentwicklungsprozessstattfinden kann.Hierbei wird vorausgesetzt, dass Kultur durch kontextspezifische Maßnahmen z. B. durch eineoffene Kommunikation usw. indirekt zu managen ist. Die Führungskräfte als Netzwerkakteureund deren Kompetenzen spielen bei der Netzwerkkulturentwicklung eine wichtige Rolle. Diesist aber in der Netzwerkforschung bisher noch nicht ausreichend beleuchtet worden. Allgemeinkann man sagen, dass es zahlreiche Literatur hinsichtlich Unternehmenskulturforschung gibt.In der Netzwerkforschung allerdings, gibt es bezüglich des kulturellen Themas noch Defiziteund Klärungsbedarfe. Ob Instrumente, die für den Kulturentwicklungsprozess in einzelnenisolierten Unternehmen identifiziert worden sind, auch für die Kulturgestaltung in Netzwerkenförderlich sind, muss noch untersucht werden.Die Netzwerkkultur und der damit verbundene Vertrauensaufbau kann als eine strategischeRessource und als ein Erfolgsfaktor für das Netzwerk und die darin vorhandenenUnternehmen angesehen werden.Hierzu werden Experten mittels eines Leitfadeninterviews befragt. Die Auswertung erfolgtdurch eine qualitative Inhaltsanalyse.3.5. Cluster E – Informations- und Kommunikationstechnologien für die ProduktionClusterdirektor:E-Mail:Prof. Dr.-Ing. habil. Bernhard Mitschangbernhard.mitschang@gsame.uni-stuttgart.deDie im Rahmen der ersten Förderperiode durchgeführten Doktorandenprojekte in Cluster Estehen alle kurz vor dem Abschluss oder sind bereits abgeschlossen. Auf der Ebene des ShopFloors wurde in Projekt E3 erfolgreich die drahtlose Kommunikation auf Basis von Ultra-Breitband-Technologie (UWB) realisiert , die gegen störende Signale von Anlagen undMaschinen in der Produktionshalle unempfindlich ist. Des Weiteren ist eineSensordatenplattform in Projekt E2 für die Echtzeitüberwachung von Produktionsprozessenerfolgreich umgesetzt worden, die die Qualität von partikelbeladener Strömungen mittels einerEchtzeit-Bilddaten-Analyse überwacht, um gegebenenfalls die Prozessparameter optimaleinstellen zu können. Eine weitere Plattform zur Überwachung von Produktionsprozessen aufBasis von RFID-Technologie wurde von Projekt E4 in der Lernfabrik des Instituts fürIndustrielle Fertigung und Fabrikbetrieb (IFF) realisiert und erfolgreich getestet. Mit Hilfe derSensoren wird die korrekte Reihenfolge von Bauteilen und –gruppen überwacht, um Fehler inder Sequenz der Teile feststellen zu können. Dies ist heute insbesondere in derAutomobilindustrie von enormer Bedeutung, da mit just-in-sequence ProduktionsmethodenFehler in der Reihenfolge zu Produktionsverzögerungen oder im schlimmsten Fall zu falschverbauten Teilen führt.68

Auf der Informations- und Kommunikationsebene wurde das erste Forschungsprojekt (D2)erfolgreich abgeschlossen, das in Kooperation von Cluster E und Cluster D umgesetzt wurde.Im Rahmen des Projektes entstand ein servicebasierter und adaptiver Integrationsansatz,genannt Manufacturing Service Bus (MSB), der einen effizienten Datenaustausch zwischenAnwendungen in der Produktion durch deren lose Kopplung ermöglicht. Auf Events aus derProduktion kann durch vorab definierte Workflows schnell und effizient reagiert werden. DieserMSB wurde im Rahmen des Projektes E1 mit dem Production Planning Service Bus (PPSB)verbunden, der Planungswerkzeuge in der Digitalen Fabrik integriert. Somit wird ein einfacherund flexibler Datenaustausch zwischen der digitalen und realen Fabrik ermöglicht, der nichtnur eine vereinfachte Administration zu Folge hat, sondern sich auch durch eine verbesserteFlexibilität und Wartbarkeit der Datenintegrationsprozesse auszeichnet. DieseIntegrationslösung wird derzeit in der Lernfabrik am IFF umgesetzt, um die Praxistauglichkeitin einer realen Umgebung validieren zu können.Auf der operativen Ebene wird im Rahmen des Projektes E5 ein IT-basiertes Konzept erstelltund validiert, das im Kontext der Wandlungsfähigkeit technischer Infrastrukturen die, für dasProduktionsmanagement eines Unternehmens relevante, Datenbereitstellung zurEntscheidungsunterstützung fokussiert.Durch den erfolgreichen Antrag der GSaME zur weiteren Förderung wird nun der Fokus derForschungsarbeit von servicebasierter Datenintegration in Richtung wissensbasierterDatenanalyse verschoben, um das Ziel der selbstadaptierenden echtzeitfähigen Fabrik zuerreichen, die zu jeder Zeit den Zustand der realen Fabrik abbildet und notwendigeAnpassungen selbstständig vornimmt. Hier konnten bereits im Projekt E6 zur Erstellung einerAnalytics Plattform für Advanced Manufacturing erste Ergebnisse publiziert werden.Verwendet werden dabei sowohl Prozessdaten, als auch operative Daten, die in einemprozessorientierten Data-Warehouse integriert werden, um darauf mittels Data Miningindikationsbasierte und musterbasierte Optimierungen der Fertigungsprozesse durchführen zukönnen. Weitere Forschungsprojekte, die während der zweiten Förderperiode bearbeitetwerden, sind:• Lifecycle Analytics – Next Generation Analytics Across Structured and UnstructuredData• Manufacturing Collaboration Platform - Next Generation Platform for SupportingCollaborations in Manufacturing• IT-basierte Capabilities im Additive Manufacturing (AM) – Konzeption desInformationsmanagements für innovative Geschäftsmodelle• Wandlungsfähige Entwicklungs- und Testplattform• Complex Manufacturing Event Processing• Intelligente Sensorik für die schnelle Inspektion in der Fertigung und das Monitoringschneller Prozesse im Process EngineeringDas Cluster E hat verschiedene interdisziplinäre Projekte in Zusammenarbeit mit anderenClustern der GSaME durchgeführt, die im Folgenden kurz vorgestellt werden.69

Abb. 15: Prozess-Dashboard für Werker auf dem Shop FloorIm Rahmen einer Kooperation mit den Clustern A und B wurde ein Konzept für ein operativesProzess-Dashboard für Werker auf dem Shop Floor entwickelt, dargestellt in Abbildung 15.Ziel ist, die Informationstransparenz über den gesamten Fertigungsprozess zu verbessern,dadurch Eigenverantwortung, Selbstorganisation und Wissenstransfer der Werker zu fördernund somit Wandelbarkeitsaspekte auf der Fabrikebene zu adressieren. Auf der Basis einerInformationsbedarfsanalyse werden analytische Dienste und Informationen in den BereichenProzess-Kontext, Prozess-Performance, Prozess-Wissen und Prozess-Kommunikationdefiniert. Aktuell erfolgt die prototypische Implementierung des Dashboards als mobileAnwendung für Tablet-PCs.Im Projekt „DriveGreen“, das gemeinsam mit den Clustern C und D durchgeführt wird, stehtdie Entwicklung einer mobilen Anwendung zur Nachhaltigkeitsbewertung des individuellenAutomobil-Nutzungsverhaltens im Fokus. Ziel ist, das persönliche Mobilitätsverhalten mit Blickauf den CO 2-Ausstoß unter Einbezug des 2-Grad-Ziel der Weltklimakonferenz zuquantifizieren. Die konzeptionelle Grundlage dafür stellt die Publikation zur „Target Allowance“dar. In Zusammenarbeit mit Cluster E erfolgt momentan die Implementierung in einer mobilenAnwendung für Smartphones und Tablet-PCs. Die intuitive und ubiquitäreInformationsbereitstellung über mobile Anwendungen soll hierbei zusätzliche Transparenz imBereich der Nachhaltigkeitserziehung schaffen.Zusammenfassung des Forschungsstandes des ClustersThemen Gesamt DFG Industrielaufende 5 5 -offene - - -70

Tabelle mit Übersicht der aktuellen Forschungsthemen des ClustersNr. Forschungsthema Status* Doktorand/-in Finanzierung ErstbetreuerE1IT-Architektur für dasStuttgarterUnternehmensmodell 2.0Bearbeitung Stefan Silcher DFGProf.MitschangE6Advanced ManufacturingAnalytics-GanzheitlicheDatengetriebeneOptimierung vonFertigungsprozessenBearbeitungChristophGrögerDFGProf.MitschangE2E3E4E5Eine Sensordatenplattformfür die Überwachung vonProduktionsprozessenStörungsunempfindlicheInformationsübertragung indynamischerProduktionsumgebungNeue Kommunikationsarchitekturfür Echtzeit-FabrikenIntegriertes Real-TimeBusiness ProcessManagement fürProduktion und LogistikFinalisierung Lars Rockstroh DFG Prof. SimonFinalisierungMichelangeloMasiniDFGFinalisierung Bilal Hameed DFGProf. BerrothProf.RothermelBearbeitung Philip Hollstein DFG Prof. Kemper* Veränderungen 2012Forschungsstand ausgewählter Projekte in Cluster EThemaE6: Advanced Manufacturing Analytics-GanzheitlicheDatengetriebene Optimierung von FertigungsprozessenDoktorand:M. Sc. Christoph GrögerThesis Committee: Prof. Dr.-Ing. habil. Bernhard Mitschang (IPVS)Projektbeginn: 01.04.2012ZusammenfassungGlobalisierung, kürzere Produktlebenszyklen und volatile Märkte führen zu einem hohenWettbewerbsdruck in der produzierenden Industrie. Zeit- und kosteneffiziente, effektive undkontinuierlich verbesserte Fertigungsprozesse sind infolgedessen ein kritischer Erfolgsfaktorfür Industrieunternehmen. Existierende Ansätze für Datenanalyse und Business Intelligencezur Optimierung von Fertigungsprozessen, z.B. als Bestandteil von Manufacturing ExecutionSystems (MES), haben jedoch erhebliche Einschränkungen, die eine umfassendedatengetriebene Prozessverbesserung verhindern. Entsprechende Systeme basieren in derRegel auf isolierten Datenextrakten, ohne eine integrierte Sicht auf alle71

produktionsspezifischen operativen und prozessbezogenen Daten, z.B. aus MES undEnterprise Resource Planning (ERP) Systemen, einzunehmen. Darüber hinaus werdentypischerweise keine Technologien zur Mustererkennung, wie z.B. Data Mining, eingesetzt,um optimierungsrelevante Datenkonstellationen jenseits einzelner Ressourcen oderFertigungsschritte zu identifizieren.Ziel des Forschungsprojekts ist die Entwicklung einer integrierten Business IntelligencePlattform für die datengetriebene Optimierung von Fertigungsprozessen. Hierbei geht es umdie Entwicklung eines ganzheitlichen prozessbezogenen Data Warehouse, das operative undprozessbezogene Fertigungsdaten integriert und für unterschiedliche Analysen zur Verfügungstellt. Darauf aufbauend erfolgt die Definition von Data-Mining-basierten Anwendungsfällen,z.B. für Ursache-Analysen von Produktionsfehlern oder Echtzeitprognosen von KeyPerformance Indicators über den gesamten Fertigungsprozess. Zudem werden Ansätze zurpräskriptiven Optimierung untersucht, mittels derer konkrete Vorschläge zurProzessverbesserung generiert werden. Darüber hinaus sollen Analyseergebnisse imRahmen eines datenbankgestützten Wissensmanagementansatzes gespeichert undgemeinsam genutzt werden. Zielgruppen und Nutzer der analytischen Dienste der Plattformsind im Sinne eines umfassenden Performance Management Gedankens nicht nurFertigungsleiter und Produktionsmanager, sondern auch Werker in der Fabrik.ThemaE4: Neue Kommunikationsarchitektur für EchtzeitfabrikenDoktorand:M. Sc. Bilal HameedThesis Committee: Prof. Dr. rer. nat. Kurt Rothermel (IPVS)Prof. Dr.-Ing. Engelbert WestkämperProjektbeginn: 01.08.2008ZusammenfassungNovel Communication Architecture for the RealTime FactoryToday, many manufacturing companies pursue variant production in which each product iscustomized according to individual user demands. In variant production it is essential to ensurethe correctness of the manufacturing process or the produced products will not match thecustomers’ requirements. To detect errors during the process as soon as possible, Project E5designs concepts and algorithms for the real-time monitoring of such production processes.Due to its technical advantages such as contact-less non-line-of-sight identification and bulkreadingcapability, we focus on RFID technology for the purpose of real-time monitoring ofproduction processes. A major challenge is to deal with the inevitable unreliability of RFIDsystems causing, for instance, false or missed readings. In order to resolve these reliabilityissues, we proposed an RFID-based framework in our previous work that uses multiple RFIDreaders deployed along production lines to monitor product parts and detect product partsequences. The basic idea is to increase reliability by exploiting redundant readings frommultiple (unreliable) readers. Using multiple readings, we designed probabilistic part andsequence detection algorithms.72

However, our initial approach was restricted to basic types of errors based on raw RFID events,namely, single readings and product part sequences. In the year 2012, we focused on theautomatic and reliable online detection of complex manufacturing events that describe morecomplex and meaningful manufacturing errors. In detail, we considered the following complexerror types: (1) Delays in the production of certain product parts. (2) Sequence errors. (3)Synchronization errors, where product parts on different production lines move along the linesin the wrong (unsynchronized) order, which would lead to assembly errors at assembly pointswhere these parts meet. (4) Missing product parts. (5) Incorrect positioning of parts on handlingdevices.As main contributions, we first proposed an extension to our consistency stack (a conceptualmodel for describing different kinds of RFID errors and their relation). Secondly, we proposedprobabilistic models and algorithms for detecting the complex manufacturing errors introducedabove. Thirdly, we showed the effectiveness of our approach w.r.t. increased reliability usingreal world experiments with a prototype in a smart factory environment.ThemaE5: Integriertes Real-Time Business Prozess Management fürProduktion und LogistikDoktorand:Dipl.-Wirtsch.-Ing. Philip HollsteinThesis Committee: Prof. Dr. Hans-Georg Kemper (BWI - Abt. VII)Prof. Dr.-Ing. habil. Bernhard Mitschang (IPVS)Projektbeginn: 01.08.2009E-Mail:philip.hollstein@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassungDer Erfolgsfaktor „Wandlungsfähigkeit“ gewinnt aufgrund kürzer werdenderProduktlebenszyklen für produzierende Unternehmen immer mehr an Bedeutung. DieWandlungsfähigkeit ist determiniert durch die Wandelbarkeit technischer Infrastrukturen unddie Flexibilität von Produktionsprozessen. Damit sie ökonomisch sinnvoll genutzt werden kann,müssen zusätzlich betriebswirtschaftliche Größen berücksichtigt werden. Daher kommt derInformationsversorgung von Entscheidungsträgern eine wichtige Rolle zu.Das Ziel des Forschungsprojekts ist die Erstellung und Validierung eines Konzepts zuradäquaten Entscheidungsunterstützung für das Produktionsmanagement im Kontext derWandlungsfähigkeit unter Berücksichtigung dieser drei Aspekte.Das Konzept basiert auf einem maschinenorientierten Data Warehouse (mDWH), mithilfedessen feingranulare und zeitnahe, nichtmonetäre Maschinendaten mit zeitraumbezogenen,monetären Produktionsdaten zusammengeführt werden. Das Konzept des mDWH wirdprototypisch umgesetzt und anhand eines Use-Case aus dem Maschinenbau empirischvalidiert.73

ThemaE3: Störungsunempfindliche Informationsübertragung indynamischer ProduktionsumgebungDoktorand:Dipl.-Ing. Michelangelo MasiniThesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Berroth (INT)Prof. Dr.-Ing. Bertsche (IMA)Projektbeginn: 01.05.2008ZusammenfassungDynamische Produktionsumgebungen sind geprägt von Maschinen, Werkzeugen undBauteilen, die durch zahlreiche metallische Flächen variable Vielfachreflexionen fürelektromagnetische Wellen verursachen. Durch die Bewegungen der metallischen Teileverändern sich diese Ausbreitungsbedingungen ständig stark, sodass nur einbreitbandiger Übertragungsstandard eine zuverlässige drahtlose Datenübertragungermöglicht.Durch die Freigabe extrem großer Frequenzbänder kann erstmals eine drahtloseÜbertragungstechnik insbesondere für Räume mit starken Reflexionen realisiert werden.Ziel des Forschungsprojekts ist es mit der Ultrabreitbandübertragung (UWB) einedrahtlose Datenübertragung in der Fertigungsumgebung zu ermöglicht. Dazu werden dieAnforderungen untersucht und die passende drahtlose Technologie gewählt. Es wird eineTestumgebung entwickelt mit der eine zuverlässige Übertragung erforscht wird. DieTestumgebung ist modular aufgebaut und kann flexibel angepasst werden. Der Senderbesitzt einen FPGA und einen schnellen digital-analog-Wandler. Der Empfänger hat denentsprechend schnellen analog-digital-Wandler. Durch die FPGAs ist eine digitaleSignalverarbeitung sowohl im Sender als auch im Empfänger möglich. Dies ermöglichteine drahtlose Verbindung, die im Betrieb angepasst werden kann.ThemaE2: Eine Sensordatenplattform für die Überwachung vonProduktionsprozessenDoktorand:Dipl.-Inf. Lars RockstrohThesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Sven Simon (IPVS)Prof. Dr. Dr. h. c.. Rainer Gadow (IFKB)Projektbeginn: 01.05.2008ZusammenfassungDie Qualität von Fertigungsprozessen auf Basis partikelbeladener Strömungen, wiebeispielsweise thermokinetische Beschichtungsverfahren, wird neben weiterenPartikelcharakteristika wesentlich von den Geschwindigkeiten der Partikel beeinflusst. Folglichsind Messungen dieser Partikelgeschwindigkeiten und Partikelverteilungen für die74

Erforschung und Regelung solcher Fertigungsprozesse von großer Bedeutung. Ziel desProjekts ist die Untersuchung und Entwicklung effizienter Auswertealgorithmen zur Messungvon Partikelgeschwindigkeiten in Echtzeit. Die erarbeiteten Algorithmen basieren auf demParticle Image Velocimetry-Verfahren und besitzen eine hohe Robustheit gegenüberStöreinflüssen, wie fehlerhafter Partikelabbildungen und Bildrauschen.Im Rahmen dieses Forschungsprojektes wurde der Prototyp eines intelligentenKamerasystems zur Messung von Partikelgeschwindigkeiten auf Basis der entwickeltenAuswertealgorithmen realisiert. Wesentliche Eigenschaften dieses Kamerasystems sind dieKompaktheit sowie die Extraktion der Messdaten unmittelbar am Bildsensor in Echtzeit. DieAlgorithmen zur Bestimmung der Messgröße erfordern für die hochparallele und effizienteAbbildung auf rekonfigurierbare Logik bestimmte Eigenschaften wie lokale Datenabhängigkeitenund die Parallelisierbarkeit. Der Prototyp wurde erfolgreich zur Echtzeit-Messung vonPartikelgeschwindigkeiten an thermokinetischen Beschichtungsprozessen eingesetzt.Thema E1: IT-Architektur für das Stuttgarter Unternehmensmodell 2.0Doktorand:Dipl.-Inf. Stefan SilcherThesis Committee: Prof. Dr.-Ing. habil. Bernhard Mitschang (IPVS)Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper (GSaME)Projektbeginn: 01.10.2009E-Mail:stefan.silcher@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassungGlobalisierung, Outsourcing und kundenindividuelle Massenfertigung sind nur einigeMegatrends, die Produktionsunternehmen heutzutage vor große Herausforderung stellen.Zum einen erzeugen diese Megatrends ein turbulentes Umfeld mit internen und externenEinflussfaktoren, die auf die Produktion einwirken. Dies führt zu schnellen und häufigenAnforderungsänderungen an die Produktionsbetriebe, auf die adäquat reagiert werden muss.Zum anderen wächst die Komplexität der Produkte, die auf effiziente Weise beherrscht werdenmuss. Zusätzlich steigt der Konkurrenzdruck, wodurch immer weniger Zeit für die Entwicklungvon Produkten und die Planung der entsprechenden Produktion bleibt.Um neue Anforderungen schneller umsetzen zu können und die wachsende Komplexität zubeherrschen, werden zunehmend Softwarelösungen eingesetzt. Dadurch können Prozesseschneller ausgeführt werden, da Mitarbeiter bei der Ausführung ihrer Aufgaben unterstütztoder diese gänzlich automatisiert ausgeführt werden. Innerhalb des Produktlebenszykluswerden Softwaresysteme zur Unterstützung von verschiedensten Aufgaben eingesetzt. Diesesind jedoch meistens schlecht oder überhaupt nicht integriert, was dazu führt, dass Prozessenicht durchgängig definiert werden können und der Aufwand, Daten zwischenSoftwaresystemen abzugleichen, deren Nutzen teilweise oder komplett aufhebt. Ein weiteresProblem beim Einsatz von digitalen Werkzeugen ist, dass die heutzutage benötigte Flexibilitätvon Prozessen durch unflexible Softwaresysteme eingeschränkt oder sogar vollständigunterbunden wird. Somit können Unternehmen sich nicht mehr schnell genug an geänderteAnforderungen anpassen, was zu Zeitverlust und somit zu höheren Kosten führen kann.75

Das Ziel des Forschungsprojekts ist die Entwicklung eines adaptiven IT-Konzeptes zurganzheitlichen Unterstützung des Produktlebenszyklus, das eine durchgängige und flexibleIntegration der Anwendungen ermöglicht. Aus diesem Grund wurde im Rahmen desForschungsprojektes eine Architektur basierend auf dem Konzept der serviceorientiertenArchitektur (SOA) entwickelt, die eine flexible Integration von heterogenen Anwendungenerlaubt. Gleichzeitig wird durch die lose Kopplung von Services eine flexible Modellierung vonProzessen in standardisierten Workflowsprachen wie der Business Process ExecutionLanguage (BPEL) ermöglicht. Die technische Integration der Anwendungen basiert auf demKonzept des Enterprise Service Bus (ESB). Für die modulare Architektur werden mehrerephasenspezifische ESBs verwendet, die an die Anforderungen der jeweiligen Phase desProduktlebenszyklus angepasst werden. Diese ESBs werden durch einen weiteren ESBintegriert, um einen schnellen und flexiblen Datenaustausch sowie eine durchgängigeProzessdefinition über den gesamten Lebenszyklus zu erreichen.Um die Services über den gesamten Produktlebenszyklus zu finden und Datenauszutauschen, wurde ein Modell für verteile Serviceverzeichnisse entwickelt und einheitlicheDatenaustauschformate definiert. Die Implementierung des Content-basierten Routers wurdeerweitert, um Services dynamisch über die verteilten Verzeichnisse zu finden. Die Architekturwurde prototypisch implementiert und getestet. Derzeit findet die Umsetzung in der digitalenund physischen Fabrik der Lernfabrik statt, um die Implementierung auf ihre Praxistauglichkeitzu überprüfen.3.6. Cluster F – Wissensbasiertes ManagementClusterdirektor:E-Mail:Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E. h. Dieter Spathdieter.spath@gsame.uni-stuttgart.de»Wissensbasiertes Management« hat eine immer stärker werdende Bedeutung für den Erfolgeines Unternehmens. Gerade bei der Vorbereitung und Ausgestaltung von Entscheidungenspielt das Wissen über Kundenbedarfe, Wettbewerber und auch Produktionsprozesse undderen Implikation auf das bestehende Unternehmensumfeld eine immer gewichtigere Rolle.Hierzu wurden im Berichtsjahr verschiedene wissenschaftliche Arbeiten fertiggestellt. Sowurden die Promotion von Herrn Steffen Ehrenmann »Ein Managementmodell zurUnterstützung der frühen Phasen der Produktentwicklung im multikulturellen Kontext –Diversität in der Produktentwicklung« und die Begutachtung der Dissertation von Frau LenaWagner »Funktionenbasierte Vorgehensweise zur Ideenfindung für hybride Produkte in denfrühen Phasen der Produktentwicklung« erfolgreich abgeschlossen.So konnten ausgewählte Aspekte aus den Arbeiten in Unternehmen vorgestellt und mitausgewählten Industriepartnern auch prototypisch umgesetzt werden. Hier zeigte sichinsbesondere die technologische Reife der wissenschaftlichen Lösungsansätze.Das Forschungscluster „Wissensbasiertes Management“ entwickelt weiterhin wissenschaftlichfundierte und praxisrelevante Erkenntnisse, Methoden und Werkzeuge, um den ökonomischenHerausforderungen, den sozialen Trends sowie der steigenden Dynamik der Wertschöpfungauch zukünftig erfolgreich zu begegnen.76

Beispielsweise wird für die Werftenindustrie ein Konzept zur »Integrierten Sachgut- undDienstleistungsentwicklung für innovative Systemlösungen« entwickelt« um mit Hilfe vonwissensbasierten Dienstleistungen einen globalen Wettbewerbsvorsprung zu erzielen.Weiterhin wird im Projekt »Kosten- und zeiteffizienter Wandel von Produktionssystemen:Wissens- und Kompetenzbasis« ein Change Management Konzept zur Förderung eineskosten- und zeiteffizienten Wandels zu entwickelt.Zusammenfassung des Forschungsstandes des ClustersThemen Gesamt DFG Industrie / Verbändelaufende 4 4 -offene - - -Tabelle mit Übersicht der aktuellen Forschungsthemen des ClustersNr. Forschungsthema Status* Doktorand/-in Finanzierung ErstbetreuerF2Integrierte Sachgut- undDienstleistungsentwick-lungfür innovativeSystemlösungenBearbeitungChristopherSauerhoffDFGProf. BurrF3Kosten- und zeiteffizienterWandel vonProduktionssystemen:Wissens- undKompetenzbasisBearbeitungFrankEhrenmannDFGProf. ReißF4Frühe Phasen derProduktentwicklungFinalisierungLenaWagnerDFGProf. SpathF6Diversity in derProduktentwicklungAbgeschlossenSteffenEhrenmannDFGProf. Spath* keine Veränderungen in 2011Im Cluster F wurden vier Doktoranden betreut. Zwei Arbeiten laufen über 10/2012 hinaus. EinePromotion wird zu Beginn des Jahres 2013 abgeschlossen.Die Forschungsarbeit von Steffen Ehrenmann zum Thema „Diversität in derProduktentwicklung“ wurde mit der Promotion beendet. Eine weitere Forschungsarbeit desClusters F zum Thema der integrierten Sachgut- und Dienstleistungsentwicklung konnte durchChristopher Sauerhoff im Rahmen einer empirischen Studie zur Dienstleistungskompetenzvon Werften weiter konkretisiert werden und wird Anfang 2013 zur Begutachtung eingereichtwerden.77

Forschungsstand ausgewählter Projekte in Cluster FThemaF3: Kosten- und zeiteffizienter Wandel vonProduktionssystemen: Wissens- und KompetenzbasisDoktorand:Dipl.-Kfm. techn. Frank EhrenmannThesis Committee: Prof. Dr. Michael Reiß (BWI - Abt. II)Prof. Dr.-Ing. Dieter Spath (IAT)Projektbeginn: 15.03.2009E-Mail:frank.ehrenmann@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassungDie Wettbewerbsfähigkeit von netzwerkförmig organisierten Produktionssystemen hängt imZuge innovativer Prozesstechnologien, neuer Geschäftsmodelle und Netzwerkkonfigurationenimmer stärker von der Effizienz ihrer Veränderungsprozesse ab. Aus diesem Grund verfolgtdie Forschungsarbeit das Ziel, einen Change Management-Ansatz zur Förderung eineskosten- und zeiteffizienten Wandels zu entwickeln.Im Rahmen der Forschungsarbeit wurde vor diesem Hintergrund bereits eine Modellierungvon Produktionssystemen vorgenommen, die über vorhandene Standard-Modellierungsansätze wie z.B. dyadische Kooperations- und Supply-Chain-Modelle hinausgeht. Anhand dieser Modellierung gelang es, aktuelle Entwicklungen in der Produktionspraxis(z.B. eine weitreichende Segmentierung und Vernetzung, neue Wettbewerbskonstellationensowie strategische Allianzen im Zuge komplementärer Leistungsangebote) abzubilden. AufGrundlage einer Analyse der theoretischen Erklärungsansätze zum Netzwerkwandel sowieeiner empirischen Bestandsaufnahme zum Management des Wandels wurden mit demreaktiven und proaktiven Change Management zwei generische Change Management-Ansätze entwickelt. Zwei quantitative empirische Erhebungen zum organisierten Wettbewerbin Produktionssystemen sowie zum Einsatz neuer Medien in Veränderungsprojekten liefertenhierfür wertvolle neue Erkenntnisse. Die Entwicklung des performance-orientierten BalancedResilience Change Management-Konzepts diente im Rahmen der Arbeit als Grundlage für dieDiskussion der zentralen Erfolgsdeterminanten des Change Managements. Die dabeientwickelten Gestaltungsaussagen fördern eine ausgewogene Erreichung von heterogenenZielen im Change Management. Vor dem Hintergrund der im Rahmen der Arbeit diskutiertenKomplexität des Wandels sowie der unvollständigen Wissensbasis im Change Managementverfolgt die Arbeit einen eklektischen Ansatz. Anstelle präziser Algorithmen stehen praxisnaheHeuristiken im Mittelpunkt.Aktueller Schwerpunkt der Forschungsarbeit ist die empirische Modellüberprüfung. Einenzentralen Stellenwert nimmt dabei die Untersuchung geeigneter Kopplungsmuster desreaktiven und proaktiven Change Managements zur Generierung eines kosten- undzeiteffizienten Wandels ein.78

ThemaF6: Diversity in der ProduktentwicklungDoktorand:Dipl.-Ing. Steffen EhrenmannThesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Dieter Spath (IAT)Prof. em. Dr. Erich Zahn (GSaME)Projektbeginn: 01.05.2008ZusammenfassungDie Arbeit wurde 2012 erfolgreich abgeschlossen.Zunehmend dezentrale Entwicklungsaktivitäten sowie die Verschiebung des Kerns derWertschöpfung im Innovationsgeschehen hin zu anwendungsnahen Bereichen stellen aktuelleHerausforderungen für Unternehmen dar. Aufgrund der gesteigerten Internationalisierung vonForschungs- und Entwicklungstätigkeiten gewinnt die Fähigkeit von Unternehmen,Innovationen in einer kulturell diversen Zusammenarbeit zu generieren, immer stärker anBedeutung. Den frühen Phasen der Produktentwicklung kommt dabei eine Schlüsselfunktionzu, da hier die größte Möglichkeit zur Einflussnahme besteht und der Grundstein für denspäteren Entwicklungserfolg gelegt wird. Kulturelle Unterschiede sowie deren Einfluss auf diefrühen Phasen der Produktentwicklung finden häufig noch immer wenig Aufmerksamkeit in derPraxis. Dies führt zu kulturbedingten Konflikten, welche die Leistung der neuenEntwicklungseinrichtungen oder Entwicklungspartnerschaften reduzieren. Zusätzlich werdendie Innovationspotenziale der beteiligten Akteure nicht vollständig erschlossen. Um denNutzen von Diversität zu erschließen und die Herausforderungen einer kulturell diversenZusammensetzung besser zu bewältigen, wurde ein Managementmodell entwickelt. Diesesberücksichtigt neben aufgabenorientierten Aspekten auch personenorientierte Maßnahmenund Rahmenbedingungen und bezieht kulturelle Gesichtspunkte in die Entwicklung vonHandlungsmaßnahmen mit ein. Die Arbeit zeigt, dass kulturelle Unterschiede einen relevantenEinfluss auf den Erfolg der Produktentwicklungsaktivitäten in den frühen Phasen derProduktentwicklung haben. Das entwickelte Managementmodell erlaubt die frühen Phasen derProduktentwicklung im multikulturellen Kontext ganzheitlich zu betrachten und Aussagen zurGestaltung von Handlungsmöglichkeiten zu treffen.ThemaF2: Integrierte Sachgut- und Dienstleistungsentwicklung fürinnovative SystemlösungenDoktorand:M. Sc. Christopher SauerhoffThesis Committee: Prof. Dr. Wolfgang Burr (BWI - Abt. I)Prof. Dr.-Ing. Dieter Spath (IAT)Projektbeginn: 01.08.2008E-Mail:christopher.sauerhoff@gsame.uni-stuttgart.de79

ZusammenfassungCompetitive Differentiation within the Shipbuilding Industry – Strategic Development of ServiceCompetenceDas Ziel der Forschungen besteht darin, Möglichkeiten und Ansätze für den Aufbau vonDienstleistungskompetenzen im Schiffbau zu erforschen, die westliche Werften in die Lageversetzten, sich von Wettbewerbern zu differenzieren. Die Forschungsfragen lauten: (1) Wieentwickelt eine Werft Dienstleistungskompetenzen? (2) Wie zahlt es sich für einewesteuropäische Werft aus, Dienstleistungskompetenzen aufzubauen? Nach sorgfältigerAuswertung der Fachliteratur erfolgte die Erarbeitung eines konzeptionellen Theoriemodells.Anknüpfend an die theoretische Vorarbeit wurde eine empirisch qualitative Vorstudiedurchgeführt. Hierzu wurden Ende 2010 26 Experten aus 14 Nationen interviewt und dieErgebnisse nach Gläser und Laudel (2010) ausgewertet. 73% der Befragten (n=26) gaben an,Dienstleistungen würden zur Differenzierung beitragen. Eine künftig steigende Bedeutung vonServices im Schiffbau erwarteten 50%. Gleichwohl maßen nur 38% der befragtenUnternehmen Dienstleistungen eine größere finanzielle Bedeutung bei. 54% derInterviewpartner sehen die Zukunft des modernen Schiffbaus in Asien, nur 27% in West-Europa. Unter Berücksichtigung der gewonnenen Erkenntnisse wurde ferner eine quantitativeUntersuchung in Form einer schriftlich standardisierten Online-Befragung durchgeführt.Weltweit konnten 360 schiffbauende Werften (Seeschiffe) identifiziert und dazu eingeladenwerden, den über 80 Einzelfragen umfassenden Fragebogen zu beantworten. Im Ergebniserbrachte diese internationale Studie, von April bis August 2011, 41 komplett ausgefüllteRückläufer aus über 21 Ländern (5 Kontinente). Anhand der erhobenen Daten werden nun die8 aus dem Theoriemodell abgeleiteten Hypothesen verifiziert/falsifiziert. Von unschätzbaremWert für die Arbeit an der Dissertation erweist sich die strukturierte und intensive Betreuungsowie die interdisziplinäre Ausrichtung der GSaME. Von großem Nutzen waren nicht nur dasin Vorträgen und Kolloquien vermittelte Technikwissen, sondern auch die im Bereich derInformatik vermittelten Fachkenntnisse. So konnten die Ingenieure der Werften zielgerichtet,mit dem eigens dafür programmierten Fragebogen, befragt und die erhobenen Datenausgewertet werden. Bezüglich des Differenzierungspotenzials einer Werft zeigen dieErgebnisse der Datenauswertung einen direkten positiven Zusammenhang zwischen derDienstleistungskompetenz einer Werft auf deren Auftragslage. Für diesen Zusammenhangkonnte ein partieller Mediatoreffekt nachgewiesen werden, der die Bedeutsamkeit desKundennutzens und der Wettbewerbsfähigkeit einer Werft belegt. Eine Zunahme derDienstleistungskompetenz einer Werft geht demnach mit einer Zunahme des Kundennutzenseinerseits und einer Zunahme der Wettbewerbsfähigkeit andererseits einher.ThemaF4: Frühe Phasen der ProduktentwicklungDoktorandin:Dipl.-Ing. Lena WagnerThesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Dieter Spath (IAT)Prof. em. Dr. Erich Zahn (GSaME)Projektbeginn: 01.05.200880

ZusammenfassungDie Arbeit wurde Anfang 2013 erfolgreich abgeschlossen.Die frühen Phasen der Produktentwicklung sind gerade in Zeiten von Globalisierung und hartumkämpften Märkten stark in den Fokus der Forschung gerückt. Hier wird großes Potenzialzur Verbesserung und Beschleunigung für den gesamten Produktentwicklungsprozessgesehen. Unternehmen sollen in den frühen Phasen, mittels der zu entwickelndenVorgehensweise, unterstützt werden, nicht nur Ideen für Sachleistungen, sondern auch fürDienstleistungen zu generieren und damit symbiotisch hybride Produkte von Anfang an zuentwickeln. Um möglichst integrativ und determinierend vorgehen zu können, wurdenunterschiedliche methodische Grundlagen analysiert.Im Gegensatz zu vielen in der Literatur bekannten Methoden, welche sich stark an dem‚technology-push‘-Ansatz orientieren, beginnt die entwickelte Vorgehensweise auf der Seitedes Marktes, sie orientiert sich an dem ‚market-pull‘-Ansatz und setzt sich zu Beginn intensivmit den aktuellen Problemen des Marktes beziehungsweise der Kunden auseinander. Wenndie Kundenbedürfnisse jedem Teilnehmer verständlich sind, geht es in einem nächsten Schrittzur Generierung der produktbezogenen Funktionen, also welche Funktionen das hybrideProdukt erfüllen muss, um die aktuellen Probleme des Kunden am Markt zu lösen. DasVorgehen wurde erfolgreich in Unternehmen getestet.3.7. Cluster G – Intelligente ProduktionseinrichtungenClusterdirektor:E-Mail:Prof. Dr.-Ing. Peter Klemmpeter.klemm@gsame.uni-stuttgart.deProduktionssysteme müssen heute schnell und wirtschaftlich auf sich veränderndeAnforderungen reagieren können. Basis dafür sind intelligente / wissensverarbeitende, flexible,rekonfigurierbare Produktionseinrichtungen. Daraus leiteten sich in der ersten FörderperiodeForschungstätigkeiten in der Rekonfigurierbarkeit, der High End-Aktorik, der Lasertechnik, derintelligente Sensordatenverarbeitung, der Wissensintegration, der Energieeffizienz und derintelligenten Robotersteuerung ab.Zusammenfassung des Forschungsstandes des ClustersThemen Gesamt DFG Industrie / FhGlaufende 7 4 3offene 0 - -81

Tabelle mit Übersicht der aktuellen Forschungsthemen des ClustersNr. Forschungsthema Status* Doktorand/in Finanzierung ErstbetreuerG3G4G5G7Laserstrahlquellen fürinnovative ProduktionseinrichtungenIntegration von Sensorikund Modellierungsansätzenfür die thermokinetischeBeschichtungHochdynamische Lineardirektantriebein derProduktionstechnikService OrientierteArchitektur (SOA) für dieKonfiguration undInbetriebnahme vonProduktionsmaschinenBearbeitung Katrin Wentsch DFG Prof. GrafAbgeschlossenMiriamFloristánDFGBearbeitung Matthias Engel DFGProf. GadowProf.SchinkötheBearbeitung Michael Abel DFG Prof. KlemmG8Intelligente Steuerung vonSpritzlackieranlagenFinalisierungChristian Hager Fraunhofer IPAProf.WestkämperG9Steuerungstechnik für eineenergieeffizienteKühlschmierstoffversorgungBearbeitungRaphaelRahäuserRobert BoschGmbHProf. KlemmG13Schnelle Scanner für diefertigungstechnischeUmsetzung derLeistungsparameterkünftiger UKP-OszillatorenBearbeitungH. EckerleTRUMPF LaserGmbH + Co.KGProf. Graf* Veränderungen in 2012 sind in der Tabelle fett markiertDarauf aufbauend sollen künftig die Adaptionsfähigkeit, die Lernfähigkeit, die Prozesseffizienzund die Nachhaltigkeit im Kontext der intelligenten Produktionseinrichtungen untersuchtwerden. Seit Juni 2009 wird das Thema "Service Orientierte Architektur für die Konfigurationund Inbetriebnahme von Produktionsmaschinen – „Universal Plug and Produce“ (UPnProd)"im Cluster behandelt. Die Arbeit ordnet sich im Schwerpunkt "RekonfigurierbareProduktionsmaschinen" ein. Dabei werden aktuelle Methoden für verteilte Systeme zurBeherrschung der Informationstechnik in rekonfigurierbaren Maschinen eingesetzt mit demZiel, die Rekonfiguration und Wiederinbetriebnahme zu unterstützen.Weiterhin werden im Cluster unter dem Schwerpunkt „Adaptive Produktionstechnik“hochdynamische Lineardirektantriebe analysiert.Das Thema "Integration von Sensorik und Modellierungsansätzen zur Entwicklung adaptiver,teilautonomer Fertigungszellen für die thermokinetische Beschichtung" wird im Cluster intensivuntersucht. Ziel ist die Entwicklung eines Verfahrens, das die Offline Programmierung einerRobotertrajektorie für thermokinetische Beschichtungsprozesse in Verbindung mit eineroptimierten Wärmeverteilung für einen Schichtverbund erlaubt und die Homogenität derSchichteigenschaften fördert. Diese Arbeit wurde abgeschlossen. Die Arbeit ordnet sich imSchwerpunkt "Modellbasierte Prozessplanung und -optimierung" ein.82

Des Weiteren wird im Cluster der Spritzlackierprozess untersucht. Diese Arbeit ist weitfortgeschritten und wurde Anfang 2013 abgeschlossen. Das Thema ordnet sich in dieintelligente Sensordatenverarbeitung und die intelligente Produktionseinrichtung ein.Aufgrund der physikalischen Wechselwirkung Laser/Materie weist die Materialbearbeitung mitLasern starke Abhängigkeiten von den zu bearbeitenden Materialien auf. Diese müssen ineiner angepassten Prozessplanung und -optimierung sowie der Prozessüberwachungberücksichtigt werden. Seit April 2009 wird im Cluster an der Auslegung und Charakterisierungeines modengekoppelten Scheibenlasers „Scarlettlaser“ gearbeitet. Im letzten Jahr wurdenwichtige Ergebnisse über Ytterbium-dotierte Lasermaterialien erzielt und publiziert.Abb. 16: Übersicht über die Forschungsprojekte: „Scarlet Laser (sub picosecond thin disc laser)“ und „ServiceOriented Architecture for Reconfigurable Machines“Seit November 2009 wird das Thema Energieeffizienz von einem Doktoranden am Beispielder Kühlschmierstoffversorgung untersucht. Es wurde ein Lösungskonzept zur Aufrüstungeiner bestehenden Kühlschmierstoffversorgungs-Zentralanlage entwickelt. WeitereErgebnisse wurden erzielt und publiziert.Die Untersuchungen des Clusters zur kollisionsfreien Bahnplanung von Industrierobotern unddie Forschungsaktivitäten über die Vereinfachung von FEM-Modellen wurden fortgesetzt.Darüber hinaus wurden Forschungsleistungen über die semiaktive Dämpfung vonVorschubantrieben erbracht.Die Ausbildung der Promovierenden des Clusters ist weiter vorangeschritten. Daraus sindwichtige Beiträge zum advanced Manufacturing and Engineering entstanden, die über diePromotionsthemen hinausgehen. Promovierende des Clusters haben ihrAusbildungsprogramm abgeschlossen. Weitere Promovierende sind in der (späten) mittlerenPromotionsphase.83

Forschungsstand ausgewählter Projekte in Cluster GThemaG7: Service Orientierte Architektur (SOA) für die Konfigurationund Inbetriebnahme von ProduktionsmaschinenDoktorand:Dipl.-Ing. Michael AbelThesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Peter Klemm (ISW)Prof. Dr. rer. nat. habil. Paul Levi (IPVS)Projektbeginn: 15.05.2009E-Mail:michael.abel@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassungDie Inbetriebnahme von Produktionsmaschinen verursacht einen erheblichen Anteil an denKosten einer Produktionsmaschine. Vor allem im Bereich der rekonfigurierbaren Maschinenist eine kurze Inbetriebnahmezeit essenziell, da ein Umbau bei Maschinen dieses Typs oftstattfindet. Diese Kosten können mit einer automatisierten Inbetriebnahme erheblich verringertwerden, da die Maschine somit nach einer Rekonfiguration schnell wieder betriebsbereit ist.In der Vergangenheit wurden primär mechanische und elektronische Eigenschaften dieserMaschinen untersucht. Die informationstechnischen Besonderheiten wurden allerdings imHinblick auf eine Automatisierung der Inbetriebnahme bisher noch nicht eingehend betrachtet.Ziel dieses Foschungsprojektes ist die Erstellung eines Konzeptes für die Automatisierung derInbetriebnahme einer rekonfigurierbaren Produktionsmaschine. Aus Sicht derInformationstechnik ist eine solche Maschine ein System mit verteilter Funktionalität. Daherwerden in dieser Arbeit Konzepte des Service-Computings mit den Konzepten derProduktionstechnik vereint. Zudem wird untersucht, inwiefern die Inbetriebnahme undParametrierung einer Produktionsmaschine anhand eines durchgängigen service-orientiertenKonzeptes erreicht werden kann. Darüber hinaus wird eine Forschungsplattform für dieUntersuchung von automatisierten Inbetriebnahmevorgängen aufgebaut.Die Forschungsplattform dient zur Simulation einer rekonfigurierbaren Maschine, die ausmechatronischen Modulen aufgebaut ist. Jedes Modul beherbergt u.a. ein Echtzeit-Simulationsmodell, eine sercos III Feldbusschnittstelle sowie flexible Dienste für dieInbetriebnahmeunterstützung. Damit wird es möglich, die internen Softwaresysteme einerrekonfigurierbaren Maschine noch vor dem Aufbau im Hinblick auf eine automatisierteInbetriebnahme zu optimieren.Die Verkürzung der Inbetriebnahme stellt somit einen weiteren Schritt zur Gestaltung voneffizienten und wandlungsfähigen Strukturen auf Maschinenebene dar.84

ThemaG5: Hochdynamische Lineardirektantriebe in derProduktionstechnikDoktorand:Dipl.-Ing. Matthias EngelThesis Committee: Prof. Dr.-Ing Wolfgang Schinköthe (IKFF)Prof. Dr.-Ing. Manfred Berroth (INT)Projektbeginn: 01.10.2008E-Mail:matthias.engel@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassungWirbelstrom- und Hystereseverluste bei hochdynamischen Lineardirektantrieben in derProduktionstechnikDer Energieverbrauch ist ein bedeutender Kosten- und Umweltfaktor in der Produktion. SeineReduzierung hat daher hohe Priorität bei der Erreichung von Nachhaltigkeitszielen. Dahersollen elektrische Linearantriebe kleiner Leistung, wie sie auch in der variantenreichenProduktion im Einsatz sind, auf ihr Einsparungspotenzial hin untersucht werden, speziell beiden Ummagnetisierungsverlusten im Material.Bei der Untersuchung der Ummagnetisierungsverluste kommen sowohl simulative Methodenals auch ein realer Prüfstand zum Einsatz, auf dem in einem realitätsnahen Aufbauunterschiedliche Materialien und Konfigurationen eines Lineardirektantriebs geprüft werdenkönnen. Ziel des Forschungsobjektes ist die Untersuchung und die Messung derUmmagnetisierungsverluste. Aus den Ergebnissen sollen dann Rückschlüsse gezogenwerden, wie man tubulare Lineardirektantriebe konstruktiv oder materialseitig optimieren kann.ThemaG4: Integration von Sensorik und Modellierungsansätzen für diethermokinetische BeschichtungDoktorandin:Dipl.-Ing. Miriam Floristán-ZubietaThesis Committee: Prof. Dr. Dr. h. c. Rainer Gadow (IFKB)Prof. Dr.-Ing. Peter Klemm (ISW)Projektbeginn: 01.04.2008ZusammenfassungDie Arbeit wurde 2012 erfolgreich abgeschlossen.Mittels thermokinetischer Beschichtungsverfahren wird ein partikelbeladener Heißgasstrahlgeneriert, der die Herstellung metallischer, keramischer und cermetischer Schichten aufunterschiedlichen Bauteilen ermöglicht. Hierdurch können charakteristische Eigenschaftenvon Substrat- und Schichtwerkstoff kombiniert werden. Um Reproduzierbarkeit und hoheProduktqualität sowie Mitarbeitersicherheit zu gewährleisten, werden Spritzpistolen bei85

thermokinetischen Spritzverfahren mit Robotersystemen geführt. Die relative Bewegungzwischen Brenner und Substrat während der Beschichtungsprozesse beeinflusst maßgeblichdie Wärme- und Stoffübertragung auf das Bauteil und bestimmt dadurch dieSchichtmikrostruktur, physische und chemische Eigenschaften sowie die Funktionalität undQualität. Außerdem werden die Anforderungen an reproduzierbare, hoch präziseBeschichtungen auf Substraten mit Frei-Form-Flächen immer höher. Aus diesem Grund sollenRobotertrajektorien geplant werden, um die Homogenität der Schichten in Bezug auf diegeforderten Toleranzen abzusichern. Des Weiteren soll eine optimierte Brennerführungermöglicht werden, die zu einem minimierten thermischen Gradienten im Verlauf derBeschichtung führt.Für die Evaluierung der Abhängigkeiten zwischen Beschichtungsqualität und-eigenschaften mit den durch die relative Bewegung zwischen Brenner und Substratdefinierten Parametern wurden experimentelle Untersuchungen durchgeführt. Es wurde einOffline-Planungsmodell entwickelt, um die Prozesskinematik unter Beachtung der Wärme- undStoffübertragung auf das Substrat zu optimieren. Eine externe Achse, welche das Bauteilwährend der Beschichtung positioniert, wurde in koordinierter Bewegung mit dem Roboterprogrammiert. Ein Transfer der Robotertrajektorie in ein FEM-Modell wurde durchgeführt.Anhand dieses Modells kann die Temperaturverteilung über die Prozessdauer im Substrat inAbhängigkeit des Prozesses kinematisch analysiert und optimiert werden. Dafür wurdenWärmefluss- und Schichtabscheidungsmodelle auf Basis experimenteller Untersuchungenentwickelt.ThemaG8: Intelligente Steuerung von SpritzlackieranlagenDoktorand:Dipl.-Ing. Christian HagerThesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper (GSaME)Prof. Dr.-Ing. Peter Klemm (ISW)Prof. Dr.-Ing. habil. Bernhard Mitschang (IPVS)Projektbeginn: 01.06.2008ZusammenfassungNeben Farbe und Glanz ist für die Charakterisierung der optischen Qualität einer Lackierungdie Oberflächenstruktur ein entscheidendes Qualitätsmerkmal. Da es beim Spritzlackiereneine hohe Anzahl an Einflüssen auf die Entstehung der Oberflächenstruktur gibt, wie z. B. dieZerstäubungsfeinheit des Lacksprays, die Untergrundstruktur oder die Lage der zubeschichtenden Fläche (horizontal/vertikal), weisen Lackierungen nach der Trocknung undHärtung oftmals deutlich unterschiedliche Oberflächenstrukturen auf.In aufwendigen Optimierungsversuchen wird versucht, durch empirische Anpassungen derProzessparameter eine akzeptable Oberflächenstruktur zu erzeugen. In vielen Fällen könnendie gewünschten Oberflächenstrukturen jedoch nur durch kostenintensive Schleif- undPolierprozesse sowie Mehrfachlackierungen erreicht werden. Es fehlt eine modellbasierte86

Anpassung von Prozessparametern, um gezielt die Oberflächenstruktur einer Lackierungoptimieren zu können.Mit dieser Arbeit wird ein geschlossenes 3D-Modell bereitgestellt, welches dieHauptmechanismen der Lackfilm-Oberflächenstrukturbildung beinhaltet. Durch numerischeUntersuchungen mit dem ebenfalls im Rahmen dieser Arbeit entwickeltenSimulationsprogramm konnte zusätzlich ein tieferes Prozessverständnis für dieOberflächenstrukturbildung bei der Spritzlackierung erarbeitet werden. Es wurden dieunterschiedlichen Einflüsse der verschiedenen strukturbildenden Mechanismen auf dieWellenlängenbereiche 100 µm bis 30 mm zusammengefasst werden und daraus Ableitungenfür eine gezielte Optimierung von Prozessparametern gewonnen werden. Das 3D-Modell unddie Ergebnisse aus den numerischen Untersuchungen konnten erfolgreich auf einen realenBeschichtungsversuch angewandt werden. Durch diese Arbeit ist es nun erstmals möglich,gezielt modellbasierte Optimierungen beim Spritzlackierprozess hinsichtlich derOberflächenstrukturbildung durchzuführen.Die Arbeit wurde zu Beginn des Jahres 2013 abgeschlossen.ThemaG9: Steuerungstechnik für eine energieeffizienteKühlschmierstoffversorgungDoktorand:Dipl.-Ing. M. Sc. Raphael RahäuserThesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Peter Klemm (ISW)Prof. Dr.-Ing. habil. Bernhard Mitschang (IPVS)Projektbeginn: 01.11.2009E-Mail:raphael.rahaeuser@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassungAufgrund steigender Energiepreise sowie der wachsenden Bedeutung des Klimaschutzeserlangt die Energieeffizienz in der Industrie einen immer höheren Stellenwert. In derspanenden Fertigung hat die Kühlschmierstoffversorgung bei vielen Anwendungen einenAnteil von über 50 % am gesamten Energieverbrauch. Ziel des Forschungsprojekts ist esdaher, Lösungen zur Steigerung der Energieeffizienz von Kühlschmierstoffanlagen zuerarbeiten.Damit in Energieeffizienzmaßnahmen investiert wird, ist die richtige Vorabbewertung desEnergieeinsparpotenzials ein entscheidender Faktor. Durch die Maßnahmen kommt esaufgrund energetischer Zusammenhänge im Kühlschmierstoffkreislauf zu zusätzlichenEinspareffekten, die bei der Vorabbewertung bisher noch nicht berücksichtigt werden. EineAnalyse ergab, dass durch die Berücksichtigung der zusätzlichen Einspareffekte daskalkulierte Einsparpotenzial nahezu doppelt so hoch sein kann, im Vergleich zu einerBewertung ohne die zusätzlichen Einspareffekte. Daher wurde eine modellbasierte Methodezur Ermittlung der zusätzlichen Einspareffekte erarbeitet.Der Kühlschmierstoff wird nach dem Einsatz in einer Filteranlage zur Wiederverwendunggereinigt. Eine Analyse ergab, dass für viele Arten von Druckfilteranlagen noch keineLösungen für einen bedarfsgerechten Betrieb verfügbar sind und dass87

Energieeinsparpotenzial in der Regel bei über 50% liegt. Daher wurde am Beispiel vonzentralen Anschwemmfilteranlagen ein Regelungskonzept für eine energieeffizienteBetriebsweise erarbeitet. Im weiteren Projektverlauf ist es das Ziel, die erarbeiteteRegelungsstrategie an einer bestehenden Filteranlage umzusetzen.ThemaG3: Laserstrahlquellen für innovative ProduktionseinrichtungenDoktorandin:Dipl.-Ing. Katrin Sarah WentschThesis Committee: Prof. Dr. phil. nat. habil. Thomas Graf (IfSW)Prof. Dr.-Ing. Manfred Berroth (INT)Projektbeginn: 01.04.2009E-Mail:katrin.wentsch@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassungLasersysteme mit Pulsdauern im Bereich von Piko- und Femtosekunden sind heutzutage zueinem wichtigen Werkzeug für Anwendungen im Bereich der Materialbearbeitung geworden.Ultrakurzgepulste Lasersysteme kombinieren eine hohe Pulsspitzenleistung mit einer sehrkurzen Wechselwirkungszeit, was eine präzise Bearbeitung und einen nahezu defektfreienMaterialabtrag ermöglicht. Dadurch werden thermische Einflüsse und unerwünschteBearbeitungsmerkmale wie Mikrorisse oder Schmelzablagerungen minimiert.Ziel des Forschungsprojekts ist es, neuartige Ytterbium-dotierte Materialien für den Einsatz inultrakurz-gepulsten Scheibenlasersystemen zu untersuchen. Aufgrund der guten thermischenEigenschaften wird bisher vor allem Ytterbium-dotiertes Yttrium Aluminium Granat (Yb:YAG)kommerziell als laseraktives Material eingesetzt. Da für die Erzeugung ultrakurzer Pulse nebender hohen Wärmeleitfähigkeit auch eine große Verstärkungsbandbreite und ein großerEmissionsquerschnitt unabdingbar ist, werden aktuell weitere Ytterbium-dotierte Materialien inBetracht gezogen und auf deren Eignung für das Scheibenlaserkonzept geprüft. DieseMaterialien werden sowohl theoretisch durch Simulationen und Modellierungen als auchexperimentell im Dauerstrich- und im Modengekoppelten Betrieb untersucht.Hierbei konnte unter anderem ein passiv modengekoppelter Scheibenlaser mit demlaseraktiven Material Yb:Sc 2SiO 5 (Yb:SSO) umgesetzt werden. Bei einer mittlerenAusgangsleistung von 28 W wurde eine Pulsdauer von 300 fs bei einer Repetitionsrate von27 MHz erzielt [1]. Desweiteren wurde in Zusammenarbeit mit dem Institut d’Optique derUniversité Paris Sud mit dem vielversprechenden Laserkristall Yb:CALGO ein passivmodengekoppelter Scheibenlaser mit einer mittlere Ausgangsleistung von 20 W und einerPulsdauer von 197 fs bei einer Repetitionsrate von 23 MHz realisiert [2].Weitere Experimente mit den vielversprechenden Laserkristallen wie z.B. Yb:Lu 2O 3, Yb:CaF 2und Yb:YAB sind bereits in Bearbeitung und werden in naher Zukunft die Tauglichkeit für ihrenEinsatz in ultrakurz-gepulsten Scheibenlasern zeigen.88

ThemaG13: Schnelle Scanner für die fertigungstechnische Umsetzungder Leistungsparameter künftiger UKP-OszillatorenDoktorand:Dipl.-Ing. Michael EckerleThesis Committee: Prof. Dr. phil. nat. habil. Thomas Graf (IfSW)Prof. Dr.-Ing. Manfred Berroth (INT)Projektbeginn: 01.01.2012E-Mail:michael.eckerle@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassungZusätzlich zu einer hohen Bearbeitungseffizienz und zur besseren Bearbeitungsqualitätermöglicht die laserbasierte Materialbearbeitung die Verwendung von Materialien und dieAnwendung von Prozessen, die mit den konventionellen Verfahren nicht realisierbar sind. Indiesem Zusammenhang stellen kommende Anwendungen mit Ultrakurzpuls-Lasern neueHerausforderungen für das Scannersystem dar. Durch die zunehmend höherenRepetitionsraten neuer UKP-Lasersysteme ist es hierbei wünschenswert, jeden einzelnenLaserpuls auf dem Werkstück auflösen zu können, um eine zu große Wärmeakkumulation zuvermeiden. Dazu muss der Laserstrahl mit Geschwindigkeiten bis zu 1000 m/s auf demWerkstück verfahren werden.Ziel des Forschungsprojekts ist die Untersuchung verschiedener Scannerkonzepte, die dietechnischen Grenzen heutiger mechanischer Systeme überwinden. Neben neuenmechanischen und elektro-mechanischen Systemen sind vor allem elektro-optische undhybride Ansätze zu verfolgen.In einem ersten Schritt gilt es, die Einsetzbarkeit von KTN (Kalium Tantal Niobat) zuuntersuchen, einem Kristall mit einem extrem großen elektro-optischen Koeffizienten. KTNwurde kürzlich durch die Entdeckung eines neuartigen elektro-optischen Effekts großeAufmerksamkeit zuteil.3.8. Cluster H – Nachhaltigkeit in der ProduktionClusterdirektor:E-Mail:Prof. Dr.-Ing. Prof. E. h. Dr.-Ing. E. h. Dr. h. c. mult.Engelbert Westkämperengelbert.westkämper@gsame.uni-stuttgart.deDas Cluster "Nachhaltigkeit in der Produktion" erforscht Methoden und Konzepte, die auf langeSicht ökonomische, ökologische und gesellschaftspolitische Aspekte im Unternehmenskontextbetreffen. Da diese jedoch viele Themen umfassen können, hat die GSaME im Cluster HSchwerpunkte gesetzt. So werden zum einen Geschäftsmodelle zur Steigerung derRessourceneffizienz und zum anderen Strategien für kleine und mittlere Unternehmen zumnachhaltigen Wirtschaften untersucht. Die Interdisziplinarität hat sich dabei bewährt. BeideThemen werden zunächst branchenbezogen untersucht, bieten jedoch das Potenzial auch aufProblemstellungen außerhalb des Forschungsschwerpunktes angewandt werden zu können.2012 wurden keine neuen Forschungsthemen im Cluster H begonnen.89

Ein methodengeleitetes Vorgehen, welches die Komplexität und die Vielfältigkeit vonThemenstellungen im Bereich Nachhaltigkeit berücksichtigt, ist dabei wichtig. Die von denDoktoranden in den Forschungsprojekten erworbene Methodenkompetenz im BereichFallstudien und Interviews wurde in einem Methodenworkshop mit anderen Doktorandengeteilt.Barbara Seeberg gestaltete zudem Inhalte der im April 2012 stattgefundenen Summer Schoolmit, die über das Chinesisch-Deutsche Zentrum für Wissenschaftsförderung finanziert wurde.Diese bot 15 chinesischen und mehr als 20 deutschen Teilnehmern die Möglichkeit, ihr Wissenüber „Advanced Manufacturing Systems - die Fabrik der nächsten Generation“ zu erweiternund ermöglichte einen intensiven interkulturellen Austausch (ein eigener Bericht liegt vor).Max Regenfelder ist Mitglied der Arbeitskreise Abfall/Rohstoff und Nachhaltigkeit derDeutschen Gesellschaft für Abfallwirtschaft und Mitglied im Ausschuss der VDI-Richtlinie 2343'Recycling elektr(on)ischer Geräte'. Bei dieser hat er vor allem zum ökonomischen Teil desEnde 2012 fertiggestellten Blattes ReUse beigetragen. Max Regenfelder beteiligt sich an denFallstudien 'ICT ReUse Networks' und 'Automotive' des EU-geförderten Projekts ZeroWIN('Towards ZeroWaste in Industrial Networks'). Doktorandenkolloquien zubeiden Forschungsthemen fanden laufend vor unterschiedlichem Publikum statt.Zusammenfassung des Forschungsstandes des ClustersThemen Gesamt DFG Industrielaufende 2 2 -offene - - -Tabelle mit Übersicht der aktuellen Forschungsthemen des ClustersNr. Forschungsthema Status* Doktorand/in Finanzierung ErstbetreuerH2H490Stakeholderintegration inNutzungssysteme einerindustriellen ÖkologieIntegration von produktundprozessorientiertenAnsätzen alsganzheitliches Konzepteiner industriellen Ökologie* Keine Veränderungen 2012BearbeitungBearbeitungBarbaraSeebergMaxRegenfelderDFGDFGProf. ZahnProf.WestkämperIm Cluster H werden zwei Doktoranden betreut. Beide Doktoranden werden ihreForschungsarbeiten wie geplant in 2013 abschließen.Die laufenden Forschungs- und Promotionsarbeiten des Clusters konnten vor allem imHinblick auf die ökologischen Grenzen der industriellen Produktion wesentliche Beiträge zurFrage leisten, wie Unternehmen ihre absolute Umweltperformance bewerten können. Mit derhierbei entworfenen Maßzahl einer „Ecological Allowance“ ist es möglich, klare Aussagen über

die ökologische Sinnhaftigkeit von Produkten sowie über ihren gesamten Lebenszyklusbezüglich ihrer CO 2-Bilanz zu treffen. Diese neue Metrik wurde in einer Szenarioanalyse derdeutschen Automobilindustrie erfolgreich angewendet Zur Umsetzung vonNachhaltigkeitskonzepten werden zudem Geschäftsmodellinnovationen nötig, um Recyclingund ReUse von Produkten ökonomisch sinnvoll anwenden zu können. Vor allem dieWiederverwertung und Wiedernutzung von Produkten stellt eine der großen zukünftigenNachhaltigkeitsherausforderungen dar. Vor diesem Hintergrund ist die Gremienarbeit desGSaME-Doktoranden Max Regenfelder als eine praxisrelevante Umsetzung einesnachhaltigen Wirtschaftens zu sehen.Das zweite Promotionsprojekt von Barbara Seeberg fokussiert vor allem auf dieManagementimplikationen für eine erfolgreiche Umsetzung von Nachhaltigkeitsanforderungenfür KMUs. Insbesondere klein- und mittelständische Unternehmen leisten im Rahmen derindustriellen Produktion einen wesentlichen Beitrag zur Umsetzung von Nachhaltigkeit. DieAnforderungen, die damit einhergehen, sind für größere Unternehmen weitgehend erforschtund erarbeitet. Insbesondere für KMU fehlen jedoch noch Erkenntnisse darüber, wieNachhaltigkeit zweckmäßig und effizient umgesetzt werden kann. Durch eine breit angelegtequalitative Studie - zusammen mit mehr als 10 Interviewpartnern aus klein- undmittelständischen Unternehmen der Industrieregion Baden-Württemberg - wird die aufgezeigteLücke im Rahmen des Promotionsprojekts von Frau Seeberg erfolgreich geschlossen.Die im Cluster H durchgeführten Forschungsarbeiten werden durch ein clusterspezifischesAusbildungsprogramm in enger Kooperation mit dem Forschungscluster D unterstützt. Hierbeikonnten vor allem wesentliche Beiträge zur Deutsch-Chinesischen Summer School erbrachtwerden.Publikationen und Tagungsbeiträge sind in Abschnitt 9 aufgeführt.Forschungsstand ausgewählter Projekte in Cluster HThemaH4: Integration von produkt- und prozessorientierten Ansätzenals ganzheitliches Konzept einer industriellen ÖkologieDoktorand:Dipl. oec. Maximilian RegenfelderThesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper (GSaME)Prof. em. Dr. Erich Zahn (GSaME)Projektbeginn: 01.04.2010E-Mail:max.regenfelder@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassungGeschäftsmodelle für die Grenzen des Wachstums – Ein Geschäftsmodellkonzept fürhochwertiges Recycling und Re-useProdukte aus Recyclingmaterial oder mit einem Wiederverwendungsansatz herzustellen, trägtzur effizienteren Nutzung natürlicher Ressourcen bei. Materialien und ihr Wert werden längerim industriellen Kreislauf gehalten bzw. erhalten. Dies ist ein Beitrag zu öko-effektivemWirtschaften und geht über inkrementelle Effizienzsteigerungen hinaus. Recycling- und Re-91

Use-Ansätze stellen komplexe, nicht nur rein technische Anforderungen an Unternehmen undkönnen Änderungen an bestehenden Geschäftsmodellen erfordern.Geschäftsmodellkonzepte sind ein Managementinstrument um Geschäftsmodelle abzubildenund zu rekonfigurieren. Sie dienen der Strategieumsetzung und Komplexitätshandhabung.Ziel des Forschungsprojekts ist, die Umsetzung von Recycling- und Re-Use-Ansätzen in diePraxis mit einem geeigneten Managementinstrument zu unterstützen. Hierzu wird ein neuesGeschäftsmodellkonzept entwickelt, das die Spezifika der beiden Ansätze berücksichtigt. Dasaus bestehender Theorie abgeleitete Konzept wird mit zwei empirischen Fallstudien an derUnternehmenspraxis validiert. Neu ist, dass das Konzept produktorientiert ist: Ausgehenddavon, was für ein gegebenes Produkt die ökologisch und ökonomisch vorteilhaftigsteProduktionsweise ist, ist das Geschäftsmodellkonzept weiter zu konfigurieren. Außerdemwerden Produkt, Absatzmarkt und Beschaffung betreffende Eigenschaften sowieAnforderungen an unternehmensinterne Ressourcen herausgearbeitet. Diese setzen dieVorbedingungen für eine erfolgreiche Umsetzung. Aufbauend auf dem neuenGeschäftsmodellkonzept wird ein Leitfaden zur groben ökonomischen und ökologischenPotenzialabschätzung von Re-Use- und Recycling-Ansätzen erstellt, um in großen Mehr-Produkt-Unternehmen geeignete Produkte und Produktkomponenten für die beiden Ansätzeidentifizieren zu können.ThemaH2: Stakeholderintegration in Nutzungssysteme einerindustriellen ÖkologieDoktorandin:Dipl.-Wirtsch.-Ing. (FH) MBA Barbara SeebergThesis Committee: Prof. em. Dr. Erich Zahn (GSaME)Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper (GSaME)Projektbeginn: 15.10.2009E-Mail:barbara.seeberg@gsame.uni-stuttgart.deZusammenfassungNachhaltigkeit in klein- und mittelständischen KMUsNachhaltigkeit ist ein häufig diskutiertes Konzept in Politik, Wirtschaft und Wissenschaft. Dabeiist eine genaue Definition schwierig, die Anwendungsgebiete sind nur unzureichendabgegrenzt und die Implikationen für nachhaltiges Wirtschaften gestalten sich vielfältig.Unternehmen stehen in einem besonderen Fokus. Sie produzieren Güter und beeinflussendabei ihre Umwelt. Bisherige Studien im Bereich Nachhaltigkeit konzentrieren sich häufig aufUnternehmen allgemein oder auf internationale Konzerne. Kleine und mittlere Unternehmen(KMU) werden dabei selten näher betrachtet.Dieses Forschungsprojekt verfolgt drei Ziele:1. Das Verständnis von Nachhaltigkeit in kleinen und mittleren Unternehmen (KMU) zuuntersuchen,2. die Stakeholdertheorie auf KMU auszuweiten und92

3. Strategieimplikationen daraus abzuleiten.Es wurden 12 Geschäftsführer von KMU mittels fokussierter, leitfadengestützter Interviewsbefragt. Die Ergebnisse werden in einer Strategiematrix zusammengefasst, die 15 einfacheRegeln zum nachhaltigen Wirtschaften für KMU aufzeigt. Diese erfüllt den Anspruch derNachhaltigkeit für KMU als auch das Nachhaltigkeitsverständnis von Politik und Wissenschaft.4. DissertationenNr. Forschungsthema Dissertation Doktorand/in Finanzierung ErstbetreuerF6C5G4D2D8Diversity in derProduktentwicklungWerkzeugintegrierteoptische Sensorik zurOnlinemessung vonWerkstücken undBearbeitungswerkzeugenIntegration von Sensorikund Modellierungsansätzenfür die thermokinetischeBeschichtungDatenverwaltung undInformationsbereitstellungin der EchtzeitfabrikCollaborative Systems: einsystemtheoretischer Ansatzfür interorganisationaleBeziehungen20122012201220122012Ehrenmann,SteffenFleischle,DavidFloristan-Zubieta, MirianMinguezCortes, JorgeNeumann,DonaldDFGDFGDFGDFGDAADProf. SpathProf. OstenProf. GadowProf.MitschangProf. ZahnA2* New Taylorism 2011 Lukas Scheiber DFG Prof. ZahnA4*C3*Entwicklung einesadaptivenProduktionskonzepts fürkürzer werdendeProduktlebenszyklen in derAutomobilindustrieProzessoptimierung fürSchichtverbundbauteiledurch Simulation vonStrömungsvorgängen beider thermokinetischenBeschichtung* Dissertationen 2010/112011 Löffler, Carina AUDI AG2010Dongmo,EstherDFGProf.WestkämperProf. Gadow93

Cluster C – Material- und ProzessengineeringThemaC5: Werkzeugintegrierte optische Sensorik zur Onlinemessungvon Werkstücken und BearbeitungswerkzeugenDoktorand:Dipl. -Ing. David FleischleThesis Committee: Prof. Dr. sc. nat. Wolfgang Osten (ITO)Prof. Dr. Dr. h. c. Rainer Gadow (IFKB)Prof. Dr. rer. nat. Thomas Ertl (VIS)Projektbeginn: 01.04.2008Dissertationsthema:Konzepte und Implementierungen für die prozessnahe Integration optischer SensorenZusammenfassung:Die industrielle Produktion, vor allem die Produktion von hochwertigen Gütern und Anlagen,stellt in Deutschland einen wichtigen Faktor für den wirtschaftlichen Erfolg auf dem Weltmarktdar. Um die Wettbewerbsfähigkeit im internationalen Vergleich zu sichern, ist es notwendig,ständig bessere Produkte zu entwickeln. Dies bedeutet sowohl Innovation bei derProduktentwicklung als auch eine Verbesserung der Produktqualität. Um die geforderteQualität mit hoher Zuverlässigkeit erzeugen zu können, sind Maßnahmen zur Überwachungder Fertigung und des Fertigungsergebnisses unabdingbar. Dafür sind kurze Prüfintervallenmöglichst nahe an der Bearbeitungsstelle notwendig.Optische Sensoren sind für eine schnelle und zerstörungsfreie Überprüfung von Objektengeeignet. Trotzdem ist deren Verbreitung noch relativ gering und im Allgemeinen wird nichtdas gesamte Potenzial dieser Messgeräte für die Überwachung der Fertigung ausgenutzt. Vorallem aufgrund der schnellen und berührungslosen Messung sind optische Sensoren bestensfür eine lückenlose Überprüfung der Produktionsergebnisse geeignet. Im Allgemeinen ist bisheute eine zuverlässige Messung aber nur in einer sehr genau spezifizierten Messumgebungmöglich, da Einflüsse aus der Umgebung das Messsignal beeinflussen.Eine fertigungsnahe Umsetzung einer lückenlosen Überwachung ist aus diesem Grund mitoptischen Sensoren bisher nur in Einzelfällen möglich. Um diese Problemstellung lösen zukönnen, wird ein theoretischer Ansatz entwickelt, mit Hilfe dessen eine Untersuchung derAuswirklungen von Störgrößen auf die Messergebnisse durchgeführt werden kann. Dafür wirdein Simulationsmodell beschrieben, mit dem die Signalentstehung für ein optisches System,unter Berücksichtigung des Messobjektes sowie der Einflüsse aus der Fertigungsumgebung,analysiert werden kann. Mit diesem Werkzeug ist es möglich, die Zuverlässigkeit einerÜberwachungslösung bereits vor der Implementierung abzuschätzen und kritischeEinflussgrößen zu erkennen. Abschließend wird an zwei Beispielen die Vorgehensweise zurUmsetzung einer prozessnahen Überwachung vorgestellt.94

Cluster D – Netzwerke in der ProduktionThemaD2: Datenverwaltung und Informationsbereitstellung in derEchtzeitfabrikDoktorand:M. Sc. Jorge Minguez CortésThesis Committee: Prof. Dr.-Ing. habil. Bernhard Mitschang (IPVS)Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper (GSaME)Projektbeginn: 01.04.2008Dissertationsthema:A Service-oriented Integration Platform for Flexible Information Provisioning in the Real-timeFactoryZusammenfassung:In heutigen turbulenten Szenarien müssen produzierende Unternehmen sowohl die Gestaltungvon ihren technischen Prozessen und Ressourcen als auch die herzustellenden Produktean die sich ständig verändernden Geschäftsbedingungen anpassen. In diesem Umfeldgewinnt der Einsatz digitaler Werkzeuge zunehmend an Bedeutung. Um diese Anpassungschnell und effektiv realisieren zu können, ist eine Wissensmanagement-Strategie not-wendig,deren Umsetzung fähig ist, eine Ist-Analyse der laufenden Produktion durchzu-führen. DieAuswertung von Produktionsdaten ermöglicht dann Wissen aus der realen Fabrik zuextrahieren, um später, durch einen kontinuierlichen Simulationsprozess, einen optimalenAblauf der Produktion zu erreichen. Hierfür spielt die intelligente Speicherung vonProduktionsereignissen eine entscheidende Rolle, da der Zusammenhang zwischenverschiedenen Ereignissen den Kontext in einem Produktionsumfeld zu einem bestimmtenZeitpunkt abbildet. Um relevante Ereignisse für die Produktion zu erkennen, ist eineInformationsbeschaffung in Echtzeit durch die Steuerung relevanter Ereignisse erforderlich.Die Datenverwaltung in der Fabrik setzt auf Informationsflüsse, die auf verschiedene Systemezugreifen. Diese Informationsflüsse werden durch Datenbearbeitungsprozesse gesteuert, diedie unterschiedlichen Informationssysteme verknüpfen. Das Problem in vielen Unternehmenliegt darin, dass die meisten digitalen Werkzeuge sehr heterogene Insellö-sungen sind. Diesstellt für die Verknüpfung von Systemen eine gewaltige Herausforderung dar, da mangelndeSchnittstellenkompatibilität den Datenaustausch zwischen Einzelan-wendungen erschwertund den Aufwand der Integration neuer Systeme mit bereits vor-handenen erhöht. Häufigwerden Einzellösungen durch individuelle Anpassungen für die Kopplung digitaler Werkzeugeeingesetzt. Solche Ansätze basieren auf einer starren Integra-tion, die kurzfristige Lösungenschafft. Allerdings lassen sie sich meist nur aufwendig er-weitern und ändern. Dies führt zuhohen Entwicklungs- und Wartungskosten, bedingt durch die Komplexität und dieUnzuverlässigkeit einer starren Vernetzung. Aus diesen Gründen ist bei der Integration vonunterschiedlichen Informationssystemen ein bestimmter Grad an Flexibilität notwendig. Nurmit der Unterstützung von der „richtigen“ Infrastruktur können die Informationsflüsse sogesteuert werden, dass diese Flexibilität gewährleistet ist. Damit ist eine effektive Anpassungder systemübergreifenden informationstechnischen Prozesse möglich.95

Im Rahmen dieser Arbeit wird ein Integrationsansatz vorgestellt, der, auf dem Konzept derServiceorientierten Architektur (SOA) basierend, die Problematik der Umsetzung einer flexiblenIntegration adressiert. Die Verbindung zwischen IT-Systemen und der Integrationsplattformwird über servicebasierte standardisierte Schnittstellen hergestellt. Diese Plattform wird alsManufacturing Service Bus (MSB) bezeichnet. Die funktionalen Eigenschaften und Vorteiledieser Plattform werden im Rahmen der Integration von Produktionssystemen in der Lernfabrikfür advanced Industrial Engineering (aIE) am Institut für Industrielle Fertigung undFabrikbetrieb (IFF) der Universität Stuttgart aufgezeigt.Die bereits erzielten Ergebnisse in den Forschungsbereichen zur agilen und skalierbarenTurbulenzbehandlung zeigen, dass Kommunikations- und Integrationstechnologien dazubeitragen, die Wandlungsfähigkeit der produzierenden Unternehmen zu unterstützen. Jedochmuss ein flexibler Integrationsansatz die schnelle Anpassung von Integrations-prozessenermöglichen, um die gewünschte Wandlungsfähigkeit der Produktion gewähr-leisten zukönnen. Dabei stellt sich die Frage, durch welche Methoden die in der Fabrik laufenden,systemübergreifenden Informationsflüsse effektiv und effizient angepasst werden können.Diese Arbeit befasst sich mit der Kernfrage der Umsetzung von Wandlungsfähigkeit aufinformationstechnischen Ressourcen der realen Fabrik. Diese und weitere Fragen zumoptimalen Ablauf von Datenverarbeitungs- und Anpassungsprozessen werden in der Dissertationerörtert. Nachfolgend werden die Prinzipien der Anwendungsintegration und derServiceorientierung vorgestellt, die als Leitfaden einer erfolgreichen Umsetzung wandlungsfähigerinformationstechnischen Strukturen dienen. Anschließend wird der ManufacturingService Bus als Lösungsansatz vorgestellt, der die angesprochenen Herausforderungen ineinem heterogenen und sich ständig verändernden Produktionsumfeld adressiert. DieseZusammenfassung schließt mit einem kurzen Fazit und einem Ausblick auf möglicheFolgearbeiten.Anwendungsintegration und Serviceorientierung:Serviceorientierte Architektur (engl. Service-oriented Architecture, SOA) ist ein Systemarchitekturkonzeptfür die Strukturierung und Bereitstellung von Diensten. Dienste sind gekapselteSoftware-Komponenten mit einer wohldefinierten Schnittstelle, die plattformunabhängigsind, die in einem Verzeichnis registriert sind und bei Bedarf benutzt werden können. DieseEigenschaften zeichnen SOA mit zwei wichtigen Prinzipien aus: lose Kopplung und Wiederverwendbarkeit.Auch wegen diesen Prinzipien wird das SOA-Paradigma immer häufiger aufGeschäftsebene diskutiert und eingesetzt.Dienste können interagieren ohne Anforderung an spezifische Vorkenntnisse über die jeweiligeImplementierung. Somit hat eine Änderung nur eine lokale Auswirkung. Bei einerengen Kopplung erfordert die Änderung einer Komponente zusätzlich die Anpassunggekoppelter Komponenten. Die Komplexität eines solchen Ansatzes im Produktionsumfeldendet letztendlich in langen Entwicklungszeiten und gewaltigen Integrationsaufwänden. BeiSOA handelt es sich um eine Struktur, welche die Komplexität der einzelnen Anwendungenhinter den standardisierten Schnittstellen verbirgt. Das Potenzial liegt in der Ermöglichung derUmsetzung einer flexiblen Unternehmensanwendungsintegration.Implementierte Dienste mit einer bestimmten Funktionalität werden in einer sogenanntenServiceregistry von Serviceanbietern registriert. Dort können Dienste von Servicekonsumentengefunden werden, die anschließend den Dienst benutzen und ausführen. DieserMechanismus ist als SOA-Dreieck bekannt und trägt dazu bei, bestehende Dienste einfach96

wiederverwenden zu können. Das Potenzial für produzierende Unternehmen ist hierbei dielangfristige Kostensenkung in der Entwicklung von Punkt-zu-Punkt Verbindungen sowie dasErreichen einer höheren Flexibilität der Geschäftsprozesse durch Wiederverwendungbestehender Services, was für Unternehmen im heutigen Geschäftsumfeld von großerBedeutung ist.Webservices werden bei der Implementierung von SOA am häufigsten eingesetzt, da sie einensehr hohen Standardisierungsgrad aufweisen. Webservices basieren auf XML-Standards, diedie Identifizierung und Registrierung von Diensten ermöglichen. Darüber hin-aus wird dieInteraktion mit anderen Diensten unter der Verwendung von XML-Nachrichten über Internet-Protokolle als Kommunikationskanal unterstützt.Die Problematik der Schnittstellenkompatibilität von den verschiedenen IT-Systemen in einemProduktionsumfeld stellt sich als größte Herausforderung für die Umsetzung einesganzheitlichen Lösungsansatzes dar. Die SOA-Prinzipien Lose-Kopplung und Wiederverwendbarkeitkönnen nur in einer Architektur umgesetzt werden, wenn alle notwendigenSystemfunktionen in gekapselten Diensten zu Verfügung stehen [MJH+09]. Das Ziel derIntegration gekapselter Services in einer SOA ist, eine höhere Flexibilität der Geschäftsprozessedurch die Wiederverwendung bestehender Services zu schaffen. Um dieseFlexibilität umzusetzen ist eine Integrationsplattform notwendig, die die Kommunikationzwischen den eingebundenen Diensten ermöglicht.Manufacturing Service Bus:Um die Problematik der Schnittstellenkompatibilität zu lösen, wird hier eineIntegrationsplattform vorgestellt, die basierend auf den SOA-Prinzipien, eine flexibleVerknüpfung von verschiedenen Produktionsanwendungen ermöglicht. Die Verbindungenwerden über den sogenannten ’Manufacturing Service Bus (MSB)’ realisiert [MLJ+10]. DerMSB erweitert das Konzept des ’Enterprise Service Bus (ESB)’ für Produktionsumgebungen.Der ESB bildet eine Kommunikationsinfrastruktur, über die Nachrichten zwischenDienstanbieter und Dienst-konsumenten ausgetauscht werden können. VerschiedeneKommunikationsprotokolle werden von solch einem Kommunikationsbus unterstützt, der auchdie notwendigen Routing- und Transformationskomponenten enthält. Die internenKomponenten eines ESB werden Integrationsdienste genannt. Diese können ähnlich wie inder Anwendungslandschaft verteilt sein. Die wichtigsten Integrationsdienste eines ESB sind (i)die Transformationsdienste, welche die Unterschiede in den Datenformaten undDatenmodellen überbrücken; (ii) der Routingdienst, der eine Nachricht entgegen nimmt undsie nach vordefinierten Routingregeln an die entsprechenden Empfänger weiterleitet und (iii)der Orchestrierungsdienst, der nach vordefinierten Prozessmodellen, den Fluss vonNachrichten zwischen Dienstkonsumenten und Dienstanbietern steuert. EinOrchestrierungsdienst ist in der Regel ein ’Workflow Management System (WfMS)’, derProzesse ausführen kann. Ein Produktionsumfeld kann man in fünf Abstraktionsebenenaufteilen. Der MSB befindet sich in der mittleren Ebene und stellt einen Routingdienst undverschiedene Integrationsdienste zu Verfügung, um Ereignisse von der Produktion zu denentsprechenden digitalen Werkzeugen weiterzuleiten. Zusätzlich bietet der MSB einenOrchestrierungsdienst an, um vordefinierte Abläufe auszuführen. Diese Abläufe können zumBeispiel Reaktionsprozesse sein, die auf spezifische Ereignisse in der Produktion reagieren.Ziel dieser Architektur ist die Anpassung der Integrationsprozesse in einerProduktionsumgebung. Die zu verbindenden Systeme benötigen dafür eine Dienstschnittstelle,um an den MSB angeschlossen werden zu können.97

Bei der Implementierung einer Erweiterung einer ESB-Infrastruktur für Produktionsumfeldermüssen die Eigenschaften der Kommunikation in einer Produktionsumgebung berücksichtigtwerden. Produktionsprozesse werden in der Regel nach Eintreten eines konkreten Ereignisses,Alarms oder nach einer Benachrichtigung gestartet. Eine Störung löst z.B. einenReparaturprozess aus oder ein Kundenauftrag startet den Prozess der Auftragsbearbeitung.In Produktionsumgebungen ist die Kommunikation also üblicherweise asynchron. DieVerwaltung und Automatisierung von ereignisgesteuerten Prozessen spielt eine entscheidendeRolle bei der Wandlungsfähigkeit eines produzierenden Unternehmens. Die Verbindungzwischen den verschiedenen Informationssystemen im Produktionsumfeld darf nichtnur auf eine reine Datenintegration begrenzt werden, sondern muss auch die Integration aufder Anwendungs- und Prozessebene ermöglichen [MRZ11]. Dies ist die Basis für dieWiederverwendbarkeit der Prozesse.Um die, in Punkt-zu-Punkt Verbindungen entstandene Komplexität zu reduzieren, kann maneinen sogenannten ’Broker’ einsetzen, der die direkte Kommunikation zwischen Dienstkonsumentund Dienstanbieter übernimmt. Die Vorteile eines solchen Ansatzes sind dieAbschaffung von Abhängigkeiten zwischen Datenkonsumenten und Datenquellen sowie dieReduzierung der Anzahl von Verbindungen und damit auch der Reduzierung vonWartungskosten. Der MSB bietet durch den Routingdienst und die Unterstützung von mehrerenKommunikationsprotokollen eine Brokerrolle an. Hierfür ist ein ganzheitliches Daten-formatnotwendig. Ziel des MSB ist, durch die Bearbeitung und das Management von Ereignissen dieReaktionsfähigkeit zu steigern. Deshalb basiert das MSB-Datenformat auf einemganzheitlichen Ereignisdatenmodel, der die Darstellung und Bearbeitung von Ereignis-senermöglicht. Dieses Ereignisdatenmodell ist XML-basiert und ermöglicht (i) die Model-lierungvon Ereignis-Metadaten, wie zum Beispiel, Ereignis-Typ oder Ereignis-Herstellungszeitpunkt;(ii) die Spezifizierung von Routingdaten, nämlich Ereignis-Zielpunkt und Ereignis-Quelle und(iii) die Modellierung von anwendungsspezifischen Ereignisdaten, wie zum BeispielStörungsmeldungen oder Kundenaufträge [MRM+10]. Dieses Datenmodell soll maschineninterpretierbareEreignisse darstellen, da sie an den Routingdienst und durch die Ereignis-Metadaten automatisch interpretiert und weitergeleitet werden. Aus diesem Grund wurde XMLals Modellierungssprache gewählt. Die Interpretation und Bearbeitung von Ereignissen wirdim Routingdienst über Ausdrücke einer standardisierten XML-Abfragesprache durchgeführt.Der Routingdienst bildet den Eingangspunkt im MSB, der alle Ereignisse entgegen nimmt undweiterleitet [MRR+10]. Zuerst werden die Ereignis-Metadaten durch Ausdrücke der XML-Abfragesprache XPath analysiert. Im zweiten Schritt speichert der Router-Prozess das Ereignisin einer Datenbank ab, sofern die Registrierung vom Ereignis noch nicht stattgefunden hat.Im dritten Schritt, werden die Abhängigkeiten ausgewertet, um zu erkennen, an welcheSysteme die Nachricht weitergeleitet werden soll. Diese Abhängigkeiten sind nichts anderesals Abonnements von Systemen, die für sie wichtige Nachrichten empfangen möchten. DiesesKonzept ist in der Literatur auch als ’Publish-Subscribe’ oder Datenpropagation bekannt.Im vierten Schritt, werden die Zielsysteme bestimmt und abschließend wird eine Nachricht anden entsprechenden Dienst weitergeleitet.Der erste Prototyp des MSB wurde in der Testumgebung der Lernfabrik advanced IndustrialEngineering realisiert und getestet [MRM+10]. Die Testumgebung bietet mit einer digitalenPlanungsumgebung und einem realen, wandlungsfähigen Montagesystem alle Fähigkeiten,um auf interne und externe Turbulenzen zu reagieren. In verschiedenen Studien wurdeninterne Turbulenzen wie ein Ressourcenausfall oder externe Turbulenzen wie Änderungen beiden Kundenaufträgen als relevante Turbulenzen für Unternehmen identifiziert.98

Umsetzung wandlungsfähiger informationstechnischer Prozesse:Informationstechnische Systeme und Prozesse sind auch Fabrikressourcen, die als sich veränderndeStrukturen betrachtet werden können. Ein produzierendes Unternehmen muss imIT-Bereich sowohl Services als auch Integrationsprozesse unter kontinuierlicher Überwachungund Anpassung ausführen [MSM+11]. Die Überwachung und Steuerung vonServices und ganzheitlichen Prozessen bildet ein Lebenszykluskonzept, welches unter demDach der IT-Governance im Unternehmen betrachtet wird. Im turbulenten Umfeld ist fürproduzierende Unternehmen extrem wichtig, alle ihre IT-Ressourcen unter kontinuierlicheÜberwachung zu stellen und entsprechende Anpassungen schnellstmöglich durchzuführen.Dies stellt die zentrale Herausforderung bei der Umsetzung wandlungsfähiger informationstechnischerProzesse dar. Die Bereitstellung aller notwendigen Kontextinformationen,über die in der Fabrik installierten Services, erfolgt über ein Service-Repository, das dieAnalyse- und Anpassungsmethoden für Integrationsprozesse zur Verfügung stellt. DiesesRepository umfasst eine semantische Datenbank für Service-Metadaten (engl. ProvenanceawareService Re-pository), die als Service-Verzeichnis mit Suche- und Versionierungsfunktionalitäteneingesetzt wird [MNM11]. Die Besonderheit beim Service-Repository ist dieSpeicherung von Kontextdaten, die das Wissen über Abhängigkeiten zwischen Fabrikkontextund Services darstellt. Die Verbindung zwischen realer Fabrik und Service-Repository wurdeüber eine webbasierte Schnittstelle realisiert. Die Integration von Produktionsdaten im Service-Repository besteht aus einer Sequenz von Operatoren, die auf einem datenstrom-basiertenSystem ausgeführt werden. Durch diese Operatoren werden mithilfe einesWissensentdeckungs-Algorithmus Datenströme analysiert und in Domainwissen konvertiert.Somit können interpretierbare Daten aus der Fabrik in das Repository importiert werden undin Echtzeit analysiert werden. Die Verarbeitung solcher Daten stellt einen vorher nicht vorhanden,bedeutungsvollen Kontext bereit, der durch logische Schlussfolgerungstechnikeneinen besseren Ausblick auf die reale Produktion anbietet. Die Nutzung neuerKontextinformationen für die Optimierung der IT-Prozesse in der laufenden Produktion stelltein großes Potenzial dar.Fazit und Ausblick:Zum Validierungszweck wurden verschiedene Anwendungsfälle herangezogen. Mit derErprobung von vier Szenarien in einem echten Produktionsumfeld wurde die Verbesserungder Integrationsfähigkeit, Flexibilität und Anpassbarkeit von Integrationsprozessen gezeigt.Dies steht im Gegensatz zur bisherigen starren Integration von einzelnen Systemen. Dabeikonnten die Potenziale des serviceorientierten Ansatzes in der Verknüpfung von hetero-genenSystemen gezeigt werden, indem sowohl die Integration neuer Systeme als auch dieAnpassung vorhandener Prozesse deutlich vereinfacht wurden. Des Weiteren hat der vorgestellteservicebasierte Integrationsansatz zur Verwaltung der IT-Prozesse mit dem MSB alszentrale Integrationsebene in einer ereignisgesteuerten Produktionsumgebung den Nach-weisder Funktionalität, anhand der Bewältigung von mehreren Turbulenzen, erbracht. Mit derReduktion der aufwendigen und kostenintensiven Verknüpfung von Systemen, die einwesentliches Hindernis für den Einsatz der Digitalen Fabrik darstellt, können die Potenzialeder Verbindung zur realen Fabrik leichter erschlossen werden. Gerade die Aktualität undKonsistenz der Daten in den verschiedenen Systemen sowie die Mehrfachverwendung sinddabei zu nennen. Eine erfolgreiche Umsetzung des vorgestellten Ansatzes über den ganzensystemübergreifenden Produktlebenszyklus hinweg bietet vereinfachte Möglichkeiten für dieIntegration von Systemen, die in den Unternehmen bisher als Insellösungen vorhanden sind99

[MSM11, SMM11]. Deshalb sind weitere Überlegungen notwendig, diesen Integrationsansatzim gesamten Produktlebenszyklus zu nutzen, um auf die aktuellen Daten der Produktionzuzugreifen [SMS+10]. Es wurde ein Prototyp entwickelt, der aufzeigt, wie es in der realenFabrik gelingt, eine stetige Adaption umzusetzen [MRM+10, MRR+10]. Der Prototyp stellt eine"technische Intelligenz" dar, die aktuelle Daten in Echtzeit an die Produktionsplanungweiterleiten kann. Literatur: s. Dissertation MinguezThemaD8: "Collaborative Systems": ein systemtheoretischer Ansatz fürinterorganisationale BeziehungenDoktorand:Thesis Committee:Projektbeginn: 01.05.2008M. Sc. Donald NeumannProf. em. Dr. Erich Zahn (GSaME)Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper (GSaME)Dissertationsthema:COLLABORATIVE SYSTEMS - A Systems Theoretical Approach to InterorganizationalCollaborative RelationshipsZusammenfassung:In ihren unterschiedlichen Ausprägungsformen gelten kollaborative Netzwerke als diegesellschaftliche Struktur des 21. Jahrhunderts`. Im Mittelpunkt dieser Netzwerke stehen dieInteraktionen zwischen Organisationen, die sogenannten interorganisationalen kollabora-tivenBeziehungen. Diese Beziehungen werden seit nunmehr 50 Jahren unter verschiedenstenSchlagwörtern wie „strategische Allianzen“, „hybride Organisationsformen“ oder „kollaborativeSupply Chains“ erforscht. Hierbei wurden unterschiedlichste Vorteile mit den Netzwerkenverbunden. Gleichwohl werden dem bestehenden Verständnis von inter-organisationalenkollaborativen Beziehungen in der Literatur zahlreiche Forschungslücken attestiert.Die vorliegende Arbeit abstrahiert von spezifischen Ausprägungsformen interorganisationalerkollaborativen Beziehungen und leistet einen Beitrag zu deren Verständnis durch den Fokusauf deren Wesen. Basierend auf der Kybernetik 2. Ordnung und der Systemtheorie wird hierfürein neuartiges theoretisches Modell vorgestellt. Dieses Modell erklärt: a) die organisationaleFunktion dieser Beziehungen, b) deren Wesen und Struktur, c) deren Entstehung undEvolution und d) die hohe Misserfolgsrate der Praxis. Den Voraussetzungen für eine guteTheorie folgend, leistet vorliegende Arbeit nicht nur ihren Teil zum Verständnis von interorganisationalenkollaborativen Beziehungen, sondern auch für die Forschung und Praxis vonKooperationen.100

Cluster F – Informations- und Kommunikationstechnologien für die ProduktionThemaF6: Diversity in der ProduktentwicklungDoktorandin:Thesis Committee:Projektbeginn: 01.05.2008Dipl.-Ing. Steffen EhrenmannProf. Dr.-Ing. Dieter Spath (IAT)Prof. em. Dr. Erich Zahn (GSaME)Dissertationsthema:Ein Managementmodell zur Unterstützung der frühen Phasen der Produktentwicklung immultikulturellen Kontext – Diversität in der ProduktentwicklungZusammenfassung:Zunehmend dezentrale Entwicklungsaktivitäten sowie die Verschiebung des Kerns derWertschöpfung im Innovationsgeschehen hin zu anwendungsnahen Bereichen stellen aktuelleHerausforderungen für Unternehmen dar. Aufgrund der gesteigerten Internationalisierung vonForschungs- und Entwicklungstätigkeiten gewinnt die Fähigkeit von Unternehmen,Innovationen in einer kulturell diversen Zusammenarbeit zu generieren, immer stärker anBedeutung. Den frühen Phasen der Produktentwicklung kommt dabei eine Schlüsselfunktionzu, da hier die größte Möglichkeit zur Einflussnahme besteht und der Grundstein für denspäteren Entwicklungserfolg gelegt wird. Das Ziel der Arbeit war die Entwicklung einesManagementmodells, welches die Aktivitäten innerhalb der frühen Phasen derProduktentwicklung im multikulturellen Kontext unterstützt. Dazu wurden mehrere Teilzieleverfolgt: Darstellung des generellen Nutzens von Diversität bei den Aktivitäten im Rahmen derProduktentwicklung. Konkretisierung des Zusammenhangs zwischen Kultur und denbenötigten Fähigkeiten bezüglich der Aktivitäten in den frühen Phasen derProduktentwicklung. Identifizieren des potenziellen Nutzens von kultureller Diversität in denfrühen Phasen der Produktentwicklung. Darstellung der Herausforderungen aufgrundkultureller Unterschiede in der kulturübergreifenden Zusammenarbeit. Kulturelle Unterschiedesowie deren Einfluss auf die frühen Phasen der Produktentwicklung finden häufig noch immerwenig Aufmerksamkeit in der Praxis. Dies führt zu kulturbedingten Konflikten, welche dieLeistung der neuen Entwicklungseinrichtungen oder Entwicklungspartnerschaften reduzieren.Zusätzlich werden die Innovationspotenziale der beteiligten Akteure nicht vollständigerschlossen. Um den Nutzen von Diversität zu erschließen und die Herausforderungen einerkulturell diversen Zusammensetzung besser zu bewältigen, wurde ein ganzheitlichesManagementmodell entwickelt. Dieses berücksichtigt neben aufgabenorientierten Aspektenauch personenorientierte Maßnahmen und Rahmenbedingungen und bezieht kulturelleGesichtspunkte in die Entwicklung von Handlungsmaßnahmen mit ein. DasManagementmodell erlaubt die frühen Phasen der Produktentwicklung im multikulturellenKontext ganzheitlich zu betrachten und innerhalb der Perspektiven Aussagen zur Gestaltungvon Handlungsmöglichkeiten zu treffen. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass kulturelleUnterschiede einen relevanten Einfluss auf den Erfolg der Produktentwicklungsaktivitäten inden frühen Phasen der Produktentwicklung haben. Indem bei der Anwendung desentwickelten Managementmodells die deutsch-indische Zusammenarbeit analysiert und die101

eteiligten Akteure aus den Unternehmen integriert wurden, trug dies zu einem besserenVerständnis von kultureller Diversität bei und leistete damit einen wertvollen Beitrag zurSensibilisierung der Akteure bezüglich kultureller Unterschiede. Durch die Anwendung desManagementmodells konnte gezeigt werden, dass das Managementmodell geeignet ist, diefrühen Phasen der Produktentwicklung im multikulturellen Kontext zu unterstützen. Dieentwickelten Handlungsempfehlungen in den unterschiedlichen Perspektiven desManagementmodells können hierfür einen wertvollen Beitrag leisten.Cluster G – Intelligente ProduktionseinrichtungenThemaG4: Integration von Sensorik und Modellierungsansätzen für diethermokinetische BeschichtungDoktorandin:Thesis Committee:Projektbeginn: 01.04.2008Dipl.-Ing. Miriam Floristán-ZubietaProf. Dr. Dr. h. c. Rainer Gadow (IFKB)Prof. Dr.-Ing. Peter Klemm (ISW)Dissertationsthema:Off-line generation of robot trajectories for Thermal Spray processes with respect to heat andmass transferZusammenfassung:Thermal spraying processes are characterised by intense heat and mass transfer to the substrate.The thermal history of the coating and workpiece in terms of temperature gradients, butalso absolute temperature values, strongly influence the development of residual stress-es inthe composite and its reliability and in-service lifetime. The properties of the resulting coatingcomposite do not depend therefore only on the intrinsic properties of coating and substratematerials, but also on the applied process parameters. Among these, the process kinematics,which define the relative movement between the spray torch and the substrate duringdeposition, are of high relevance. The spray distance, velocity, angle, and spray pathdetermine to a great extent the thermal history on the composite as well as the residual stressdistribution, and they influence coating microstructural features such as void content,roughness or dimensional accuracy. A precise control of the process kinematics is thus requiredfor the production of high quality coatings which fulfil functional and dimensional requirements.Industrial robots are normally used in thermal spraying to guide the spray torch during processing.Although on-line robot programming approaches have been often used in thermalspraying, the increasing demand of coatings applied on substrates with complex geometrieshas led to the necessity of applying off-line programming tools for robot trajectory planning,which support an accurate definition of the process kinematics. An appropriate robot trajectoryshould lead to the production of a constant coating thickness with homogeneous microstructureover the substrate surface, but also to an adequate thermal guidance in order to avoidstrong temperature gradients and the development of critical residual stresses.102

In this work, concepts were developed for the planning of the robot trajectory for thermalspraying processes, which by controlling the parameters defined by the process kinematicsand the related phenomena, like the heat transfer to the substrate, lead to a better control ofthe coating properties. Two approaches of off-line programming were considered to give solutionto the problem exposed above. A model to minimize the temperature gradients withinthe substrate was developed considering the coating of planar substrates. The heat transferto the substrate during spraying was modelled and used for the optimisation of the spray pathin order to produce low temperature gradients in the composite, which led to reduced residualstresses in the coating. Furthermore, trajectory generation for coating of complex shapedcomponents was regarded as well. For that case, an increase in the degrees of free-dom ofthe handling system was carried out by implementing an external rotational axis, whichpositions the substrate during the deposition process and allows maintaining constantkinematic parameters in order to obtain homogeneous coatings. Numerical simulation of theheat transfer process during deposition was coupled to the robot programming tools and themodels were validated with experimental work.5. Preise und AuszeichnungenFolgende Promovierende wurden 2012 ausgezeichnet:Sechs Nominierte gingen in die Endrunde der Auslobung des „Hans-Jürgen WarneckeInnovationspreises“ ein. Die Bewerbung „ECO Touch – Transparente Elektroden aufKohlenstoff-Basis“ erhielt den 1. Preis (Thomas Ackermann – Doktorand der GSaME,Sahakalkan – Fraunhofer-IPA und Kolaric – Fraunhofer-IPA).Benno Stamp hat gemeinsam mit einem Forscherteam der Daimler AG eine neuartigeRecyclingpapierwabenstruktur entwickelt, die durch ein innovatives Fertigungsverfahrenkostengünstige Leichtbauteile für das Automobil ermöglicht. Für diese Arbeit erhielt das Teamden MATERIALICA Award in der Kategorie "Best of CO2 Effizienz".Abb. 17: Preis-Verleihung an B. Stamp und das Forscherteam103

Der Doktorand der GSaME, Dipl.-Ing Peter Stritt, wurde für seinen Vortrag “New Hot CrackingCriterion for Laser Welding in Close-Edge Position (1003)” auf dem ICALEO (InternationalCongress on Applications of Lasers & Electro-Optics) in Anaheim USA mit dem 1. Platz desStudent Paper Award ausgezeichnet.Abb. 18: Erfolgreicher Preisträger P. StrittDie Doktoranden der GSaME, Stefan Silcher und Jorge Minguez sind Mit-Preisträger desBest Student Paper Award Certificate für ihre Publikation auf der 14. ICEIS (InternationalConference on Enterprise Information Systems) in Wroclaw, Polen 2012.Abb. 19:Best Student Paper Award Certificate104

6. Mitglieder der GSaMEakad. Titel, Name Institut ForschungsgebietProf. Dr. rer. pol. Dr. h. c.Ulli ArnoldProf. Dr.-Ing.Thomas BauernhanslBWI - Lehrstuhl für ABWL, Investitionsgütermarketingund BeschaffungsmanagementInstitut für Industrielle Fertigung undFabrikbetrieb (IFF)Beschaffungsmanagement,Logistikmanagement, Investitionsgüter- undIndustriegüter-MarketingFabrikbetrieb, FertigungstechnikProf. Dr.-Ing.Manfred BerrothProf. Dr.-IngBernd BertscheProf. Dr.-Ing.Hansgeorg BinzProf. Dr.Wolfgang BurrProf. Dr.-Ing.Klaus DrechslerProf. Dr. rer. nat.Thomas ErtlProf. Dr. rer. nat. Dr. h. c.Rainer GadowProf. Dr. phil. nat. habil.Thomas GrafProf. Dr.-Ing. Dr. h .c. mult.Uwe HeiselProf. Dr. rer. pol.Georg HerzwurmProf. Dr. rer. pol.Hans-Georg KemperInstitut für Elektrische und Optische NachrichtentechnikInstitut für MaschinenelementeInstitut für Konstruktionstechnik undTechnisches DesignBWI - Lehrstuhl für ABWL Forschungs-Entwicklungs- und InnovationsmanagementLehrstuhl für Carbon CompositesTechnische Universität MünchenInstitut für Visualisierung und InteraktiveSystemeInstitut für Fertigungstechnologie keramischerBauteileInstitut für StrahlwerkzeugeInstitut für WerkzeugmaschinenBWI - Lehrstuhl für ABWL undWirtschaftsinformatik II(Unternehmenssoftware)BWI - Lehrstuhl für ABWL undWirtschaftsinformatik I(Informationsmanagement)Integrierte Schaltungen, Optische NachrichtentechnikAntriebstechnik, CAD, Dichtungstechnik undZuverlässigkeitstechnikAntriebstechnik, methodischeProduktentwicklung, RechnerunterstützteProduktentwicklung (CAE), technisches DesignForschung- Entwicklungs- undInnovationsmanagementLeichtbau, Fertigungstechnik undFaserverbundwerkstoffeVisualisierung, Computergrafik, Mensch-Maschine-KommunikationFertigungstechnologie keramischer Bauteileund VerbundwerkstoffeLasertechnik in der FertigungKonstruktion von Werkzeugmaschinen, Baugruppenund WerkzeugenUnternehmenssoftwareUnternehmenssoftwareProf. Dr.-Ing.Peter KlemmInstitut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinenund FertigungseinrichtungenCAD/NC-Verfahrenskette, Methoden undSoftware für die Steuerungstechnik undSimulationProf. Dr. rer. nat. habil.Paul LeviInstitut für Parallele und Verteilte SystemeVerteilte Künstliche IntelligenzProf. Dr. rer. nat.Frank LeymannProf. Dr.-Ing. MBAMathias LiewaldProf. Dr.-Ing. habil.Bernhard MitschangInstitut für Architektur vonAnwendungssystemenInstitut für UmformtechnikInstitut für Parallele und Verteilte SystemeArchitektur von AnwendungssystemenBlechumformung, Massivumformung,FormgebungsverfahrenInformation Management - Daten Management105

akad. Titel, Name Institut ForschungsgebietProf. Dr. sc.Wolfgang OstenProf. Dr. oec. publ.Burkhard PedellProf. Dr.-Ing.Manfred PiescheInstitut für Technische OptikBWI - Lehrstuhl für ABWL und ControllingInstitut für Mechanische VerfahrenstechnikSensor- und MesstechnikEinflussgrößen und Wirkungen derAusgestaltung von Unternehmensrechnung undControlling, Risikocontrolling, RegulierungAnalyse und Synthese von Stoffänderungs- undStoffumwandlungsvorgängen, derProzessintensivierung und derProduktgestaltung in verfahrenstechnischenGrundoperationenProf. Dr. rer. pol.Michael ReißProf. Dr. rer. nat. Dr. h. c.Kurt RothermelProf. Dr. rer. pol.Henry SchäferProf. Dr.-Ing.Wolfgang SchinkötheProf. Dr. rer. nat.Siegfried SchmauderProf. Dr.-Ing.Sven SimonProf. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E. h.Dieter SpathProf. Dr.-Ing.Stephan StaudacherBWI - Lehrstuhl für ABWL und OrganisationInstitut für Parallele und Verteilte SystemeBWI - Lehrstuhl für ABWL und FinanzwirtschaftInstitut für Konstruktion und Fertigung in derFeinwerktechnikInstitut für Materialprüfung, Werkstoffkundeund FestigkeitslehreInstitut für Parallele und Verteilte SystemeInstitut für Arbeitswissenschaft undTechnologiemanagementInstitut für LuftfahrtantriebeSysteme integrierter Unternehmensführung,KooperationsmanagementErforschung innovativer Konzepte, Algorithmenund Protokolle für die systemseitigeUnterstützung verteilter AnwendungenBewertung von Vermögensobjekten,verhaltens-wissenschaftlicheKapitalmarkttheorie undMarktmikrostrukturtheorieKunststoffspritzguss, Aktorik, Messtechnik undSensorik, Konstruktionsmethode in der FeinwerktechnikWerkstoff- und Bauteilprüfung, Werkstoffentwicklungund -optimierung, Bauteilsicherheitund -auslegungHardwarearchitekturen für hochparalleleSystemeTechnologie- und InnovationsmanagementBeschreibung und Simulation des Verhaltenskomplexer SystemeProf. Dr.-Ing.Alexander VerlInstitut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinenund FertigungseinrichtungenMechatronik, Steuerungstechnik, Antriebs- undMaschinentechnikProf. Dr.-Ing. Prof. E. h. Dr.-Ing. E. h. Dr. h. c. mult.Engelbert WestkämperInstitut für Industrielle Fertigungund FabrikbetriebFertigungstechnik, Fabrikbetrieb undmehrskalige Modellierung und SimulationProf. em. Dr. rer. pol.Erich ZahnStrategisches Management106

7. Mentoring und SupervisionStudienkoordinator:Dr. J. Zorlu (Mutterschutz, Elternzeit)Cluster-Assistenten:Cluster A Stuttgarter UnternehmensmodellCluster B Digitales EngineeringCluster C Material- und ProzessengineeringCluster D Netzwerke in der ProduktionCluster E ICT für die ProduktionCluster F Wissensbasiertes ManagementHans-Friedrich JacobiDr. Konrad Groh, Hans-Friedrich JacobiMartin WenzelburgerLukas ScheiberJorge MinguezDr.-Ing. Peter OhlhausenCluster G Intelligente Produktionseinrichtungen Dr. Konrad GrohCluster H Nachhaltigkeit in der ProduktionLukas ScheiberEin wesentliches Ziel für das Jahr 2012 bestand weiterhin in der Sicherstellung der Betreuungder Promovierenden im Rahmen ihrer individuellen Curricula und der Abschluss derPromotionsverfahren.Hierzu zählen:▪▪▪▪Festlegung individueller Ausbildungspläne (wissenschaftliches Ausbildungsprogramm),Festlegung individueller Zielvereinbarungen für das gesamte Forschungsprojekt,Regelmäßige Durchführung von Gesprächen der Promovierenden mit den ThesisCommittees,Durchführung der jährlichen Assessments.Hauptverantwortlich für die wissenschaftliche Betreuung der Promovierenden bei derBearbeitung ihrer Promotionsprojekte sind die Erstbetreuer. Sie werden bei der Ausübungihrer Betreuungsaufgabe von den anderen Mitgliedern der jeweiligen Thesis Committeessowie von den Clusterassistenten unterstützt. Der Studienkoordinator stand nur in geringerKapazität für die Aufgaben zur Verfügung.107

8. GSaME-Tagung „Wissen, Technologien, Innovation -Produktionsstrategien für Wertschöpfung und Nachhaltigkeit“Einen der Höhepunkte des Jahres 2012 stellte die Jahrestagung der GSaME vom 11. bis 12.Oktober 2012 dar, die gemeinsam mit der Endress+Hauser Flowtec AG in Reinach in derSchweiz durchgeführt wurde.Die Veranstaltung stand unter dem Motto „Wissen, Technologien, Innovation -Produktionsstrategien für Wertschöpfung und Nachhaltigkeit“. Wissenschaftler, Forscher,Führungskräfte und Nachwuchswissenschaftler der GSaME und der Endress+Hauser Gruppesowie weiterer Unternehmen stellten im Dialog Forschungsergebnisse, Erfahrungen undLösungsansätze für eine zukunftsfähige Produktion, Wandlungsfähigkeit in Technologien,Prozessen, Ressourcen und Strukturen sowie die damit verbundenen Anforderungen an dieQualifikation von Fach- und Führungskräften vor und entwickelten gemeinsam neue Ideen undStrategien.Neben Hauptvorträgen am Vormittag und Nachmittag fanden drei parallele Workshops zu denfolgenden Themengebieten statt:Sieben Promovierende der GSaME haben in interdisziplinären Teams bei der inhaltlichenGestaltung der Workshops aktiv mitgewirkt, Fachbeiträge und die Moderation derPodiumsdiskussion übernommen.Ein weiterer Programmbestandteil war die Besichtigung von Fertigung und Montage derEndresss+Hauser Flowtec AG.Die gemeinsame Veranstaltung von GSaME und der Endress+Hauser Gruppe mit rund 90Professoren, Promovierenden und Industriepartnern war ein weiteres Beispiel dafür, dass das108

duale Qualifizierungskonzept der Graduiertenschule einen Mehrwert für alle Beteiligten bietet.Die Veranstaltung hat nicht nur über erreichte Ergebnisse und neue Ansätze informiert,sondern die interdisziplinäre Leistungsfähigkeit und Attraktivität der GSaME für dieKooperationspartner und Promovierenden demonstriert. Sie hat auch einen wesentlichenBeitrag zum persönlichen Kennenlernen, Gedanken- und Erfahrungsaustausch und zurIdentifikation mit der GSaME geleistet.Am Folgetag fand die Mitglieder- und Vollversammlung der GSaME statt. Ihr wichtigsterTagesordnungspunkt war die Übergabe der Funktion des Vorstandsvorsitzenden undSprechers der GSaME von Prof. Westkämper an Prof. Verl für die zweite Förderphase derGSaME.Mit einer abschließenden Bilanz der Ergebnisse der ersten Förderperiode und der Vorstellungund Diskussion der neuen Ziele, daraus abgeleiteten Aufgaben sowie des neuenForschungsprogrammes und der Themenvorschläge der Cluster für die neue Förderperiodeab 01. November 2012 wurde der Start zur Fortsetzung einer weiterhin erfolgreichen Arbeitder GSaME vollzogen.Abb. 20:GSaME-Tagung “ Wissen, Technologien, Innovation - Produktionsstrategien für Wertschöpfung undNachhaltigkeit“109

9. PublikationenCluster A – Stuttgarter UnternehmensmodellAckermann, T.; Kolaric, I.; Bauernhansl, T.: Carbon-Based Transparent Electrodes:Advantages, Bottlenecks and Strategies. IUPAC World Polymer Congress, Blacksburg, Juni2012Kolaric, I.; Ackermann, T.; Sahakalkan, S.; Matis, M.; Bauernhansl, T.; Westkämper, E.:Flexible Transparent Electrodes Based on Carbon. In: Developments of TransparentConductive Films IV – Prospects of Various Material and Coating Technologies, Tokyo CMCBooks, 2012, S. 86-93 (ISBN 978-4-7813-0641-4)Monauni, M.; Meyer, M.; Windt, K.: Evaluation Model for Robustness and Efficiency Tradeoffsin Production Capacity Decisions: In: Windt, K.: Robust Manufacturing Control, Springer-Verlag, 2012, S. 535-548, (ISBN 978-3642307485)Monauni, M.; Freitag, C.: Target Allowance – CO2-Controlling für eine nachhaltigeProduktionsstrategie. In: Industrie Management, 28 (2012) 5, S. 41-44, 2012Monauni, M.: Konzeption von Lernarrangements für Unternehmensplanspiele. In:Schwägele, S., Zürn, B. & Trautwein, F.: Planspiele – Trends in der Forschung, ZMS-Schriftreihe, 2012, S. 51-62, (ISBN 978-3844817508)Reményi, C.; Staudacher, S.: Systematic simulation based approach for the identificationand implementation of a scheduling rule in the aircraft engine maintenance. In: InternationalJournal of Production Economics, 2012, http://dx.doi.org/10.1016/j.ijpe.2012.10.022Cluster B – Digitales und Virtuelles EngineeringBaudisch, T.; Frank, G.; Westkämper, E.; Schlögl, W.: Automatic Model Generation forVirtual Commissioning of Specialized Production Machines. In: Softwaretechnik-Trends,Band 32, Heft 2, ISSN 0720-8928, 2012Frank, G.; Baudisch, T.; Westkämper, E.; Schlögl, W.: Concept for seamless engineeringtool-chain for PLC-controlled specialized production machines. In: International Conferenceon Mechanical Engineering and Mechatronics, 2012Frank, G.: Mechatronische Objekte als Basis für durchgängiges Engineering am Beispiel desSondermaschinenbaus. In: Produktion im Dialog, Reinach, 2012Hahn, F.; Lehmann, M.: Influence of spatial resolution on accuracy and computationalefficiency in simulations of fibrous filter media. In: 4th International Conference on PorousMedia (InterPore), 2012Constantinescu, C.; Landherr, M.; Neumann, M.: Aligning the Product, Factory and ICT LifeCycles: Challenges and Opportunities. In: 8th CIRP Conference on Intelligent Computation inManufacturing Engineering (CIRP ICME) 2012110

Landherr, M.; Neumann, M.; Volkmann, J.; Westkämper, E.; Bauernhansl, T.: IndividuelleSoftwareunterstützung für jeden Ingenieur: Advanced Engineering Platform for Production.In: ZWF Zeitschrift für wirtschaftlichen Fabrikbetrieb. 107, 2012, Nr. 9, S. 628-631.Landherr, M.; Constantinescu, C.: Intelligent management of manufacturing knowledge:Foundations, motivation scenario and roadmap. In: 45th CIRP Conference on ManufacturingSystems (CIRP CMS) 2012Landherr, M.: Konfiguration technischer Prozesse durch semantische Modellierung vonFertigungswissen. In: Produktion im Dialog: Wissen, Technologien, Innovation –Produktionsstrategien für Wertschöpfung und Nachhaltigkeit; GSaME, Jahrestagung 2012Landherr, M.; Constantinescu, C.: Digitale Fabrik in einer Cloud und Grid Umgebung. In:Siemens PLM Connection 2012Reuss, M.; Dadalau, A., Verl, A.: Friction Variances of Linear Machine Tool Axes. In:Proceedings of the 3rd CIRP Conference on Process Machine Interactions (3rd PMI),Nagoya, 29.-30.10.2012, pp.115-119. DOI: 10.1016/j.procir.2012.10.021Ye, Q.; Shen, B.; Tiedje, O.: Materialeffizienz bei der Airless-Applikation in der Beschichtungvon Windenergie-Anlagen. In: Gesellschaft Deutscher Chemiker / Fachgruppe "Lackchemie":Ressourcenschonung durch Beschichtungen - Lacktagung 2012, BremerhavenYe, Q.; Shen, B.; Tiedje, O.; Domnick, J.: Numerical and experimental study of spray coatingusing air-assisted high pressure atomizers. In: 12th International Conference on LiquidAtomization and Spray Systems - ICLASS 2012, HeidelbergWalz, A.; Ruß, C.: Macsima: An Agent Framework for Simulating the Evolution ofNegotiation Strategies in B2B-Networked Economies; In: Agent-Based Technologies andApplications for Enterprise Interoperability, Springer, S. 191-218, 2012, ISBN: 978-3-642-28562-2 (Print), 978-3-642-28563-9 (Online); http://link.springer.com/book/10.1007/978-3-642-28563-9/page/1#section=1040913&page=1&locus=0Cluster C – Material- und ProzessengineeringAwaad, M.; Abou el Ezz, M.; El-Maghraby, H. F.; Kern, F.; Sommer, F.; Gadow, R.; Naga, S.M.: Fabrication, Microstructure and Properties of Hot-Pressed Nd:YAG Ceramics. In: Journalof Ceramic Science and Technology, accepted 2012, (Ref.: Ms. No. JCST-D-11-00043R1)Sommer, F.; Kern, F.; El-Maghraby, H. F.; Abou el Ezz, M.; Awaad, M.; Gadow, R.; Naga, S.M.: Effect of preparation route on the properties of slip casted Al2O3/YAG composites. In:Journal of Ceramics International (2012), DOI: 10.1016/j.ceramint.2012.02.070Abou el Ezz, M.; El-Maghraby, H. F.; Kern, F.; Sommer, F.; Awaad, M.; Gadow, R.; Naga, S.M.: Ceramic injection molding of alumina-10 vol-% YAG composites. In: Journal of advancesin applied ceramics, DOI: 10.1179/1743676112Y.0000000050Abou el Ezz, M.; Kern, F.; Gadow, R.: Influence of in-situ platelet reinforcement on themechanical properties and ageing behavior of injection molded ZTA. European Inter-Regional Conference on Ceramics (CIEC), Barcelona, 12.-14.09.2012111

Bessam, H. E.; Gadow, R.; Arnold, U.: Industrialization Strategy Based on ImportSubstitution Trade Policy. In: Murat Y.; Taylor T. (Ed.): Designing Public Procurement Policyin Developing Countries: How to Foster Technology Transfer and Industrialization in theGlobal Economy. Springer Verlag New York, 2012Freitag, C.; Hafner, M.; Onuseit, V.; Michalowski, A.; Weber, R.; Graf, T.: Diagnostics ofBasic Effects in Laser Processing of CFRP. In: Proceeding of International Symposium onLaser Processing of CFRP and Composites, Yokohama, 2012Freitag, C.; Onuseit, V.; Weber, R.; Graf, T.: Influence of Different Ambient Media on theLaser Ablation Process of CFRP. In: Proceedings of 31 st International Congress onApplications of Lasers & Electro-Optics ICALEO, Anaheim, 2012Freitag, C.; Onuseit, V.; Weber, R.; Graf, T.: High-Speed observation of the heat flow inCFRP during laser processing. In: Physics Procedia, 39(2012), 171-178Weber, R.; Freitag, C.; Hafner, M.; Onuseit, V.; Berger, P.; Kononenko, T.; Graf, T.: Shortpulselaser processing of CFRP. In: Physics Procedia, 39(2012), 137-146Weber, R.; Freitag, C.; Hafner, M.; Onuseit, V.; Graf, T.: Laser processing of CFRP. In:Proceedings of Advanced Laser Technologies ALT 2012, Thun, 2012Weber, R.; Freitag, C.; Hafner, M.; Onuseit, V.; Berger, P.; Graf, T.: Heat Accumulation inShort-Pulse Laser Processing of CFRP. In: Proceedings of 31 st International Congress onApplications of Lasers & Electro-Optics ICALEO, Anaheim, 2012Weber, R.; Hafner, M.; Freitag, C.; Onuseit, V.; Feuer, A.; Michalowski, A.; Graf, T.: LaserProcessing of Carbon Fibres Reinforced Plastics. In: Proceedings of Stuttgarter LasertageSLT 2012, Stuttgart, 2012Graf, T.; Weber, R.; Onuseit, V.; Hafner, M.; Freitag, C.; Feuer, A.: Laser Applications fromProduction to Machining of Composite Materials. In: Proceedings of European AutomotiveLaser Applications EALA 2012, Bad Nauheim, 2012Heisel, U.; Pfeifroth, T.: Spanende Bearbeitung von CFK. In: MM Composites World Area,2012Heisel, U.; Schaal, M.; Pfeifroth, T.: A operação circular reduz falhas e aumenta aqualidade. In: Máquinas e Metais 48 (2012) 554, S. 36–47Heisel, U.; Pfeifroth, T.: Spanende Bearbeitung von FVK am Institut fürWerkzeugmaschinen. In: CCeV Arbeitsgruppe Bearbeitung, 2012Heisel, U.; Pfeifroth, T.: Influence of Point Angle on Drill Hole Quality and Machining ForcesWhen Drilling CFRP. In: Proceedings of the 5th CIRP Conference on High PerformanceCutting, 2012, S. 471–476Heisel, U.; Schneider, M.; Pfeifroth, T.: Spanende Bearbeitung von CFK-Werkstoffen. In:LMT-Kompetenztage Composites & Plastics, 2012Heisel, U.; Schneider, M.; Pfeifroth, T.: Schädigungsmechanismen in der spanendenBearbeitung von CFK. In: Lightweight Design 5 (2012) 3, S. 52–55112

Heisel, U.; Pfeifroth, T.: Spanende Bearbeitung von CFK. In: GSaME Jahrestagung, 2012Heisel, U.; Pfeifroth, T.: Spanende Bearbeitung von CFK – Innovative Lösungsansätze. In:2. IfW-Tagung: Bearbeitung von Verbundwerkstoffen – Spanende Bearbeitung von CFK,2012Heisel, U.; Pfeifroth, T.: Spanende Bearbeitung von Verbundwerkstoffen. In: AFBWAnwenderforum, 2012Schindhelm, D.: Diagnostics of the CO2-laser cutting process by evaluating the backreflectedlaser power. In: Proceedings of the „International Congress on Applications ofLasers & Electro-Optics (ICALEO)“, Anaheim, Californien, USA, 25.-28.09.2012Schindhelm, D.: Diagnostic of CO2 laser cutting process – Evaluation of 10 µm-Backreflection. 13th International Workshop – Process stability in laser beam welding andcutting 2, Hirschegg, Österreich, 01.-03.02.2012Cluster E – Informations- und Kommunikationstechnologien für die ProduktionGröger, C.; Niedermann, F.; Schwarz, H.; Mitschang, B.: Supporting Manufacturing Designby Analytics. Continuous Collaborative Process Improvement enabled by the AdvancedManufacturing Analytics Platform. In: Proceedings of the 16th IEEE International Conferenceon Computer Supported Cooperative Work in Design (CSCWD), 2012Gröger, C.; Schlaudraff, J.; Niedermann, F.; Mitschang, B.: Warehousing ManufacturingData. A Holistic Process Warehouse for Advanced Manufacturing Analytics. In: Proceedingsof the 14th International Conference on Data Warehousing and Knowledge Discovery(DaWaK), 2012Gröger, C.; Niedermann, F.; Mitschang, B.: Data Mining-driven Manufacturing ProcessOptimization. In: Proceedings of the World Congress on Engineering (WCE) Vol. III, 2012Hollstein, P.; Lachenmaier, J.; Lasi, H.; Kemper, H.-G.: Handlungsfelder dergestaltungsorientierten Wirtschaftsinformatik im Kontext der Digitalen Fabrik; In:Tagungsband der Multikonferenz Wirtschaftsinformatik (MKWI), Braunschweig, 2012Rockstroh, L.; Klaiber, M.; Simon, S.: Correlation and convolution of image data usingfermat number transform based on two's complement. IEEE International Conference onAcoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP), Kyoto, pp. 1637-1640, 2012Lefeure, T.; Rockstroh, L.; Klaiber, M.; Fortier, N.; Simon, S.: Relaxation of particle imagevelocimetry based on single autocorrelation of filtered motion blurring. IEEE InternationalConference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP), Kyoto, pp. 1329-1332,2012Klaiber, M.; Ahmed, S.; Wang, Z.; Rockstroh, L.; Gera, Y.; Simon, S.: Online ImagingAnalysis of Spray Processes Based on a Reconfigurable Embedded System. 10. Workshopüber Sprays, Techniken der Fluidzerstäubung und Untersuchungen von Sprühvorgängen,Berlin, 2012113

Klaiber, M.; Rockstroh, L.; Wang, Z.; Baroud, Y.; Simon S.: A Memory-Efficient ParallelSingle Pass Architecture for Connected Component Labeling of Streamed Images.International Conference on Field-Programmable Technology (FPT), Seoul, pp. 159-165,2012Silcher, S.; Minguez, J.; Mitschang, B.: A Novel Approach to Product LifecycleManagement based on Service Hierarchies. In: Recent Trends in Information Reuse andIntegration, Springer Vienna, 2012, S. 343-362, (ISBN 978-3-7091-0737-9)Silcher, S.; Dinkelmann, M.; Minguez, J.; Mitschang, B.: A Service-based Integration foran improved Product Lifecycle Management. In: Proceedings of the 14th InternationalConference on Enterprise Information Systems (ICEIS 2012), Wrocław, Poland, 2012Wörner, M.; Ertl, T.: Visual Analysis of Public Transport Vehicle Movement. In: EuroVA 2012International Workshop on Visual Analytics, S. 79–83, 2012Thom, D.; Bosch, H.; Koch, S.; Wörner, M.; Ertl, T.: Spatiotemporal Anomaly Detectionthrough Visual Analysis of Geolocated Twitter Messages. In: IEEE Pacific VisualizationSymposium (PacificVis), S. 41-48, 2012Cluster F – Wissensbasiertes ManagementBaureis, D.; Wagner, L.: Entwicklung von hybriden Leistungsbündeln. In: Werkstatttechnikwt online (2012), 7/8, S. 499–502, 2012Wagner, L.; Baureis, D.; Warschat, J.: How to develop product-service systems in the fuzzyfront end of innovation. In: International Journal of Technology Intelligence and Planning 8(2012), Nr. 4, S. 333-357, 2012Brunswicker, S.; Hutschek, U.; Wagner, L.: 'Exploration' in the open innovation front-end: therole of technologies. In: International Journal of Technology Intelligence and Planning (IJTIP)8 (2012), Nr. 1, S. 1–15, 2012Reiß, M.; Ehrenmann, F.: Neue Medien im Change Management: Empirische Erkenntnisseaus der Berater- und Klientenperspektive. In: Niedereichholz, C.; Niedereichholz, J.; Staude,J. (Hrsg.): Handbuch der Unternehmensberatung – Organisationen führen und entwickeln.16. Ergänzungslieferung, Berlin, 2012, S. 1-15, (ISBN 978 3 503 07846 2)Ehrenmann, F.; Brunswicker, S.: Managing Open Innovation in SMEs: The CAS SoftwareAG Case Study. In: Anisic, Z.; Freund, R. (Hrsg.): Proceedings of the 5th InternationalConference on Mass Customization and Personalization in Central Europe. Novi Sad, 2012,S. 65-73, (ISBN 978-86-7892-432-3)Ehrenmann, F.: Resilience als Konzept für die Neuausrichtung von Unternehmen. 4.Nürtinger Prozess- und Organisationsmanagement-Gespräche, Nürtingen, 2012Cluster G – Intelligente ProduktionseinrichtungenRahäuser, R.; Meier, M.; Klemm, P.: Offene Potenziale im Kühlschmierstoffkreislauf, inWerkstatttechnik wt-online, Ausgabe 5-2012, S. 299-305, 2012114

Eberspächer, P.; Haag, H.; Rahäuser, R.; Schlechtendahl, J.; Verl, A.; Bauernhansl, T.;Westkämper, E.: Automated Provision and Exchange of Energy Information throughout theProduction Process. In: Proccedings of the 19th International Conference on Life CycleEngineering (LCE), 2012Rahäuser, R.; Eberspächer P.; Schlechtendahl, J; Klemm, P.; Verl, A.; Meier, M.: TotalEnergy Saving Analysis Method for Coolant Supply Systems. In: Proceedings of 10th GlobalConference on Sustainable Manufacturing (GCSM), 2012Wentsch, K. S.; Zheng, L.; Xu, J.; Abdou Ahmed, M.; Graf, T.: Passively mode-lockedYb 3+ :Sc 2SiO 5 thin-disk laser. In: Optics Letters Vol. 37, No. 22, 2012Ricaud, S.; Jaffres, A.; Wentsch, K. S:; Suganuma, A.; Viana, B.; Loiseau, P.; Weichelt, B.;Abdou Ahmed, M.; Voss, A.; Graf, T.; Rytz, D.; Hönninger, C.; Mottay, E.; Georges, P.; Druon,F.: Femtosecond Yb:CALGO thin-disk oscillator. In: Optics Letters, Vol. 37, No. 19, 2012Wentsch, K. S.; Weichelt, B.; Zheng, L.; Xu, J.; Abdou Ahmed, M.; Graf, T.: ContiniouswaveYb-doped Sc 2SiO 5 thin-disk laser. In: Optics Letters, Vol. 37, No. 1, 2012Wentsch, K. S.; Abdou Ahmed, M.; Graf, T.: New crystals for ultrafast thin-disk lasers.Stuttgarter Lasertage 2012Druon, F.; Viana, B.; Ricaud, S.; Papadopoulos, D.; Jaffres, A.; Suganuma, A.;Loiseau, P.;Weichelt, B.; Wentsch, K. S.; Abdou Ahmed, M.; Voss, A.; Graf, T.; Hönninger, C.; Mottay,E. ; George, P.: Yb:CALGO for high-power femtosecond laser applications. StuttgarterLasertage 2012Ricaud, S.; Jaffres, A.; Suganuma, A.; Viana, B.; Loiseau, P.; Weichelt, B.; Wentsch, K. S.;Abdou Ahmed, M.; Voss, A.; Graf, T.; Ritz, D.; Hönninger, C.; Mottay, E.; Georges, P.; Druon,F.: CW and femtosecond Yb:CALGO thin disk oscillator. Europhoton, Stockholm, 2012Weichelt, B.; Wentsch, K. S.; Voss, A.; Abdou Ahmed, M.; Graf, T.: Experimentalinvestigations on high-power zero-phonon line pumped thin-disk lasers. 2 nd Disk LaserWorkshop, Stuttgart, 2012Cluster H – Nachhaltigkeit in der ProduktionSlowak, A.; Regenfelder, M: Creating Value, not Wasting Ressources - SustainableInnovation Strategies, Presentation at 6th International Conferenceon Indicators and Concepts of Innovation -Sustainability of Innovation,Innovation of Sustainability (ICICI 2012), KonstanzDully, S.; Schiffleitner, A.; Regenfelder, M.: Implementing Product-Related Hazardous Substances Management by an Reporting-Oriented Project ManagementApproach, Proceedings of 10th Global Conference on Sustainable Manufacturing (GCSM)2012: Towards Implementing Sustainable Manufacturing, IstanbulRegenfelder, M.; Faller, J.; Perthes, H.; Dully, S. (2012): Practical Demonstrator Automotive– Manufacturing of Security-Relevant Component with Plastic Recyclate in Automotive in anIndustrial Network, Proceedings of Joint International Congress and Exhibition ElectronicGoes Green (EGG) 2012+, Berlin115

Dietrich, J.; Becker, F.; Kast, G.; Nittka, T.; Kopacek, B.; Schadlbauer, S.; Modoran, D.;Obersteiner, G.; Scherhaufer, S.; Regenfelder, M.: Practical Demonstrator “ReUse ICTNetwork”, Proceedings of Joint International Congress and Exhibition Electronic Goes Green(EGG) 2012+, BerlinDully, S.; Regenfelder, M.: Data Management concerning HazardousSubstances, Proceedings of Joint International Congress and Exhibition Electronic GoesGreen (EGG) 2012+, BerlinRegenfelder, M.; Ebelt, S.: Strategies of Waste Prevention - a new PreventionHierarchy, Proceedings of Management of Technologies - Step to Sustainable Production(MOTSP) 2012, ZadarRegenfelder, M.: Geschäftsmodelle für die Grenzen des Wachstums -EinGeschäftsmodellkonzept für hochwertiges Recycling und Re-Use, Tagungsbandbeitrag 2.DGAW Wissenschaftskongress, RostockSeeberg, B.; Monauni M.: Qualitative Growth and Sustainability in Organizations – AnOverview. In ElMaraghy, Hoda A. (Ed.), Proceedings of the 4th International Conference onChangeable, Agile, Reconfigurable and Virtual Production (CARV 2011). 03.-05. October2011, 2012 – Montreal, Canada: Springer10. PatenteSchindhelm, D.: Vorrichtung und Verfahren zur Überwachung und insbesondere zurRegelung eines Laserschneidprozesses. WO002012107331A1, veröffentlicht am 16.08.201211. AuslandsaufenthalteDie Vernetzung mit nationalen und internationalen Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaftder GSaME ist essentieller Bestandteil des strategischen Grundkonzeptes und Erfordernis desdualen Ansatzes für Forschung und Ausbildung der in einen der führenden internationalenStandorte produktionswissenschaftlicher Grundlagen-, angewandten und industriellenForschung eingebetteten Graduiertenschule. Dies wird in der Struktur abgebildet und in denGremien umgesetzt, wie auch ganzheitlich in Forschung, Ausbildung, der Entwicklunginternationaler Erfahrungen der Promovierenden und ihrer Einbindung in nationale undinternationale Netzwerke realisiert: durch internationale Teams Promovierender, Besuchinternationaler Konferenzen im In- und Ausland und Publikation in nationalen undinternationalen Journals, einen Auslandsaufenthalt im 3. Jahr, internationale Referenten undGastwissenschaftler, den Austausch mit internationalen Studenten und deren Betreuungsowie die Forschungstätigkeit in global agierenden Unternehmen.Auslandsaufenthalte von Promovierenden sind in der GSaME ausdrücklich erwünscht. Ihr Zielist es, zum Fortschritt des Forschungsprojektes und zur Ausbildung der Promovierendenbeizutragen. In diesem Sinne sollte der Auslandsaufenthalt Bestandteil des individuellenCurriculums und geplant sein und mit Zustimmung des Thesis Committees erfolgen. Damitsollen folgende Ziele für die Promovierenden erreicht werden:116

• Erlangung bestmöglicher Kenntnisse über den Stand der internationalen Forschungauf dem Dissertationsgebiet• Austausch mit fachlicher Community• Unterstützung des Aufbaus eigener Netzwerke der Promovierenden in diewissenschaftliche Community und die Wirtschaft.2012 haben vier Promovierende einen längerfristigen Auslandsaufenthalt durchgeführt:Reuss. M.: 31.07. - 04.12.2012: Kyoto University, Machining Measurement and ControlLaboratoy, Department of Micro Engineering, Graduate School of Engineering; Betreuer:Professor Atsushi Matsubara; Addresse: Yoshida-honmachi,Sakyo-ku, Kyoto, 606-8501,JapanBessam, H. E.: 26.06.2012 - 09.07.2012. Kairo. Partner: AHK-Kairo Deutsche-ArabischeIndustrie- und HandelskammerPfeifroth, T.; 02.05.2012 – 02.08.2012: Dublin, Irland, University College Dublin, AdvancedManufacturing Science Research Centre, Leitung: Professor Gerald Byrne.Ehrenmann, F.: 04.09.-27.11.2012: Department for Industrial Engineering and Managementder Universität Novi Sad, SerbienThemaF3: Kosten- und zeiteffizienter Wandel vonProduktionssystemen: Wissens- und KompetenzbasisDoktorand:Dipl.-Kfm. techn. Frank EhrenmannThesis Committee: Prof. Dr. Michael Reiß (BWI - Abt. II),Prof. Dr.-Ing. Dieter Spath (IAT)Projektbeginn: 15.03.2009E-Mail:frank.ehrenmann@gsame.uni-stuttgart.deAuslandsaufenthalt am Department for Industrial Engineering and Management derUniversität Novi Sad in Serbien von September bis November 2012Herr Ehrenmann absolvierte im Zeitraum von September bis November 2012 einenForschungsaufenthalt am Department for Industrial Engineering and Management derUniversität Novi Sad in Serbien. Neben einem Konferenzbeitrag auf der „5th InternationalConference on Mass Customization and Personalization in Central Europe“ beinhaltete derAuslandsaufenthalt die Zusammenarbeit mit einem internationalen Forschungsteam. DerFokus der internationalen Konferenz lag vor allem auf den Themenfeldern „Co-Creation“,„Open Innovation“ und „Mass Customization“. Die erfolgreiche Realisierung dieserstrategischen Konzepte wird als bedeutender Baustein für den Aufbau bzw. dieAufrechterhaltung der Wettbewerbsfähigkeit von Produktionssystemen verstanden.Gleichzeitig stellen beispielsweise hierarchische Strukturen, unflexible Strategien, kulturelleWiderstände und eine unzureichende Ressourcenflexibilität Barrieren für die Implementierungder Konzepte dar. Derartige Inhibitoren des Wandels müssen als grundlegendeHerausforderungen für das Change Management von Produktionssystemen verstanden117

werden. Mit ihnen setzte sich Herr Ehrenmann im Rahmen seines Auslandsaufenthaltsintensiver auseinander.Die Zielsetzung des Auslandsaufenthalts von Herrn Ehrenmann bestand darin, den aktuellenStand der Forschung zu den oben genannten Konzepten zu erarbeiten und Maßnahmen füreine erfolgreiche Umsetzung derselben zu entwickeln. Die Konferenz zu Beginn desForschungsaufenthalts eignete sich als Plattform für einen intensiven Wissensaustausch mitinternationalen Forschern und den Aufbau eines Kontaktnetzwerks mit Wissenschaftlern ander Universität Novi Sad.Das Ergebnis des Forschungsaufenthalts stellt zum einen ein Management-Modell für denAufbau organisationaler Fähigkeiten für unternehmensübergreifende Innovations- sowieVeränderungsprozesse dar. Hieraus leiten sich für das Forschungsprojekt von HerrnEhrenmann Erkenntnisse hinsichtlich des proaktiven Aufbaus von Infrastrukturen zurSteigerung der Wandlungsfähigkeit von Produktionssystemen ab. Zum anderen wurdenLösungsansätze in Gestalt eines Reifegradmodells entwickelt, die eine erfolgreicheRealisierung offener Wertschöpfungssysteme unterstützen. Ein weiteres Ergebnis desForschungsaufenthalts stellt eine Veröffentlichung zu den entwickelten Sachverhalten dar.Herr Ehrenmann repräsentierte die GSaME bei wissenschaftlichen Veranstaltungen desDepartments of Industrial Engineering and Management und trug hiermit zum Aufbauinternationaler Forschungskontakte und zur Steigerung der Sichtbarkeit der Graduiertenschulein Europa bei.ThemaC8: Hochleistungsbearbeitung von natürlichen und künstlichenVerbundwerkstoffenDoktorand:Dipl.-Wirtsch.-Ing. (FH) Tobias PfeifrothThesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Heisel (IfW)Prof. Dr. Dr. h. c. Rainer Gadow (IFKB)Projektbeginn: 01.06.2010E-Mail:tobias.pfeifroth@gsame.uni-stuttgart.deAuslandsaufenthalt in Irland von Mai 2012 bis August 2012Vom 02.05.2012 – 02.08.2012 wurde der Forschungsaufenthalt am University College Dublinim Advanced Manufacturing Science Research Centre unter der Leitung von Professor GeraldByrne in Dublin, Irland absolviert. Der Schwerpunkt des Forschungsprojekts„Hochleistungsbearbeitung von natürlichen und künstlichen Verbundwerkstoffen“ liegt auf derspanenden Bearbeitung von kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Der zubearbeitende Themenkomplex während des Auslandsaufenthalts war die simulative Abbildungder Bearbeitungsfehler in der CFK-Zerspanung. Da Professor Byrne auf dem Gebiet derspanenden Bearbeitung ein sehr renommierter Wissenschaftler ist, bot sich die Möglichkeit,fachliche Aspekte der Dissertation mit neuen Sichtweisen und Erfahrungen zu prüfen undweiterzuentwickeln. Neben dem Aufenthalt am Forschungsinstitut von Professor Byrne fandein reger Austausch mit dem Forschungsteam von Professor Ivankovic, Leiter des Instituts ofEngineering Mechanics statt. Dieses Forschungsteam untersucht das Materialverhalten vonCFK besonders hinsichtlich der Delamination sowie des dazugehörigen118

Energieabsorptionsverhaltens. Schwerpunktmäßig beschäftigt sich dieses Institut mit derUntersuchung dieser Aspekte im Labor mittels umfangreicher Prüftechnik sowie dersimulativen Abbildung der experimentell gewonnenen Erkenntnisse.Durch die Zusammenarbeit mit den beiden Forschungsteams von Professor Byrne undProfessor Ivankovic war es möglich, die beiden Themenkomplexe „Spanende Bearbeitung“und „Simulation der Delamination“ zusammenzuführen. So konnte ein Materialmodell erstelltwerden, das zum einen die grundlegenden Eigenschaften zur Berücksichtigung derDelamination erfüllt und zum anderen die spanende Bearbeitung implementiert. Am Ende desAuslandsaufenthalts konnte das Delaminationsverhalten bei der Bohrbearbeitung mit Hilfe derFinite-Element-Methode abgebildet werden.Der Auslandsaufenthalt am University College Dublin wurde von dem Promovierenden imHinblick auf seine persönliche Entwicklung und für den wissenschaftlichen Fortschritt desForschungsprojekts als sehr erfolgreich eingeschätzt. Ein Ziel des Forschungsprojektes, diedie spanenden Bearbeitung von CFK unter Berücksichtigung der Bearbeitungsfehler simulativabzubilden, konnte im Rahmen des Auslandsaufenthalts erfolgreich gelöst werden.ThemaB1: Einfluss von Dämpfungsparametern in SimulationsmodellenDoktorand:Thesis Commitee:Projektbeginn: 01.08.2009E-Mail:Dipl.- Ing. Matthias ReußProf. Dr.-Ing. Alexander Verl (ISW)Prof. Dr.-Ing. Uwe Heisel (IFW)matthias.reuss@gsame.uni-stuttgart.deAuslandsaufenthalt an der Kyoto University Department of Micro EngineeringMachining Measurement and Control Laboratory von Juli 2012 bis Dezember 2012Das Forschungsthema der GSaME, Einfluss von Dämpfungsparametern inSimulationsmodellen, wird sehr gut von einem der Forschungsschwerpunkte von Prof. AtsushiMatsubara, Reibung in hochsteifen Führungen, ergänzt. Denn die Dämpfung und Reibung inVorschubachsen wird zu großen Teilen von den Kontakten in den vorgespannten Führungenund Lagern verursacht. Weiterhin ist es nahezu nicht möglich, Daten zu diesen Parametern inder Literatur zu finden, jedoch stand an der Kyoto University ein geeigneter Messaufbau zurBetrachtung einzelner Wälzkontakte zur Verfügung und konnte genutzt werden.Ziel des Forschungsaufenthalts war die Entwicklung einer allgemeinen mathematischenBeschreibung des Kontakts von Wälzkörper und Führungsbahn. Diese Beschreibung sollteauf einem den Stick-Slip Effekt beschreibenden Modell aufbauen und möglichst nur vonMaterial, Geometrie und äußeren Lasten an Wälzkörper und Führung abhängen. Dieses neueModell sollte durch Messungen verifiziert werden.Es wurden im Rahmen des Aufenthalts große Fortschritte in der Modellierung vonWälzkontakten erzielt, die veröffentlicht werden sollen.119

12. Ausblick nach 10/2012Die GSaME folgt der Zielsetzung, Wettbewerbsfähigkeit der industriellen Produktion durcheine Konzentration auf die Ansätze zu sichern, welche zur konsequenten Nutzung technischerund organisationaler sowie humaner Potenziale beitragen. In der turbulenten Umgebung sindnur Fabriken überlebensfähig, deren Struktur sich permanent anpassen lässt. Dazu gehörteine Fortsetzung der Entwicklungen für Adaptions- und Wandlungsfähigkeit bei gleichzeitigerSicherung der Performance (min. Zeiten, Kosten, max. Qualität). Technische Intelligenz wirddurch mechatronische Systeme und Automation erreicht, wobei vor allem die Verwendung vonHochleistungskomponenten (Antriebe, Steuerungen, Sensoren) vorangetrieben werden soll.Realitätsnahe „Digitale Engineering Werkzeuge“ sollen die Gestalter und Betreiber in ihrerArbeit unterstützen. Innovative Technologien richten sich vor allem auf die Verarbeitung vonIngenieur-Werkstoffen und die Herstellprozesse für funktionale Eigenschaften. ÖkonomischeModelle sollen dazu beitragen, Unternehmen krisenfest zu machen und Synergie-Potenzialeaus der Vernetzung zu gewinnen. Ein spezifischer Aspekt liegt in der Analyse, Konzeption undRealisierung regionaler Produktionsstrukturen versus globale Netzwerke.In fachlicher Hinsicht folgt die GSaME dem Leitbild der ersten Phase (Wandlungsfähigkeit)und verstärkt damit die Aspekte der Nachhaltigkeit der Produktion und desproduktbegleitenden Services sowie der Integration von Wissen in die technischen undorganisationalen Prozesse und Systeme. Auf Basis der vorangehenden Forschungsarbeitenbesteht ein ausreichendes Potenzial zur Fortsetzung der bisherigen Forschungsaktivitäten derGSaME im Arbeitsgebiet der Gestaltung und Optimierung industrieller Produktionen, dieergänzt werden um:• Wettbewerbsfähigkeit und Nachhaltigkeit als Zielgrößen eines weiterentwickeltenStuttgarter Unternehmensmodells• Konzepte für die global und/oder regional vernetzte Produktion• Production Intelligence mit Integration von (Prozess-) Wissen in die Engineering- undFührungssystemeDie Leitlinien der Forschungsarbeiten der GSaME orientieren sich daher an• Wandlungsfähigkeit auf allen Ebenen des Produktionssystems (technische Ebene,Arbeitsprozesse, Organisationsstrukturen, Strategien und Geschäftsmodelle,Einflussnahme auf bzw. Sensibilität für die Organisationsumwelt),• Nachhaltigkeit als narrativer Idee für die Art und Weise des Produzierens undWirtschaftens (Verbindung ökonomischer, ökologischer und gesellschaftlicher„Logiken“ einerseits sowie technische Entwicklung hinsichtlich neuer Produkte, neuerProzesse, höherer Effizienz etc. andererseits),• der globalen und/oder regionalen Vernetzung technischer und organisatorischerBereiche• technischer Intelligenz und menschlicher Intelligenz auf allen Ebenen desProduktionssystems.120

Dazu wurde die interdisziplinäre Clusterstruktur modifiziert. In den Clustern wurden mehr als30 Forschungsthemen für DFG-Stipendiaten definiert.Abb. 21: Fachliches Konzept und Forschungsschwerpunkte der GSaME ab 11/2012A Strategien und Methoden der nachhaltigen FabrikentwicklungB Management vernetzter globaler ProduktionC Information und Kommunikation für die ProduktionD Betriebsmittel und Service EngineeringE Material- und ProzessengineeringF Intelligente ProduktionseinrichtungenA Strategien und Methoden der nachhaltigen FabrikentwicklungClusterdirektor: Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult. Engelbert WestkämperAusgehend vom konzipierten „Stuttgarter Unternehmensmodell“ sowie vom Prinzip derGanzheitlichkeit erfolgt in diesem Cluster eine Weiterentwicklung in Richtung Nachhaltigkeit inund durch Produktionsunternehmen mit konkreter Beachtung der dabei auszubalancierendenFaktoren Ökologie, Ökonomie und soziale Wirksamkeit. Um in diesem abgesteckten Rahmendas Basismodell für die „Fabrik der Zukunft“ vollenden zu können, ist es notwendig, dieMegatrends hinsichtlich der Wandlungsnotwendigkeit und des Wandlungspotenzials vonProduktionssystemen zu analysieren und zu bewerten. Darauf aufbauend sind entsprechendeStrategien zu erarbeiten, die es unter anderem erlauben, den optimalen Einsatz von Material,Energie und weiterer Ressourcen für zukunftsfähige Fabriken methodisch und teilweisetechnologisch zu erforschen. Ein besonderer Fokus liegt im Cluster A 2 auf der Integration von„Wissen“ insgesamt und im Speziellen auf ein fortschrittliches Industrial Engineering, auf derSimulation von Fabrikprozessen sowie auf der Weiterentwicklung des bereits vorliegendenKonzeptes der Lernfabrik.121

Themenauswahl:Das Leitmodell der virtuellen Fabrik als adaptives System unter der Berücksichtigungdes Realoptionsgedankens – Bewertungs- u. Steuerungsanforderungen unterBerücksichtigung spieltheoretischer stochastischer VerteilungsstrukturenWissensbasierte Optimierung der Fabrikeffektivität und EffizienzRechnerunterstützte Erstellung von Simulationsmodellen für die virtuelleInbetriebnahme von ProduktionseinrichtungenWertstromorientiertes Wartungssystem für TurboflugtriebwerkeSynergieeffekte in regionalen ProduktionsnetzwerkenB Management vernetzter globaler ProduktionClusterdirektor: Prof. Dr. Georg Herzwurm (BWI)Vor dem Hintergrund globaler Megatrends, wie beispielsweise Globalisierung, Vernetzungoder Individualisierung, steht auch das produzierende Gewerbe zukünftig vor neuenHerausforderungen. Um diesen Herausforderungen gerecht zu werden und dadurch die Fabrikder Zukunft zu entwickeln gibt es bereits verschiedene generische Konzepte. So existiertbeispielsweise die Notwendigkeit, auf ökonomische Turbulenzen flexibel reagieren zu können,wodurch ein Wandel in der Produktion von linearen und verschlankten Wertschöpfungskettenhin zu globalen Produktionsnetzwerken beobachtbar ist. Betriebswirtschaftliche, technischeund soziale Aspekte spielen bei der Entwicklung zur Fabrik der Zukunft eine sehr große Rolle.So müssen beispielsweise durch den steigenden Einfluss der Informations- undKommunikationstechnologie und durch die globale Vernetzung Governance- und Diversity-Konzepte, das Management von Kosten und Kompetenzen sowie die Geschäftsmodelle undGeschäftsmodellkomponenten, wie beispielsweise value proposition, value dissemination,value capture, im Wertnetz detailliert analysiert, bewertet und gegebenenfalls neu gestaltetwerden.Mit diesen exemplarischen Themen zur Gestaltung der Fabrik der Zukunft befasst sich dasForschungscluster B „Management vernetzter globaler Produktion“. In diesem Cluster werdendie Einflüsse der Informations- und Kommunikationstechnologie und der globalen Vernetzungauf Geschäftsprozesse, Produktionsprozesse, Produktionssysteme undProduktionsmaschinen der traditionellen Fabrik erforscht und daraus Konzepte bzw.Handlungsempfehlungen für die Generierung der Fabrik der Zukunft aufgestellt. Einebesondere Betrachtung erhalten hierbei die Themenbereiche: Management, Dienstleistungen,kulturelle Vielfalt und Nachhaltigkeit.Themenauswahl:Globale Produktionsnetzwerke als softwareintensive ServiceproviderKompetenzmessung in Fabrikverbünden – Ein Beitrag zur Identifizierung von LeadFactories122 Kontroll- und Flexibilisierungspotenziale internationaler Produktionsnetzwerke –Theoretische Grundlagen und empirische Analyse konkurrierender Governance-Konzepte

Kostenmanagement in globalen ProduktionsnetzwerkenDiversity-Kompetenzen für globale Produktionsnetzwerke: TheoretischePerspektiven, Anforderungen und Potenziale für den Umgang mit personaler Vielfalt.C Informations- und Kommunikationstechnologien für die ProduktionClusterdirektor: Prof. Dr.-Ing. habil. Bernhard Mitschang (IPVS)Agilität und Wandelbarkeit sind heute entscheidende Erfolgsfaktoren für produzierendeUnternehmen in einem hart umkämpften und turbulenten Markt. Die Realisierung der„Echtzeitfähigen Fabrik“ erfordert eine verbesserte Agilität von Geschäfts-undFertigungsprozessen, eine intensivere Zusammenarbeit und Integration der Phasen imProduktlebenszyklus sowie ein umfassendes Komplexitätsmanagement. Folglich müssenbestehende Informations- und Kommunikationstechnologien verbessert werden, umselbstanpassende und selbstoptimierende Prozesse mit Hilfe von Echtzeit-Informationsverarbeitung auf verschiedenen Ebenen zu ermöglichen, von der Maschinen- undSensor-Ebene, bis hin zur Prozess-und Unternehmensebene.Das Cluster C konzentriert sich auf die Entwicklung neuartiger Ansätze, Methoden, Software-Architekturen, digitaler Werkzeuge, Systeme und Technologien zur Unterstützung deradvanced Manufacturing Engineering-Aktivitäten auf Basis von Informations- und Wissen-Ressourcen. Das Cluster untersucht und erforscht diese Themen in Zusammenarbeit mitKollegen aus den anderen Clustern der GSaME und insbesondere mit Partnern aus derIndustrie.Themenauswahl:Lifecycle Analytics – Next Generation Analytics Across Structured and UnstructuredDataManufacturing Collaboration Platform - Next Generation Platform for SupportingCollaborations in ManufacturingIT-basierte Capabilities im Additive Manufacturing (AM) – Konzeption desInformationsmanagements für innovative GeschäftsmodelleWandlungsfähige Entwicklungs- und TestplattformenComplex Manufacturing Event ProcessingIntelligente Sensorik für die schnelle Inspektion in der Fertigung und das Monitoringschneller Prozesse im Process Engineering.D Betriebsmittel und Service EngineeringClusterdirektor: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dieter Spath (IAT)Treiber von Innovationen sind neben neuen Technologien auch (unternehmensnahe)Dienstleistungen, die neue Einsatzmöglichkeiten und Kombinationen von Produktenermöglichen. Hierzu werden intelligente Werkzeuge und Vorgehensweisen benötigt, dieinnerhalb einer kooperativen Entwicklungsumgebung einen schnellen Prozess von der Ideezur Umsetzung unterstützen. Diese Modelle müssen in die bestehenden Prozesse und123

Vorgehensweisen einer integrierten Produkt- und Produktionsentwicklung eingehen. Nur solassen sich schon bei der Produktentwicklung die notwendigen Rahmenbedingungen für dieProduktionsentwicklung gestalten, dass eine optimale und schnelle Umsetzung derProduktidee gewährleistet ist. Hierzu müssen alle Beteiligten entlang der Wertschöpfungsketteintegriert werden. Dies schließt zwingend auch die Zulieferer und die Kunden mit ein.Themenauswahl:Entscheidungsfindung zur Entwicklung produktionsunterstützender Service-KonzepteProzesssichere Montage von konischen Welle-Nabe-Verbindungen (WNV)ZuverlässigkeitE Material- und ProzessengineeringClusterdirektor: Univ.-Prof. Dr. Dr. h.c. Rainer Gadow (IFKB)Energieeffizienz, Ressourcenoptimierung, Wirtschaftlichkeit und Sicherheit,Multimaterialsysteme, Mischbauweisen und hybride Technologien haben für die Fertigungherausragende Bedeutung: die Herstellung und Bearbeitung von Verbundwerkstoffen undSchichtverbunden, konstruktive Maßnahmen, die durch innovative Formgebungsverfahrenumgesetzt werden, fortschreitende Miniaturisierung und Funktionsintegration von Bauteilenoder das Konzept der Trennung von Struktur- und Funktionseigenschaften bzw. Kern- undOberflächeneigenschaften sind Beispiele dafür. In einer globalen, hochgradig dynamischenUmgebung kommt dem Prozessengineering die Aufgabe zu, Materialbearbeitungsprozesseund Prozessketten zunächst in Fertigungszellen einzubinden und schließlich die Integration ineine ganzheitliche Fabrikplanung und -steuerung zu ermöglichen.Das Gebiet der Prozessentwicklung für die Herstellung von Leichtbaukomponenten durchFormgebung und Bearbeitung von Leichtmetallen, Compositewerkstoffen und Sandwichessowie Schichtverbunden wird im Cluster E fortgeführt. Das Recycling dieser Werkstoffe istaufwendig (v.a. für Composites), sodass Fertigungsprozesse eine Kreislaufwirtschaft seltenerRohstoffe und hoch werthaltiger Zwischenprodukte berücksichtigen müssen. Einen weiterenSchwerpunkt stellen Fertigungstechnologien zur Herstellung von miniaturisierten Bauteilendar, wobei hauptsächlich Mikro-Nano-Composites, Smart Materials (v.a. Sensor- undAktorwerkstoffe sowie Werkstoffe mit der Fähigkeit des Schadensmonitorings, derSelbstheilung oder der Formanpassung) und Werkstoffverbünde in Mikrosystemen untersuchtwerden. Des Weiteren ist das Spritzgießen eine Technologieplattform für Kooperationeninnerhalb des Clusters. Die Themenbereiche Prozessbeobachtung und Messtechnik sowieProzessmodellierung werden in Cluster E vertieft und sollen in wissensbasierte Systeme inder Werkstoff- und Prozesstechnik münden.Themenauswahl:Elektrochemische Prozesse für die Rückgewinnung strategischer Metalle ausElektronikschrottBewertungsmethoden für Drahtgewebe und -vliese in der Fest-Flüssig-FiltrationGrundlagen der Strahleinkopplung in der laserbasierten Materialbearbeitung124

Untersuchung und Weiterentwicklung von Verschleißschutzschichten fürBlechumformwerkzeugeEntwicklung von Transferprozessen für Metallionen aus wässrigen Prozesslösungenin ionische Flüssigkeiten zur Rückgewinnung strategischer Metalle ausElektronikschrott.F Intelligente ProduktionseinrichtungenClusterdirektor: Prof. Dr.-Ing. Peter Klemm (ISW)Intelligente Fertigungseinrichtungen überwachen Prozesse, erkennen Veränderungenautomatisch, reagieren in geeigneter Weise, haben eine modulare Struktur und sindadaptierbar an neue Produktionsanforderungen. Sie überwachen ihre internen Zustände,sagen die Notwendigkeit von Instandsetzungs- und Instandhaltungsmaßnahmen voraus undunterstützen die Maschinenbenutzer durch zweckmäßige Diagnosemeldungen. Außerdemreduzieren sie den Bedarf an Ressourcen durch geringen Verbrauch an Material und Energiesowie Schmier- und Kühlmitteln. Sie können recycelt werden und besitzen geringeGeräuschemissionen.Ausgehend von diesen Anforderungen forscht das Cluster „F“ auf folgenden Gebieten:Adaptierbarkeit, zum Beispiel durch die Entwicklung einer Steuerungssoftware-Architektur mit „Plug-and-Produce“-Fähigkeit. Dadurch werden eine einfacheRekonfigurierbarkeit und eine automatisierte Wiederinbetriebnahme derrekonfigurierten Maschine ermöglicht.Lernfähigkeit, zum Beispiel durch die Integration von selbst-optimierendenSimulationsmodellen in Steuerungen, um das Verhalten von Maschine und Prozessvorhersagen zu können.Prozess-Effizienz, zum Beispiel durch die Verbesserung derProzessplanungsmethoden für thermo-kinetische Beschichtungsprozesse und dieEntwicklung neuartiger Laser-Konzepte.Nachhaltigkeit, zum Beispiel durch neue Verfahren zur Steigerung derEnergieeffizienz in Kühlschmierstoff-Versorgungsanlagen und die Entwicklung vonspezifischen Maschinen für die Herstellung von Leichtbaustrukturen.Außerdem ist der Schutz industrieller Steuerungssysteme gegen Schadsoftware mit dem Zieldie Sicherheit von Produktionseinrichtungen gegen unberechtigte Zugriffe zu erhöhen einwichtiges Forschungsgebiet des Clusters „F“.Themenauswahl:Entwurfsmethodik für applikations-spezifische Lineardirektantriebe kleiner LeistungEnergieeffiziente Temperaturführung im variothermen Spritzgießprozess am Beispielder induktiven TemperierungFlexible Führung hochbrillanter Laserstrahlen mit neuartigen optischen FasernVorbeugende und automatisierte Wartung und Instandhaltung für die Produktion.125

Die Ausschreibung der Themen wurde 11/2012 begonnen und damit die Kontinuität imRecruiting geeigneter Promovierender gesichert.Als neue Mitglieder unterstützen ab 01.11.2012 folgende Professoren die Umsetzung desForschungs- und Ausbildungsprogrammes:akad. Titel, Name Institut ForschungsgebietProf. Dr.-Ing.Christian BontenProf. Dr. rer. nat.Heinz KückProf. Dr.Michael-Jörg OesterleProf. Dr. rer. pol.Meike TilebeinInstitut für Kunststofftechnik (IKT)Institut für Zeitmesstechnik, Fein- undMikrotechnikBWI - Lehrstuhl für ABWL, Internationalesund Strategisches ManagementInstitut für Diversity Studies in denIngenieurwissenschaftenPolymer-Verarbeitung und –Behandlung,Werkstoff und Verfahrens AnalyseMikrotechnologien, DreidimensionaleSchaltungsträger, Sensor- und AktorsystemeInternationalisierungsprozesse, CorporateGovernanceDiversity Management126

GSaME Graduate School of Excellenceadvanced Manufacturing Engineeringin StuttgartUniversität StuttgartNobelstraße 1270569 StuttgartTel.: +49 (711) 685-61801Fax: +49 (711) 685-51869info@gsame.uni-stuttgart.dewww.gsame.uni-stuttgart.de