Research at GSaME- Status and results 2010 - bei der Graduate ...

Inhaltsverzeichnis
Vorwort .................................................................................................................................. 2
1. Die GSaME – Zusammenfassung ..................................................................................... 3
2. Aktualität Forschungsprogramm ........................................................................................ 4
3. Ziele und Ergebnisse der Cluster ......................................................................................13
3.1. Cluster A – Stuttgarter Unternehmensmodell .............................................................13
3.2. Cluster B – Digitales und Virtuelles Engineering ........................................................22
3.3. Cluster C – Material- und Prozessengineering ...........................................................31
3.4. Cluster D – Netzwerke in der Produktion....................................................................47
3.5. Cluster E – Informations- und Kommunikationstechnologien für die Produktion .........54
3.6. Cluster F – Wissensbasiertes Management ...............................................................59
3.7. Cluster G – Intelligente Produktionseinrichtungen ......................................................64
3.8. Cluster H – Nachhaltigkeit in der Produktion ..............................................................73
4. Preise und Auszeichnungen .............................................................................................79
5. Mitglieder der GSAME ......................................................................................................80
6. Mentoring und Supervision ...............................................................................................82
7. Poster zur GSaME-Tagung „Innovation und Produktion – Zukunftsfähigkeit durch neue
Wege“, Stuttgart 2011 ......................................................................................................83

Vorwort
Das verarbeitende Gewerbe als tragende Säule der deutschen Wirtschaft muss sich stets
neuen Herausforderungen stellen. Talfahrt und Wiederaufschwung in bisher nicht gekannter
Geschwindigkeit haben auch 2010 enorme Flexibilität und Anpassungsfähigkeit an sich verändernde
Umfeldbedingungen verlangt und verlangen dies noch. Dabei hat sich bestätigt,
dass schnell Alternativen erforderlich waren, um sich den neuen Dimensionen weltwirtschaftlichen
Strukturwandels zu stellen und die industrielle Produktion am Standort zu
sichern. Die weltweiten Veränderungsprozesse beschleunigen sich weiter: alten, vertrauten
Marktstrukturen stehen neue stark expandierende, teilweise fremde Märkte gegenüber. Neue
Konkurrenten dringen in angestammte Märkte, holen an Technologiekompetenz und
Innovationsfähigkeit auf. Es entstehen neue grenzüberschreitende Geschäftsmodelle oder
strategische Partnerschaften. Aber nicht nur die Rahmenbedingungen der Wirtschaft haben
sich verändert. Auch die Wissenschaft sowie der Lehr- und Forschungsprozess sind konfrontiert
mit einer Reihe sich dynamisch verändernder Umfeldfaktoren: Globalisierung in Forschung
und Ausbildung, steigende Mobilitätsanforderungen, wachsende Komplexität wissenschaftlicher
Fragestellungen, die Beschleunigung der Innovationsprozesse, Arbeitsteilung
und Vernetzung sowie die Nachfrage nach hochqualifizierten Nachwuchskräften mit
forschungsorientierter Ausbildung für wissenschaftsbasierte Berufe außerhalb des Wissenschaftssystems
in engerem Sinne, insbesondere im Kontext des demografischen Wandels.
Erkenntnisfortschritt und Innovationsimpulse aus der Forschung sowie hochqualifizierte
Nachwuchskräfte sind besonders für die bedeutenden Industriezweige Automobilbau,
Maschinen- und Anlagenbau, Elektrotechnik mit ihrer Schlüsselstellung für die deutsche
Wirtschaft im globalen Wettbewerb unerlässlich. Zukunftsorientierte Forschung zu neuen
Produktionstechnologien und -systemen ist gefordert, Antworten auf offene Fragen zu finden,
Lösungsansätze zu entwickeln und die daraus resultierende Innovationen in Chancen für
eine zukunftsfähige, nachhaltige Produktion am Standort umzusetzen.
Die Forschungsthemen der GSaME in ihrer strategischen Ausrichtung und ihrem industrierelevanten
Anwendungsbezug sowie ihr anspruchsvoller dualer Ansatz zur Qualifizierung
von Promovierenden, angepasst an sich verändernden Rahmenbedingungen, haben ihre
Aktualität bewiesen.
Mit dem vorliegenden Bericht verbinden Vorstand und Geschäftsführung eine umfassende
Information nach innen und außen mit einem Überblick über Aktivitäten und Ereignisse 2010
und dokumentieren die geleistete Ausbildungs- und Forschungsarbeit, die Beratungen und
Diskussionen zwischen dem Vorstand, den Mitgliedern der GSaME, unseren Kooperationspartnern
und den Promovierenden gleichermaßen.
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Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. E. h. Dr.-Ing.
E. h. Dr. h. c. mult. Engelbert Westkämper

1. Die GSaME – Zusammenfassung
Die durch die Megatrends geprägten Veränderungen von Wirtschaft und Gesellschaft setzen
neue Rahmenbedingungen für wettbewerbsfähiges und nachhaltiges Wirtschaften von Unternehmen,
insbesondere im produzierenden Gewerbe.
Die wirtschaftliche Globalisierung - besonders verstärkt durch weltweite Standards der
Kommunikationstechnik - zwingt Unternehmen der produzierenden Industrie zu veränderten
globalen Produktionsstrategien und neuen Geschäftsmodellen. Damit verbunden sind veränderte
Anforderungen an zukünftige Spitzenkräfte, die neben ausgeprägter Fachkompetenz
und fachübergreifendem Wissen auch über Fähigkeiten zur systematischen Weiterentwicklung
und Anwendung von Problemlösungs-, Entscheidungs- und Handlungskompetenzen,
zur Offenheit gegenüber neuen, möglicherweise fachfremden Ideen oder Lösungen und somit
vor allem über Persönlichkeit verfügen müssen.
Mit dem Organisations- und Strukturmodell für die Promotionsphase sollen optimale Voraussetzungen
für Promotionen zum Dr.-Ing. und Dr. rer. pol. und die Förderung des wissenschaftlich
qualifizierten Nachwuchses geschaffen werden, indem neben der originären wissenschaftlichen
Arbeit eine ergänzende methodische, inhaltlich-fachliche und außerfachliche
Qualifizierung ermöglicht und durch verbindliche, transparente und angemessene
Betreuungsstrukturen das Erreichen der Forschungs- und Qualifizierungsziele innerhalb
einer Promotionsdauer von 4 Jahren gefördert und gefordert wird.
Durch die wissenschaftliche Arbeit werden originäre und innovative Beiträge zur Erweiterung
des Standes der Wissenschaft und Technik auf dem Gebiet des advanced Manufacturing
Engineering erwartet und deutlich sichtbar gemacht. Die Qualifizierung der Promovierenden
erfolgt nach dem Anspruch, die bewährten Erfolgsfaktoren Eigenverantwortung, Selbständigkeit
und Selbstorganisation anzuwenden und die Promovierenden nachhaltig zu methodischer
Arbeitsweise und analytischem Denken zu befähigen und ihre Affinität zu interdisziplinärem
Arbeiten zu entwickeln.
Das duale Grundkonzept der GSaME erhöht mit seiner Orientierung an den aktuellen und
zukünftigen Anforderungen eines globalen Arbeits- und Marktumfeldes die Berufsfähigkeit
und Entwicklungsperspektiven der Promovierenden und leistet neben dem Beitrag zum wissenschaftlichen
Fortschritt auch einen Beitrag zum konkreten und direkten Wissens- und
Technologietransfer sowie zur professionellen Personalentwicklung.
Die dazu erforderlichen inhaltlichen, strukturellen und administrativ-organisatorischen Voraussetzungen
und Instrumente der Kooperation mit Unternehmen wurden etabliert und 2010
entsprechend der vorliegenden Erfahrungen und Ergebnisse weiterentwickelt.
Im Berichtszeitraum wurden:
- das erste Promotionsverfahren in der GSaME erfolgreich abgeschlossen,
- die Rahmenbedingungen zur Entwicklung des kreativen und intellektuellen Potenzials
der Promovierenden weiter verbessert,
- das Ausbildungsprogramm weiter strukturiert und durch ergänzende Einbindung hervorragender
externer Expertise aus Wissenschaft und Wirtschaft national und international
umgesetzt,
3

4
- deutliche Fortschritte in der Bearbeitung der Forschungsthemen und erste Ergebnisse
erzielt,
- die Integration der Promovierenden und deren Auseinandersetzung mit einem
industriellen Umfeld erfolgreich fortgesetzt,
- die Attraktivität für Bewerberinnen und Bewerber gesteigert und weitere 13 Promovierende
für das Programm zugelassen,
- die Kooperationen mit Unternehmen gefestigt und um neue Partner und Themen erweitert,
- Monitoringprozesse mit dem Ziel der Selbstevaluation kontinuierlich angewandt und
die Entwicklung eines spezifischen Qualitätsmanagementsystems auf Basis von
EFQM begonnen,
- der Bekanntheitsgrad der GSaME im nationalen und internationalen Umfeld gesteigert,
- die Vorbereitungen zur nächsten Antragstellung im Rahmen der Exzellenzinitiative
durch intensive Diskussionen und Beratungen intensiviert.
2. Aktualität Forschungsprogramm
Gehen die Grundlinien der GSaME und des Stuttgarter Unternehmensmodells auf die durch
Internationalisierung verschärfte Wettbewerbssituation und Turbulenzen der kundenorientierten
Märkte zurück, so zeigen sich heute Anzeichen für einen ungleich tiefer gehenden
Wandel mit ungewissen Folgen für das produzierende Gewerbe. Die langsam abebbende
Wirtschafts- und Finanzkrise ist dabei kein Merkmal einer Krise im System, sondern vielmehr
die eines fundamentaleren Wandels der Systeme insgesamt. Die wirtschaftliche Globalisierung
- 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 hohem Wachstumspotenzial.
Diese Migration wird durch die weltumspannende Kommunikationstechnik,
den Transfer von Finanzen in ertragsstarke Bereiche und durch freie Handelswege stark
gefördert. Die Deindustrialisierung vieler westlicher Länder hat sich massiv fortgesetzt.
Deutschland und Mitteleuropa profitieren noch von dieser Entwicklung, da die Regionen eine
ausreichende Innovationsfähigkeit sowie Tiefe und Breite in den Technologien besitzen, die
ihnen Vorteile in den internationalen Märkten verschaffen. Ein weiterer strategischer Faktor
liegt zweifellos in der Qualifikation der Mitarbeiter aller Bereiche. Mittel- und langfristig ist
aber auch diese Position der hiesigen Industrie gefährdet, wenn es nicht gelingt, ein neues
Paradigma für industrielle Produktionen zu verfolgen und die Unternehmensstrukturen auf
die zukünftigen globalen Herausforderungen auszurichten.
Die fachliche Ausrichtung der GSaME wurde durch die Ergebnisse des Stuttgarter Sonderforschungsbereichs
(SFB) „Wandlungsfähige Unternehmensstrukturen für die variantenreiche
Serienfertigung“ geprägt. In dem SFB entstand ein Unternehmensmodell, das sogenannte
„Stuttgarter Unternehmensmodell“, dessen Kerngedanken waren:

- Ganzheitliche systemtechnische Sicht auf Unternehmensstrukturen und deren
Wandelbarkeit in turbulenten (Märkten) Umgebungen
- Grundprinzipien einer wandlungsfähigen Organisation: Selbstorganisation, Selbstoptimierung
etc. in teilautonomen Arbeitsgruppen
- Wandlungsfähigkeit der IT-Systeme und Mechanismen der Selbstorganisation
- (Re-) Konfigurierbarkeit technischer Systeme
- Digitale Werkzeuge zur Gestaltung und Optimierung
Mit Gründung der GSaME wurde der Grundgedanke einer wandlungsfähigen Produktion
übernommen, der Bilanzrahmen des „Manufacturing“ jedoch ausgedehnt. Die Gestaltungsbereiche
des „Manufacturing Engineering“ wurden durch die werkstoffbezogenen Technologien
und Prozesse ergänzt. Ferner wurde das Feld der Produktion um das Gebiet der
„Nutzung technischer Intelligenz“ in Maschinen und Fertigungssystemen erweitert. Ebenso
wurde das Feld der Informations- und Kommunikationstechnik um die Gebiete erweitert,
welche die Operationen in wandlungsfähigen Fabriken mit hoher und schneller Änderungsfähigkeit
befähigen. Schließlich konnten durch die stärkere Einbeziehung der Betriebswirtschaft
auch ökonomische Aspekte des wissensbasierten Managements der produzierenden
Unternehmen aufgenommen werden.
Die Einbeziehung der Informationstechnik bereicherte die Konzeption der GSaME vor allem
durch innovative Technologien des Datenmanagements, der Visualisierung sowie der Architektur
von IT-Systemen. In der Technologie konnten neben den traditionellen Gebieten der
Fertigungstechnik (Urformen, Umformen, Trennen, Fügen) auch die Verfahren der Oberflächentechnik
und Laserbearbeitung einbezogen werden. Die Betriebswirtschaft brachte
neue Ansätze aus den Bereichen Strategie, Führung, Logistik, Investition und Finanzierung
ein.
Alle diese fachlichen Kompetenzen werden benötigt, um wissenschaftlich fundierte Ansätze
für Fabriken der nächsten Generation zu verfolgen: adaptiv, wandlungsfähig, durch Höchstleistung,
Prozessfähigkeit und (technisch) intelligente Lernfähigkeit.
Die GSaME verfolgt das ehrgeizige Ziel, Beiträge zur Entwicklung zukünftiger Fabrikgenerationen
mit einem originären Stuttgarter Ansatz bei hoher Interdisziplinarität und einem
bedeutenden Beitrag für ein „umfassendes System für aME“ zu leisten und technische, methodische
und organisatorische Lösungen und Werkzeuge für das Engineering von Produktionssystemen
und damit für ein neues Paradigma der industriellen Produktion zu entwickeln.
Sie verfolgte ferner das Ziel der Qualifizierung von Nachwuchs für Aufgaben 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 zu
generieren, wie Produktions- und Produktentwicklung gestaltet werden müssen, um in der
Lage zu sein, anpassungs- und wandlungsfähig sowie intelligent mit hoher Leistungsfähigkeit
auf ein sich dynamisch änderndes, komplexes und globales Umfeld zu reagieren. Dazu
wurden in interdisziplinären Clustern Forschungsgebiete bzw. -schwerpunkte definiert.
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6
Abb. 1: Fachliches Konzept und Forschungsschwerpunkte der GSaME
A Stuttgarter Unternehmensmodell
B Digitales und Virtuelles Engineering
C Material- und Prozessengineering
D Netzwerke in der Produktion
E Informations- und Kommunikationstechnologien für die Produktion
F Wissensbasiertes Management
G Intelligente Produktionseinrichtungen
H Nachhaltigkeit in der Produktion

Cluster A Stuttgarter Unternehmensmodell
Die theoretische Basis bildet das an die Systemtheorie angelehnte Stuttgarter Unternehmensmodell.
Nach dieser Definition ist die Fabrik selbst ein Produkt, das verschiedene
Lebenszyklusphasen durchläuft und hierarchisch in Leistungseinheiten gegliedert 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 alle Skalen
hinweg anwendbar und führt zu einer nachhaltigen Wandlungsfähigkeit der Produktion.
Cluster B Digitales und Virtuelles Engineering
Der Einsatz digitaler und virtueller Methoden zielt darauf ab, die Fabrik als Produkt in ihrer
gesamten Komplexität zu erfassen und ganzheitlich so zu optimieren, dass für die gegenwärtigen
schnelllebigen und sich individualisierenden Märkte auch kleinere Stückzahlen
kostengünstig und zeitnah hergestellt werden können. Dazu wird mit der Digitalen Fabrik der
Status quo der bestehenden Fabrik, ihrer Ressourcen, logistischen Anforderungen und Fertigungsaufträge
modelliert. In der virtuellen Fabrik erfolgt die optimierte Planung.
Cluster C Material- und Prozessengineering
Das Material- und Prozessengineering strebt die Entwicklung neuer Werkstoffe an, deren
Eigenschaften bereits vor der Herstellung festgelegt werden und so ideal für ihre spätere
Nutzung geeignet sind. Die Ausbildung der Werkstoffeigenschaften lässt sich über die Werkstoffauswahl,
die Materialkombination und über den Herstellungsprozess beeinflussen. Dabei
müssen die Wechselwirkungen zwischen Werkstoffen und Verfahren beachtet und weiter
erforscht werden. Diese gezielte Steuerung des Werkstoffverhaltens soll auf allen Skalen
von Nano- und Mikrobauteilen bis hin zu kompletten Anlagen beherrscht werden.
Cluster D Netzwerke in der Produktion
Eine reibungslose durchorganisierte Wertschöpfungskette vom Lieferanten bis zur Material-
und Arbeitsplatzplanung ist ein Schlüsselfaktor für eine kosteneffiziente Produktion. Den
Anforderungen, die durch geringe Losgrößen, kundenindividuelle Erzeugnisse sowie eine
hohe Prozess- und Produktkomplexität und On-demand Herstellung an diese Organisationen
gestellt werden, kann durch das klassische, auf große Stückzahlen und simple Prozesse
ausgerichtete Lean Management nicht begegnet werden. Aus diesem Grunde wird eine
Standardisierungsinitiative erforderlich sein, die alle Aspekte moderner Produktionsnetzwerke
integriert. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit
von Systemen und der Nutzung von Synergien.
Cluster E Informations- und Kommunikationstechnologien für die Produktion
Moderne Produktionssysteme benötigen effiziente Werkzeuge für Management, Engineering
und Prozesse, die vollständig in interne und externe Informations- und Kommunikationsarchitekturen
und Anwendungen eingebunden sind. Offene Systeme und embedded electronics
ermöglichen es, eine integrierte, wissensbasierte Produktion zu verwirklichen. Standards,
Modularisierung und System Engineering tragen zur Transformierbarkeit und Wandlungsfähigkeit
der Produktion bei. Ein Ziel ist die echtzeitfähige Fabrik, in der – über Architektur
und Anwendungen – der aktuelle Zustand der Fabrik jederzeit simultan digital abgebildet
wird und eventuell notwendige Anpassungen selbstadaptierend vorgenommen werden.
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Cluster F Wissensbasiertes Management
Wissen über Maschinen, Prozesse und Netzwerke, das implizit oder explizit in allen Einheiten
des Unternehmens vorhanden ist, muss dokumentiert und allgemein zugänglich gemacht
werden, so dass es als Best-Practice-Ansatz für zukünftige Aufgaben verfügbar ist. Um die
Transformierbarkeit und Wandlungsfähigkeit eines Unternehmens nachhaltig zu gewährleisten,
darf dieses Wissensmanagement nicht ausschließlich auf Mitarbeiter angewendet,
sondern muss auch in Maschinen und Prozesse integriert werden. In konkreten Anwendungen
umfasst dies künftig den Umgang mit und den Einsatz von Technologien, den Aufbau
von Expertennetzwerken und das Innovationsmanagement.
Cluster G Intelligente Produktionseinrichtungen
Ziel des Clusters ist es, selbstlernende, flexible und schnell adaptierende Fertigungssysteme
zu erforschen, die hochkomplexe Technologien beinhalten. Dies bedeutet, den strikt modularen
Aufbau und standardisierte Schnittstellen bei Anlagen und Software, um eine schnelle
und sichere Rekonfigurierbarkeit zu gewährleisten. Fabriken sollen zudem so konfiguriert
werden, dass eine Ersatzteilerstellung auch bei langlebigen Produkten garantiert werden
kann, auch wenn zwischenzeitlich neue Materialien und Herstellungsverfahren zum Einsatz
kommen. Um dies zu erreichen, wird an speziell für den Anwendungsfall gefertigten mechatronischen
Systemen und an der Weiterentwicklung von Lasertechnologien geforscht.
Cluster H Nachhaltigkeit in der Produktion
Das Cluster „Nachhaltigkeit in der Produktion“ erforscht Methoden und Konzepte, die auf
lange Sicht ökonomische und ökologische sowie gesellschaftspolitische und unternehmerische
Aspekte kombinieren. Im Bereich der Wirtschaft umfasst dies Strategien zum
Überleben in turbulenten Umgebungen und das Erkennen und Fördern von nachhaltigen
Technologien. Energie- und Ressourceneffizienz in Produktion und Prozessen bildet hierbei
nicht nur die Basis für Kostensenkungen und die Vermeidung von Verschwendung, sondern
liefert auch wichtige Impulse für die Planung von Anlagen und Versorgungsnetzen.
Die Themencluster haben sich grundsätzlich bewährt. Dennoch bieten sich Chancen zur
Veränderung der Themencluster durch inhaltliche Straffung und Profilschärfung sowie ggf.
auch durch die Einrichtung neuer Themencluster, um die fachliche Struktur der GSaME
weiter für zukünftige Projekte der GSaME zu entwickeln.
Im Sinne von Kontinuität und Veränderung versteht die GSaME sich auch künftig weiterhin
als eine interdisziplinäre Einrichtung der Universität Stuttgart, die mit wissenschaftlicher
Arbeitsweise innovative Beiträge zur Gestaltung von Fabriken und deren Technologien,
Techniken, Organisationen und Systemen sowie zur Qualifizierung des Nachwuchses leisten
will. Sie versteht sich als eine wissenschaftliche Einrichtung, die hervorragende Bedingungen
für Promotionen und eine individuelle Förderung von Nachwuchs für Führungsaufgaben in
der Wirtschaft bietet.
Das Fachgebiet der Produktion wird in der GSaME als ein Transformationsprozess verstanden,
bei dem aus verfügbaren Ressourcen höherwertige und den Kundenbedürfnissen entsprechende
Produkte gemacht werden. Die Produktion ist ein hochdynamisches System,
dessen Effektivität von der Leistungsfähigkeit seiner Elemente und deren Vernetzung abhängt.
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Für die Arbeiten der GSaME gibt es gegenwärtig und zukünftig unter diesem Aspekt zunächst
keinen Branchenbezug. Zwar stehen die Produktionen technischer Gebrauchsgüter
und Investitionsgüter im Zentrum, die Methoden und Konzepte sollen sich aber prinzipiell
auch in der Lebensmittelindustrie, der Pharma- und Bio-Produktion sowie in der Medizintechnik
verwenden lassen.
Abb. 2: Ausrichtung der GSaME auf Wettbewerbsfähigkeit und Nachhaltigkeit
Die Systemgrenze des Aktionsraumes wird durch den Lebenszyklus industriell gefertigter
Güter und die begleitenden Diensten, von deren Entstehung bis zu ihrem Ende (Life Cycle)
sowie vom Produktionsnetzwerk bis zu den elementaren Prozessen bestimmt. Sie umfasst
die darin enthaltenen technischen und organisationalen Prozesse - einschließlich der
Management- und Informationssysteme - für den Transformationsprozess zur Schaffung von
Wertschöpfung (Adding Value) mit hoher technischer, ökonomischer, ökologischer und sozialer
Effizienz. Der besondere Schwerpunkt der GSaME liegt in dem Engineering der Fabriken,
ihrer Techniken und Organisation.
In fachlicher Hinsicht folgt die GSaME dem ursprünglichen Leitbild (Wandlungsfähigkeit) und
verstärkt die Aspekte der Nachhaltigkeit der Produktion und des produktbegleitenden Service
sowie der Integration von Wissen in die technischen und organisationalen Prozesse und
Systeme.
Status Forschungsprojekte Kooperationspartner und DFG
Aus den Forschungsschwerpunkten der Cluster wurden Forschungsthemen in Abstimmung
mit den Kooperationspartnern bzw. innerhalb der Cluster abgeleitet. Den Promovierenden
wird damit die Integration in ein interdisziplinäres Forschungsumfeld ermöglicht. Die Übernahme
von Betreuungsfunktionen durch externe Partner konnte in allen Forschungsprojekten
mit Kooperationspartnern realisiert werden und sichert nicht nur Qualität und Relevanz
der Themenbearbeitung, sondern vor allem auch die Akzeptanz des Programmes in
der Industrie als wesentliche Voraussetzung für eine nachhaltige Etablierung der GSaME.
Die Forschungsthemen der GSaME wurden auch 2010 regelmäßig auf der Homepage ausgeschrieben.
Insgesamt erfolgten im Jahr 2010 5 Ausschreibungen.
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Finanzierung
10
Forschungsthemen
geplant Antrag
Themen
neu
definiert in
2010
2010
gestartete
Forschungsthemen
Gesamt 66 9 11 57
DFG 30 1 5 34
Industrie/FhG/HBS 15 6 6 22
DAAD - - - 1
offen 15 4 7
Laufende Forschungsprojekte mit Kooperationspartnern
Gesamtanzahl der Kooperationsprojekte: 22
Abgeschlossene Kooperationsverträge mit:
Laufende
Forschungsthemen
2008-2010
Atlantic Zeiser GmbH, Audi AG, Bosch Rexroth AG, Daimler AG, Endress+Hauser
Conducta GmbH+Co. KG, Fraunhofer IPA, Hans-Böckler-Stiftung, Leitz GmbH & Co. KG,
MTU-Friedrichshafen GmbH, Robert Bosch GmbH, Siemens AG, Trumpf GmbH & Co. KG,
VDMA Impuls Stiftung, WITTENSTEIN AG, ZF Friedrichshafen GmbH, EADS/Astrium GmbH
Abgeschlossene Zusatzvereinbarungen:
Audi AG (3), Bosch Rexroth AG (1), Daimler AG (3), EADS/Astrium GmbH (1),
Endress+Hauser Conducta GmbH+Co. KG (1)*, Fraunhofer IPA (5), MTU-Friedrichshafen
GmbH (1), Robert Bosch GmbH (1), Siemens AG (1), Trumpf GmbH & Co. KG (1), Hans-
Böckler-Stiftung (3), ZF Friedrichshafen (1)
* Projekt derzeit unterbrochen
In Vorbereitung befindliche Zusatzvereinbarungen:
Trumpf Lasertechnik (1), Schmalz GmbH (1)
Diese Ergebnisse zeigen, dass es der GSaME weiter erfolgreich gelungen ist, ein interdisziplinäres
kooperatives Promotionsprogramm auf einem bedeutsamen Technologiegebiet
zu etablieren, für das weder Vorbilder noch Erfahrungen vorlagen und das sich in einem angespannten
Markt- und Wettbewerbsumfeld durch eine hohe Attraktivität bei den Absolventen
und Relevanz für die Wirtschaft auszeichnet, wobei den thematischen Schwerpunkten
der Forschung besondere Bedeutung zukommt.

Themenverteilung Geplant Antrag
Industrie/FhG
Geplant
Antrag
DFG/HBS
Ist 12/2010 Industrie/FhG
Cluster A 5 5 5 5 / 0 / 0
Cluster B 3 8 6 5
Cluster C 6 10 5 8
Cluster D 2 4 1 4
Cluster E 0 5 0 5
Cluster F 1 5 0 4
Cluster G 3 7 1 4
Cluster H 0 2 0 2
Ist 12/2010
DFG/HBS/DAAD
Themen 20 46 18 33* /3 / 1
Abb. 3: Verteilung der laufenden und vor Vertragsabschluss stehenden Forschungsprojekte
auf die definierten Themen der Cluster, * 1 Abschluss mit Promotion und ein Thema Standby
Die aus DFG-Mitteln finanzierten Forschungsthemen wurden 2010 vergeben.
Im Berichtszeitraum konnten 7 ausgeschriebene Themen noch nicht besetzt werden, darunter
6 Themen mit Kooperationspartnern.
Die Verteilung der Erstbetreuer auf die an der GSaME beteiligten Fakultäten zeigt, dass die
Mehrzahl der Betreuer zwar aus der Fakultät 7 resultiert aber auch die Fakultäten 10 und 5
in erheblichem Maße und ausgewogen an den Forschungen der GSaME beteiligt sind.
11

Abb. 4: Anzahl der erstbetreuenden Professoren
Abb. 5: Verteilung der Themen (Erstbetreuung) auf die beteiligten Fakultäten
der Universität Stuttgart (12/2010)
12

Damit entfallen 63 % der Themen mit Erstbetreuung auf die Fakultät 7.
Die Aktualität des Forschungsprogrammes wurde durch Weiterentwicklung und Neuaufnahme
von Forschungsthemen in die GSaME gesichert. So wurden insgesamt 9 neue Themen
definiert, die sich wie folgt auf die Cluster verteilen:
Cluster A: 3 davon 2 besetzt
Cluster B: 1
Cluster C: 4
Cluster D: 1
Zurückgenommen/vorläufig zurückgenommen wurden 20 Themen.
Das Forschungsprogramm wird im Berichtszeitraum mit 57 Promovierenden umgesetzt.
Allerdings muss vermerkt werden, dass zwei Promovierende aus persönlichen Gründen
2010 aus der GSaME ausgeschieden sind und eine Tätigkeit in Unternehmen aufgenommen
haben. Damit haben insgesamt bis 2010 vier Promovierende ohne Promotionsabschluss die
GSaME verlassen. Die erste Doktorandin der GSaME hat erfolgreich das Promotionsverfahren
2010 abgeschlossen.
Damit ergibt sich 12/2010 ein Status von 54 aktuell Promovierenden.
3. Ziele und Ergebnisse der Cluster
3.1. Cluster A – Stuttgarter Unternehmensmodell
Clusterdirektor: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.
Engelbert Westkämper
E-mail: engelbert.westkämper@gsame.uni-stuttgart.de
Die theoretische Basis bildet das an die Systemtheorie angelehnte Stuttgarter
Unternehmensmodell. Nach dieser Definition ist die Fabrik selbst ein Produkt, das verschiedene
Lebenszyklusphasen durchläuft und hierarchisch in Leistungseinheiten gegliedert 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 alle Skalen
hinweg anwendbar und führt zu einer nachhaltigen Wandlungsfähigkeit der Produktion.
Gesamt DFG Industrie
laufende 10 5 5
offene 3 - 2 + 1 Standby
13

Zusammenfassung des Forschungsstandes des Clusters
Tabelle mit Übersicht der Forschungsthemen des Clusters
Nr. Forschungsthema Status* Doktorand Finanzierung Erstbetreuer
A 1
14
Modularisierte Produktionstechnik
im Automobilbau
Zurück-
genommen
A2 New Taylorism Bearbeitung Lukas
Scheiber
A3
A4
A5
A6
A7
A8
A9
A10
Nachhaltige Wissensentwicklung
und sozialökologische
Adaptabilität
von Industrieunternehmen
Entwicklung eines adaptivenProduktionskonzepts
für kürzer werdendeProduktlebenszyklen
in der Automobilindustrie
Corporate Sustainability
als strategische Fähigkeit
adaptiver Unternehmen
Intelligente Produktionssysteme
bei der Wartung
von Flugtriebwerken
Wertschöpfung in adaptivenProduktionssystemen
Das Industrial
Engineering als
Steuergröße für eine
synchrone Produktion
Methodisches Vorgehen
und ökonomische Bewertung
einer Fabrikstrukturentwicklung
getrieben
durch den Technologiewandel
am Beispiel des
Modulkonzeptes der Fertigungsstätte
Heiligenfeld
Internationaler Roll-Out
von Produktneuanläufen
und -änderungen in mittelständischenUnternehmen
(der Elektroindustrie)
Daimler AG Prof. Westkämper
DFG Prof. Zahn
Bearbeitung Frauke Goll DFG Prof. Zahn
Bearbeitung Carina
Löffler
Bearbeitung Fabian
Kröner
Bearbeitung Christoph
Remény
Bearbeitung Thorsten
Pflüger
Bearbeitung Torsten
Stock
Bearbeitung Markus
Hartkopf
Wieder
ausgeschrieben
Andreas
Leitz (bis
04/2010)
AUDI AG Prof. Westkämper
DFG Prof. Schäfer
DFG Prof. Staudacher
DFG Prof. Pedell
Daimler AG Prof. Westkämper
Bosch
Rexroth AG
Endress +
Hauser
Conducta
Prof. Zahn
Prof. Westkämper

Nr. Forschungsthema Status* Doktorand Finanzierung Erstbetreuer
A11
A12
A13
A14
A15
A16
Modell für ein echtzeitfähiges,
dezentrales Auftragsmanagement
Systematisierung und
Standardisierung von
Prozessbeschreibungen
von Fertigungsprozessen
für ein Wissensmanagement
in der Produktion
Exterieur 2020 – Innovatives
Außenhaut-konzept
Thema nicht in die
GSaME aufgenommen
Erfolgsfaktoren einer
Manufakturfertigung für
Raumfahrtantriebe
Adaptive Prozessregelung
und Schleifbrandverhinderung
bei
der Hartfeinbearbeitung
von Verzahnungen
Zurück-
genommen
Fraunhofer
IPA
Prof. Westkämper
Standby MTM Institut Prof. Westkämper
Ausgeschrieben
Bearbeitung Jonas
Bensing
Bearbeitung Yiwen Xu
* Veränderungen 2010 sind in der Tabelle fett markiert
Daimler AG Prof. Westkämper
EADS –
Astrium
GmbH
ZF Friedrichshafen
AG
Prof. Westkämper
Prof. Westkämper
Der in der Aufgabenstellung des Clusters A aufgespannte thematische Rahmen („Fabrik als
Produkt“, Lebenszyklusphasen, Selbstorganisation, -konfiguration sowie -optimierung und
Standardisierung) wird durch die Bearbeitung spezifischer Forschungsthemen konkretisiert.
Forschungsstand ausgewählter Projekte in Cluster A
Thema: Erfolgsfaktoren einer Manufakturfertigung für Raumfahrtantriebe
Zusammenfassung
Doktorand: Dipl.-Wirtsch. Ing. Jonas Bensing
Thesis Committee: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper
Prof. em. Dr. Erich Zahn
Projektbeginn: November 2010
Dr. Stefan Ziegenhagen, EADS – Astrium GmbH
Durch die speziellen Gegebenheiten einer Kleinstserienfertigung mit parallelen Entwicklungs-
und Serviceaufgaben und der gleichzeitig gebotenen wirtschaftlichen Nutzung aller
Ressourcen herrscht eine enge Verknüpfung von Fachpersonal, Fertigungseinrichtungen
und Laboren.
15

Diese enge Verknüpfung ist auf allen Ebenen existent (Projektsteuerung, Entwicklung,
Arbeitsvorbereitung, Fertigung, Integration, Test, Qualitätssicherung).
Da heute weder das Produkt- noch Prozessspektrum signifikant geändert werden kann, ist
die enge Verknüpfung aller beteiligten Ressourcen unabdingbar für den erfolgreichen wirtschaftlichen
Betrieb des Standortes. Um die wirtschaftlichen Betrieb nachhaltig zu stärken,
ist ein vertiefter Lösungsansatz unterstützt durch eine modellhafte Betrachtung notwendig,
um die Prozess- und Managementabläufe zu harmonisieren und auf die Erfolgsfaktoren
(KPIs) abzustimmen.
Thema: Nachhaltige Wissensentwicklung und sozial-ökologische
Adaptabilität von Industrieunternehmen
Zusammenfassung
16
Doktorandin: Dipl.-Kffr. techn. Frauke Goll
Thesis Committee: Prof. em. Dr. Erich Zahn
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper
Projektbeginn: Mai 2008
E-Mail: frauke.goll@gsame.uni-stuttgart.de
Nachhaltige Wissensentwicklung und sozial-ökologische Anpassungsfähigkeit
wandlungsfähiger Industrieunternehmen
Unternehmen sehen sich in turbulenten Wettbewerbsumfeldern nicht mehr nur ökonomischen
und technologischen Treibern des Wandels gegenüber, vielmehr müssen sie zunehmend
ökologische und soziale Anforderungen verschiedenster Stakeholder in ihren
strategischen Aktivitäten berücksichtigen, um langfristig wettbewerbsfähig zu bleiben. Bislang
jedoch finden diese Aspekte in den Ansätzen der strategischen Unternehmensführung
wandlungsfähiger Unternehmen kaum Beachtung. Es ist daher notwendig, den Blickwinkel
zu öffnen und auf Grundlage verschiedener theoretischer Ansätze eine integrierte Sichtweise
der strategischen Unternehmensführung zu entwickeln, damit die Wandlungsfähigkeit von
Unternehmen verbessert werden kann.
Vor diesem Hintergrund basiert das Forschungsprojekt auf einem funktionalen Ansatz und
identifiziert sechs Funktionen der strategischen Unternehmensführung in Hinblick auf eine
sozial-ökologische Anpassungsfähigkeit wandlungsfähiger Unternehmen. Dass diese Funktionen
nicht unverbunden nebeneinander stehen, sondern einer integrierten Sichtweise bedürfen,
zeigt ein Modell zur Verdeutlichung der einzelnen Funktionen sowie deren Interaktionen.
Mit Hilfe von Fallbeispielen werden Implikationen für die Praxis abgeleitet. Für die
Forschung trägt der Ansatz zur Entwicklung der Idee einer emotionalen Fabrik bei.
Ziel 2010 war die Fertigstellung des Konzeptes, die Verifizierung der Ergebnisse mit Hilfe
empirischer Daten und der Abschluss der Arbeit 2011.

Thema: Corporate Sustainability als strategische Fähigkeit adaptiver
Unternehmen
Zusammenfassung
Doktorand: Dipl.-Kfm. techn. Fabian Kröner
Thesis Committee: Prof. Dr. Henry Schäfer
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper
Projektbeginn: März 2010
E-Mail: fabian.kroener@gsame.uni-stuttgart.de
Konzeption eines Socially Responsible Investment-Factsheets mittels einer Business
Intelligence-Lösung
In den vergangenen Jahren ist der Bedarf an Nachhaltigkeitsdaten (CSR-Daten) erheblich
gestiegen. Dies ist unter anderem darauf zurückzuführen, dass exogene Faktoren wie der
Klimawandel und die damit verbundene Erderwärmung, aber auch legislative Eingriffe und
nicht zuletzt der gesellschaftliche Wandel zu einem Umdenken bei den Wirtschafts-Akteuren
geführt haben.
Eine durch diese Entwicklungen induzierte und bei vielen Unternehmen noch stark vernachlässigte
Thematik ist die unternehmensinterne Berichterstattung und das damit verbundene
Controlling von CSR-Daten. Viele Unternehmen konzentrieren sich darauf, externen Ansprüchen
nach CSR-Daten gerecht zu werden und vernachlässigen eine Internalisierung des
Nachhaltigkeitsgedankens und die damit verbundenen Chancen. Ein entscheidender Faktor
ist, dass vielen Entscheidungsträgern nicht bewusst ist, welche Kosten- und Nutzenrelationen
mit der Installation einer internen CSR-Berichterstattung verbunden sind.
Das Hauptaugenmerk dieses Forschungsprojekts soll insofern auf der Evaluation liegen,
welchen Nutzen ein Unternehmen aus einer breit installierten internen CSR-Berichterstattung
ziehen kann und welche Verbindungslinien und Werttreiber innerhalb der Wertschöpfungsstrukturen
eines Unternehmens hierbei einen wesentlichen Einfluss einnehmen können.
Thema: Entwicklung eines adaptiven Produktionskonzepts für kürzer
werdende Produktlebenszyklen in der Automobilindustrie
Doktorandin: Dipl.-Ing., M. Sc. Carina Löffler
Thesis Committee: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper
Prof. em. Dr. Erich Zahn
Projektbeginn: April 2008
Dipl.-Wirtsch.-Ing. Karl Unger, AUDI AG
E-Mail: carina.loeffler@gsame.uni-stuttgart.de
17

Zusammenfassung
Wandlungsfähiges Strukturkonzept für eine vernetzte Produktion in der Automobilindustrie
Veränderungen wie schwankende Marktnachfragen, die wachsende Anzahl an Derivaten,
differenzierende Ausstattungsmerkmale sowie kürzer werdende Produkt- und Technologielebenszyklen
verursachen Ineffizienzen in der industriellen Fertigung und erfordern eine
permanente Anpassung der Fabriken. Um den technologischen und ökonomischen Herausforderungen
wettbewerbsfähig zu begegnen, bedarf es wandlungsfähiger Fabrikstrukturen.
Im Mittelpunkt der Arbeit steht die Entwicklung eines methodischen Konzepts zur systematischen
Strukturplanung unter Berücksichtigung von Ansätzen zur Steigerung der Wandlungsfähigkeit.
Ziel des Forschungsprojekts ist die Systematisierung von Veränderungsprozessen.
Hohe Flexibilität und Dynamik, ein hohes Maß an Produktintegration sowie ökonomische
Effizienz sind die wesentlichen Charakteristika, durch den sich der konzeptionelle
Ansatz einer wandlungsfähigen Fabrikstruktur auszeichnen soll.
Basierend auf der Analyse der kapazitiven und technologischen Strukturen des Produktionsnetzwerks
werden die Analysemodelle durch Veränderungstreiber dynamisiert und ein Ansatz
für ein wandlungsfähiges Strukturkonzept abgeleitet.
Entscheidend ist, das Flexibilitätspotential des Produktionsnetzwerks durch eine synchronisierte
Produkt- und Produktionsentwicklung zur erhöhen.
Thema: Wertschöpfung in adaptiven Produktionssystemen
Zusammenfassung
18
Doktorand: Dipl.-Kfm. techn. Thorsten Pflüger
Thesis Committee: Prof. Dr. Burkhard Pedell
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper
Projektbeginn: Mai 2009
E-mail: thorsten.pflueger@gsame.uni-stuttgart.de
Target Investment innerhalb der Fabrikplanung
Investitionsprozesse im Bereich der Fabrikplanung wirken sich nachhaltig auf die Wirtschaftlichkeit
und Kostenstruktur von Fabriken aus. Die Planung von Investitionsbudgets, deren
Aufschlüsselung auf Produktionsbereiche sowie Investitionskontrollen erfolgen in der Fabrikplanungspraxis
oftmals durch iterative Prozesse auf Basis von Erfahrungswerten. Eine methodische
Unterstützung erfolgt hierbei nur vereinzelt.
Ziel des Forschungsprojekts ist die Entwicklung einer Methodik des Target Investment für die
Unterstützung der marktorientierten Investitionsplanung von Fabriken, einer zielorientierten
Steuerung des Investitionsverhaltens von Fabrikplanungsakteuren und der Durchführung von
Investitionskontrollen in frühen Fabrikplanungsphasen. Ausgangsbasis für die Untersuchungen
bildet das Paradigma „Fabrik als Produkt“.

Aufbauend auf der Identifikation bestehender Defizite innerhalb der Fabrikplanungspraxis,
erfolgt eine Analyse von Analogien bzw. Unterschieden zwischen der Produktentwicklung
und Fabrikplanung. Auf Basis dieser Analyse wird eine Adaption von Elementen des Target
Costing aus der Produktentwicklung auf die spezifischen Anforderungen der Investitionsplanung,
-verhaltenssteuerung und -kontrolle innerhalb der Fabrikplanung vorgenommen.
Thema: Intelligente Produktionssysteme bei der Wartung von Flugtrieb-
werken
Zusammenfassung
Doktorand: Dipl.-Ing. Christoph Reményi
Thesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Stephan Staudacher
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper
Projektbeginn: April 2009
E-mail: christoph.remenyi@gsame.uni-stuttgart.de
Dezentrale Werkstattsteuerung für die Wartung von Flugtriebwerken
Angesichts annähernd konstanter Flugpreise und steigender Kosten ist der ökonomische
Druck auf die Zulieferkette der zivilen Luftfahrt in den letzten Jahren stetig gestiegen.
Für Unternehmen die im Bereich der MRO (Maintenance Repair and Overhaul) agieren, wird
es immer wichtiger neben den Kosten die Durchlaufzeit der Überholungen zu minimieren.
Um den zusätzlichen Anforderungen im Betrieb, wie schwankenden Auftragseingängen und
variierendem Arbeitsvolumen, gerecht zu werden, müssen Werkzeuge geschaffen werden,
die die Planung und Steuerung erleichtern.
Ziel des Forschungsprojektes ist es somit, ein Werkzeug zu entwickeln, das aufgrund der
kurzfristigen dynamischen Anpassung der Arbeitsinhalte schnell auf diese veränderliche Belastung
reagieren kann.
Durch die Orientierung auf eine der Kernaufgaben der Fertigungssteuerung, der Reihenfolgebildung,
soll das primäre Ziel des Wartungsunternehmens, die Einhaltung der Liefertreue,
erreicht werden.
Um eine sinnvolle Reihenfolgebildung zu identifizieren, werden Priorisierungsregeln mit Hilfe
von Simulationen miteinander verglichen.
Nach Identifizierung einer möglichen Reihenfolgeregel soll die Regel in einem Steuerungstool
vor Ort umgesetzt werden, um eine dezentrale Steuerung der Aufträge je nach
Belastungssituation zu ermöglichen.
19

Thema New Taylorism
Zusammenfassung
20
Doktorand: Lukas Scheiber, M.A.
Thesis committee: Prof. em. Dr. Erich Zahn
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper
Projektbeginn: Juli 2008
E-mail: lukas.scheiber@gsame.uni-stuttgart.de
Funktionen des neuen Taylorismus in der wandlungsfähigen Produktion
Frederick. W. Taylor hat im Jahr 1911 mit der Veröffentlichung der Principles of Scientific
Management den wohl prominentesten Grundstein für das Produktionssystem des 20. Jahrhunderts
gelegt. Auf Basis seiner wissenschaftlich orientierten Mess- und Organisationsmethoden
haben sich maßgebliche Effizienzsteigerungen realisieren lassen.
Insgesamt hat sich jedoch ein Paradigmenwechsel in Richtung wandlungsfähige Produktion
vollzogen, welcher vor allem durch Wissensarbeit geprägt ist. Die Mitarbeiter werden dabei
mehr und mehr zu Semantic Analysts, welche Produktionsprozesse designen, kontrollieren
und regulieren.
Das Ziel des Forschungsprojekts liegt in der adäquaten Umsetzung der folgenden Aufforderung:
„The need is to do for knowledge work and knowledge worker what Taylor, beginning
a century ago, did for manual work and manual worker.” (Drucker 1981: 106)
Im Vordergrund steht dabei die effiziente Organisation von Wissensarbeit. Dabei werden in
vier basalen Arbeitssystemen (Psyche, Gehirn, Computer und Kommunikation) Möglichkeiten
und Grenzen der Organisation von Wissensarbeit erarbeitet. Der Fokus liegt dabei auf
Möglichkeiten der Sichtbarmachung und Messbarkeit von Wissensströmen mit Hilfe von Reality
Mining als intelligente Form der Netzwerkanalyse (Gloor u. Cooper 2007).
Drucker, P. F. (1981): Toward the Next Economics - And other Essays, Cambridge (Harper &
Row).
Taylor, F.W. (1911): The Principles of Scientific Management, New York (Harper & Brothers).
Gloor, P.; Cooper, S. (2007): Coolhunting - Chasing Down The Next Big Thing? New York
(AMACOM).
Thema: Das Industrial Engineering als Steuergröße für eine synchrone
Produktion
Doktorand: Dipl.- Ing. Torsten Stock
Thesis Committee: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper
Prof. em. Dr. Erich Zahn
Projektbeginn: Februar 2009
Dipl.-Ing. Oskar Heer, Daimler AG
E-mail: torsten.stock@gsame.uni-stuttgart.de

Zusammenfassung
Personaleinsatzplanung in der variantenreichen Serienproduktion – ein strategischer Ansatz
für die Automobilindustrie
Werke können nur dann wirtschaftlich produzieren, wenn Kapazitätsschwankungen kostenoptimiert
ausgeglichen werden. Nur wer vorausschauend plant, Personalkapazitäten und
-bedarfe kennt und vorhanden Ressourcen optimal einsetzt, kann solche Schwankungen abfangen
und kritische Engpässe umgehen.
Die operative Praxis der Personaleinsatzplanung zeigt eine verbreitete Orientierung an organisatorischen,
hierarchisch-/kostenstellengeprägten Strukturen. Eine Vielzahl an administrativen
und arbeitsrechtlichen Restriktionen verdeckt vor allem im kostenstellenübergreifenden
Personalabgleich bisher ungenutzte Potentiale der Personalflexibilität.
Ziel des Forschungsobjekts ist ein Konzept zukunftsweisender Ansätze und Leitprozesse,
um das Personal der Produktion und der produktionsnahen Bereiche bedarfsorientiert zu
steuern. Dies erfordert die Entwicklung neuer Methoden und Freiräume der
Personalflexibilität für den kostenstelleninternen und -übergreifenden Personaleinsatz.
Als Ausgangspunkt der Arbeit dient ein fortschrittlicher Prozess zur quantitativen Personalplanung
und -steuerung der Mitarbeiter der Produktion in einem Mercedes-Benz Werk. Die
Konzeptentwicklung erfolgt in Zusammenarbeit mit der Motorenproduktion und der Arbeitswirtschaft.
Thema: Adaptive Prozessregelung und Schleifbrandverhinderung bei der
Hartfeinbearbeitung von Verzahnungen
Zusammenfassung
Doktorand: Dipl.-Ing. Yiwen Xu
Thesis Committee: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper
Prof. Dr.-Ing. Uwe Heisel
Projektbeginn: November 2010
Dr.-Ing. Hermann Yaksaria, ZF Friedrichshafen AG
Dipl.-Ing. Oliver Bleicher, ZF Friedrichshafen AG
E-Mail: yiwen.xu@gsame.uni-stuttgart.de
Entwicklung eines adaptiven Prozessregelsystems, welches das Prozessverhalten beim
Schleifprozess mit integrierten Messsensoren online erkennt und mit aktiven Regelungen
optimiert.
21

3.2. Cluster B – Digitales und Virtuelles Engineering
Clusterdirektor: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.
Engelbert Westkämper
E-mail: engelbert.westkämper@gsame.uni-stuttgart.de
Der Einsatz digitaler und virtueller Methoden zielt darauf ab, die Fabrik als Produkt in ihrer
gesamten Komplexität zu erfassen und ganzheitlich so zu optimieren, dass für die gegenwärtigen
schnelllebigen und sich individualisierenden Märkte auch kleinere Stückzahlen
kostengünstig und zeitnah hergestellt werden können. Dazu wird mit der Digitalen Fabrik der
Status quo der bestehenden Fabrik, ihrer Ressourcen, logistischen Anforderungen und Fertigungsaufträge
modelliert. In der virtuellen Fabrik erfolgt die optimierte Planung.
22
Gesamt DFG Industrie
laufende 10 4 6
offene 4 1 standby 2 + 1 Standby
Zusammenfassung des Forschungsstandes des Clusters
Tabelle mit Übersicht der Forschungsthemen des Clusters
Nr. Forschungsthema Status* Doktorand Finanzierung Erstbetreuer
B1
B2
B3
B4
B5
B6
Einfluss von Dämpfungsparametern
in Simulationsmodellen
IT-Integration verteilter
Wertschöpfungsnetzwerke
Ganzheitliche skalierbare
Fabrikmodellierung
Numerische Simulation der
Beschichtungsqualität
Automatisierte Erstellung
von Modellen für die
Simulation von Produktionseinrichtungen
Virtuelle Produktentwicklung
am Beispiel eines
mechatronischen Antriebssystems
Bearbeitung Matthias
Reuß
Bearbeitung Alexander
Walz
Bearbeitung Michael
Neumann
Aus-
geschrieben
Zurück-
genommen
Standby Standby
DFG Prof. Verl
DFG Prof. Herzwurm
Fraunhofer
IPA
Fraunhofer
IPA
Robert Bosch
GmbH
Wittenstein
AG
Prof. Westkämper
Prof. Westkämper
Prof. Verl

Nr. Forschungsthema Status* Doktorand Finanzierung Erstbetreuer
B7
B8
B9
B10
B11
B12
B13
B14
B15
B16
Prozessmodellierung- und
Überwachung in Engineering
Umgebungen
Zuverlässigkeitsmanagement
in frühen Produktplanungsphasen
Product-Lifecycle-
Management für einen
Motorenhersteller
Visuelle Analysetechniken
für das digitale und
virtuelle Engineering
Konfigurationssysteme für
Fabriken und Prozesse
Mechatronische Objekte
als ganzheitliche Engineering
Grundlage
Methode zur kombinierten
Taktzeit- und Energie-
Optimierung
Umformverhalten moderner
Leichtbauwerkstoffe
unter besonderer Berücksichtigung
der Formänderungsgrenzen
Konstruktionsprinzipien zur
Reduzierung der Werkzeugvielfalt
und der konstruktionsbedingtenFertigungszeiten
in der Automobilfertigmontage
Ganzheitliche skalierbare
Fabrikmodellierung
Bearbeitung Sema Zor DFG Prof. Leymann
Zurück-
genommen
Bearbeitung Kristofer Kolb
Bearbeitung Michael
Wörner
Bearbeitung
Florina
Stefanica
(bis 09/2009),
Martin
Landherr
(ab 04/2010)
MTU-
Friedrichshafen
Prof. Bertsche
DFG Prof. Ertl
Fraunhofer
IPA
Prof. Westkämper
Prof. Westkämper
Bearbeitung Gernot Frank SIEMENS AG Prof. Westkämper
Bearbeitung Raphael
Rahäuser
Standby
Johannes
Pfahler
(bis 09/2010)
Bearbeitung Fabian
Rusitschka
Ausgeschrieben
* Veränderungen 2010 sind in der Tabelle fett markiert
Robert Bosch
GmbH
Prof. Klemm
DFG Prof. Liewald
AUDI AG Prof. Binz
Fraunhofer
IPA
Prof. Westkämper
23

Forschungsstand ausgewählter Projekte in Cluster B
Thema: Mechatronische Objekte als ganzheitliche Engineering Grundlage
Zusammenfassung
24
Doktorand: Dipl.-Ing. Gernot Frank
Thesis Committee: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper
Prof. Dr.-Ing. Bernhard Mitschang
Projektbeginn: November 2009
Dr.-Ing. Wolfgang Schlögl, Siemens AG, Nürnberg
E-Mail: gernot.frank@gsame.uni-stuttgart.de
Die Entwicklung im Maschinen- und Anlagenbau verläuft beginnend mit der Mechanik, über
die Fluidtechnik und Elektrik, bis zur Softwareprogrammierung sequentiell ab. Um diesen
Prozess zu optimieren, werden disziplinspezifische Software-Werkzeuge eingesetzt. Dies
führt zu einer äußerst heterogenen Systemlandschaft innerhalb der Unternehmen.
Gerade die Schnittstellen zwischen verschiedenen Software-Werkzeugen verlangen oft eine
manuelle Übernahme der Ergebnisse aus vorhergehenden Phasen. Des Weiteren wird eine
direkte Nutzung von Ergebnissen aus bereits abgeschlossenen Projekten derzeit von wenigen
Tools unterstützt oder ist nur durch manuelles Kopieren möglich.
Ziel des Forschungsprojekts ist daher zunächst der Aufbau einer durchgängigen Software-
Toolkette von der Konzeption bis zur virtuellen Inbetriebnahme eines Produktionsmoduls.
Um eine weitere Zeit- und Aufwandsoptimierung des Entwicklungsprozesses zu erreichen,
sollen daraus mechatronische Objekte abgeleitet und definiert werden, welche alle nötigen
Informationen der verschiedenen Disziplinen enthalten und deren Parallelisierung ermöglichen.
Weiterhin sollen diese Objekte so konzipiert sein, dass es möglich ist, sie als Template
in anderen Software-Tools einzusetzen, um eine Wiederverwendung von Ergebnissen
zu erreichen.
Thema: Product-Lifecycle- Management für einen Motorenhersteller
Doktorand: Dipl.-Ing. Kristofer Kolb
Thesis Committee: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dieter Spath
Projektbeginn: April 2009
Dr.-Ing. H.-P. Wehrle, MTU Friedrichshafen GmbH
Dr.-Ing. Volker Wachter, MTU Friedrichshafen GmbH
E-mail: kristofer.kolb@gsame.uni-stuttgart.de

Zusammenfassung:
Vor dem Hintergrund der Entstehung neuer Produktionsstandorte weltweit, des Global-
Sourcings sowie des Aufbaus einer global aufgestellten Produktentwicklung ist ein weltweit
durchgängiger PLM-Ansatz zu definieren, der produktorientiert als auch prozessorientiert
ausgerichtet ist.
Thema: Konfigurationsysteme für Fabriken und Prozesse
Zusammenfassung
Doktorand: Dipl.-Ing. Martin Landherr
Thesis Committee: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper
Prof. Dr.-Ing. Bernhard Mitschang
Projektbeginn: April 2010
Dr.-Ing. C. Constantinescu, Fraunhofer IPA
E-Mail: martin.landherr@gsame.uni-stuttgart.de
Konfiguration von Fabriken auf Basis nachhaltigen Wissensmanagements
Die Definition technischer Prozesse und die Anpassung und Neuentwicklung ganzer Fabriken
beinhaltet ein aufwendiges und hochkomplexes Planungsprojekt. Ein Ansatz, den entsprechenden
Aufwand zu verringern, ist der Einsatz von Konfigurationsmodellen und -methodiken.
Gemäß dem industriellen Paradigma, die Fabrik als Produkt zu betrachten, werden
in dem hier vorgestellten Forschungsprojekt Technologien der Produktkonfiguration analysiert
und deren Einsatzmöglichkeit zur Konfiguration von Produktionseinrichtungen untersucht.
Da es sich bei einer Fabrik um ein hochkomplexes Produkt handelt, während dessen Planung
eine große und vor allem äußerst heterogene Masse an Informationen und Wissen
entsteht, spielen der sinnvolle Einsatz moderner Informations- und Kommunikationstechnologien
und ein nachhaltiges Wissensmanagement die entscheidende Rolle. Die Wiederverwendung
von bereits generiertem Wissen, in Form von Planungsentscheidungen und den
jeweiligen Gründen für diese, ist die Basis für die Konzeption und Realisierung neuer Ansätze
zur Konfiguration von technischen Prozessen und Fabriken.
25

Thema: Ganzheitliche skalierbare Fabrikmodellierung
Zusammenfassung
26
Doktorand: Dipl.-Ing. Michael Neumann
Thesis Commitee: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper
Projektbeginn: Februar 2010
Dr.-Ing. C. Constantinescu, Fraunhofer IPA
E-Mail: michael.neumann@gsame.uni-stuttgart.de
Multi-skalierbare Fabrikmodellierung
Der Modellierung einer Fabrik und deren Netzwerke steht heutzutage die Herausforderung
gegenüber, dass für jede Abstraktionsebene des Unternehmens verschiedene Modellierungsmethoden
und -ansätze eingesetzt werden. Eine durchgängige Verknüpfung dieser
Werkzeuge ist bis heute allerdings nur unzureichend umgesetzt und verhindert so eine
ganzheitliche Betrachtung des Produktionsnetzwerkes in allen Skalen.
Die Entwicklung eines ganzheitlichen Referenzmodells einer Fabrik und deren Netzwerke
können als Grundlage dienen, die Wirkbeziehungen zwischen Ebenen des Produktionsnetzwerkes
zu erkennen und zu verstehen. Mit Hilfe dieser Erkenntnis kann daraufhin eine multiskalierbare
Fabrikmodellierung durchgeführt werden, welche es ermöglicht, die Auswirkungen
von Ereignissen über die einzelnen Ebenen des Produktionsnetzwerkes hinweg
nachzuvollziehen und frühzeitig geeignete Maßnahmen einzuleiten.
Thema: Umformverhalten moderner Leichtbauwerkstoffe unter besonderer
Berücksichtigung der Formänderungsgrenzen
Zusammenfassung
Doktorand: Dipl.- Ing. Johannes Pfahler
Thesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Mathias Liewald
Prof. Dr. Siegfried Schmauder
Projekt: Januar 2009 bis September 2010
Mehr Sicherheit für die Verkehrsteilnehmer und die Einsparung von Energie bei Herstellung
und Gebrauch von Automobilen sind bestimmende Themen in der Automobilindustrie. Effizienter
Leichtbau bietet hier die Möglichkeit, durch konsequente Kombination von Stoff-,
Form-, Fertigungs- und Konzeptleichtbau Produkte mit geringerem Rohstoffaufwand
während Produktion und Gebrauch bei gleichzeitig besseren Sicherheitsaspekten zu entwickeln.
Für den Bereich des Werkstoffleichtbaus müssen bei der Produktentwicklung produktbezogene,
wirtschaftliche, verfahrensbezogene und umwelttechnische Kriterien berücksichtigt
werden. Inhalt dieser Arbeit ist die Untersuchung und Optimierung produktbezogener

Kriterien von längsbelasteten Crashstrukturen aus Aluminium und die Entwicklung einer geeigneten
Untersuchungsmethodik für diese Strukturen.
Die Bewertung von längsbelasteten Crashstrukturen hinsichtlich Energieaufnahmevermögen
und Formänderung erfolgt heutzutage mit Hilfe von quasistatischen Stauchversuchen. Zur
Ermittlung der Crashtauglichkeit wird das Faltverhalten der Struktur anhand der Kraft-Weg-
Verläufe und anhand einer Sichtprüfung bewertet. Werkstoffliche Kennwerte und Grenzkurven
werden für diese Bewertung nicht herangezogen, ebenso wird das Werkstoffversagen
bei dynamischer Beanspruchung im Stauchversuch nicht untersucht. Ein Arbeitsziel ergibt
sich daher in der Untersuchung bekannter Werkstoffkennwerte bezüglich ihrer Anwendbarkeit
auf den Stauchversuch und die Entwicklung neuer Kennwerte und Kenngrößen zur
Bestimmung der Formänderungsgrenzen im Stauchversuch. Abhängig vom Spannungs- und
Dehnungszustand soll mittels der Werkstoffkennwerte das Verfestigungsverhalten und die
Crashtauglichkeit ermittelt werden. Daneben muss in weiteren Untersuchungen die Abhängigkeit
der Kennwerte von Einflüssen aus der Produktion, wie z.B. die Wärmebehandlung,
untersucht werden. Ziel ist die Entwicklung einer systematischen Untersuchungsmethodik
für längsbeanspruchte Crashstrukturen, welche den Vergleich unterschiedlicher
Strukturen, die Überprüfung der Produktqualität für die Serienprüfung aber auch die Optimierung
der Struktur möglich macht.
Ein weiteres Arbeitsziel ist die Untersuchung der Strukturen hinsichtlich der Versagensart
und der entsprechenden Versagensgrenzen im Crashfall. Untersuchungen am Institut für
Umformtechnik zeigen, dass bei der Stauchung von Profilen geometriebedingt verschiedenen
Versagensarten vorhanden sind, z.B. in den Eckbereichen quadratischer Profile, oder es
zur Überlagerung der Versagensarten kommt. Versagensgrenzen wie die Grenzformänderungskurve
dienen in der Umformsimulation der Detektion einzelner Versagensarten. Zur
Identifikation überlagerter Versagensarten müssen jedoch neue Kennwerte entwickelt werden,
welche die Überlagerung berücksichtigen und die Versagensgrenzen entsprechend des
Spannungs- und Dehnungszustandes anzeigen.
Thema: Methode zur kombinierten Taktzeit- und Energieoptimierung
Zusammenfassung
Doktorand: Dipl.-Ing. M. Sc. Raphael Rahäuser
Thesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Peter Klemm
Prof. Dr.-Ing. Bernhard Mitschang
Projektbeginn: November 2009
Dr.-Ing. Heinz Neubert, Robert Bosch GmbH
Dipl.-Ing. Frank Westphal, Robert Bosch GmbH
E-mail: raphael.rahaeuser@gsame.uni-stuttgart.de
Heutzutage ist die Taktzeit einer Produktionsanlage eine der zentralen Kenngrößen für die
Wertschöpfung der Anlage. Vor diesem Hintergrund wird die Taktzeit unter Einsatz aller Mittel
optimiert. Selbst Energieverbrauch und Materialverschleiß spielen dabei eine eher untergeordnete
Rolle. Oft wird die Optimierung der Taktzeit dabei zum Selbstzweck was schnell
zur Überoptimierung führt. Im Extremfall fahren dann z.B. Roboter schnell von einer Ablage-
27

position zu einer Aufnahmenposition, nur um dort zu warten. Umgekehrt ist der Gedanke,
Teilabläufe einer Anlage bewusst zu verlangsamen, da der Gesamtablauf dadurch nicht beeinflusst
wird, die Energiebilanz jedoch besser ausfällt, in der Anlagenoptimierung noch
fremd. Als Folge davon gibt es noch kaum Methoden oder gar Werkzeuge, mit denen analysiert
werden kann, an welchen Stellen des Produktionsablaufes eine Optimierung zu Gunsten
der Taktzeit sinnvoll ist und an welchen Stellen eher eine Optimierung zu Gunsten der
Energiebilanz angebracht wäre.
Thema: Einfluss von Dämpfungsparametern in Simulationsmodellen
Zusammenfassung
28
Doktorand: Dipl.- Ing. Matthias Reuß
Thesis Commitee: Prof. Dr.-Ing. Alexander Verl
Prof. Dr.-Ing. Uwe Heisel
Projektbeginn: August 2009
E-mail: matthias.reuss@gsame.uni-stuttgart.de
Die weitere Zunahme der Komplexität von Produktionsmaschinen und die Forderung nach
einer hohen Verfügbarkeit machen es notwendig, die während des Betriebs entstehenden
Schädigungen der einzelnen Komponenten festzustellen, zu verstehen und mit möglichst
geringem Aufwand bewerten und beheben zu können.
Für die Lebenserwartung einzelner Komponenten, wie beispielsweise der Wälzlager oder
Kugelrollspindeln, steht ein umfangreiches, aus Versuchen gewonnenes Wissen zur Lebensdauerberechung
unter Annahme bestimmter Lastfälle zur Verfügung. Jedoch können
Schädigungen aus Kollisionen und Verschmutzung wie auch falsch getroffene Annahmen
nicht berücksichtigt werden. Weiterhin lassen sich im eingebauten Zustand die Lastfälle oft
nicht abschätzen, da diese sowohl von den häufig wechselnden Bearbeitungsaufgaben als
auch von Toleranzen bei der Montage, die zum Teil sehr hohe positionsabhängige Zwangskräfte
und -momente verursachen, abhängen. Durch eine Messung verschiedener Parameter
an baugleichen Werkzeugmaschinen während der Inbetriebnahme beim Hersteller soll
eine Basis geschaffen werden, um im weiteren Betrieb charakteristische Schädigungen festzustellen.
Weiterhin kann durch die beobachtbare Streuung der Parameter ein Rückschluss
auf Montagefehler, die sich negativ auf das Betriebsverhalten der Maschine und die Lebensdauer
der Komponenten auswirken, getroffen werden. Durch eine frühzeitige Erkennung von
Verschleiß und Schädigungen einzelner Komponenten lässt sich die Wartung, beziehungsweise
der Austausch dieser, planen und zu einem günstigen Zeitpunkt durchführen. Auch ist
es damit möglich, Wartungsaufgaben zu optimieren, zum Beispiel indem Bauteile einer Baugruppe,
bei denen Wartungsarbeiten durchgeführt werden müssen, gezielt auf Schädigungen
untersucht und nötigenfalls frühzeitig ausgetauscht werden können.
Ziel ist es, die Messung und Auswertung mit einem möglichst geringen zeitlichen und personellen
Aufwand sowie möglichst wenig zusätzlicher Ausrüstung durchführen zu können. Damit
soll den Herstellern von Werkzeugmaschinen eine einfach zu handhabende Methode zur

frühzeitigen Verschleiß- und Schadenserkennung und der Zuordnung zu einzelnen Komponenten
der Vorschubachsen an die Hand gegeben werden. Weiterhin können die
Verfügbarkeit einer Maschine durch die Plan- und Optimierbarkeit der Wartung erhöht und
verschleißbedingte Ausfälle während der Produktion verringert werden.
Thema: Konstruktionsprinzipien zur Reduzierung der Werkzeugvielfalt und
konstruktionsbedingten Fertigungszeiten in der Automobilfertig-
montage
Zusammenfassung
Doktorand: Dipl.-Ing. Fabian Rusitschka
Thesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Hansgeorg Binz
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper
Projektbeginn: Februar 2010
Dr.-Ing. Jens Bunte , AUDI AG
E-Mail: fabian.rusitschka@gsame.uni-stuttgart.de
Globale Trends wie Individualisierung und Differenzierung führen im Bereich der Automobilindustrie
zu einer stark zunehmenden Anzahl von Derivaten und Ausstattungsvarianten.
Diese erhöhen die Komplexität der Fertigmontage deutlich. Symptom dessen ist die Vielfalt
unterschiedlicher Werkzeuge an den einzelnen Arbeitsplätzen. Diese verursachen neben
Investitions- und Instandhaltungsaufwendungen eine Erhöhung der Fertigungszeit wie auch
eine Verringerung der Prozesssicherheit.
Im Rahmen der Arbeit werden Konstruktionsprinzipien beschrieben, welche es ermöglichen,
die Montageverbindungen zukünftiger Produkte im Hinblick auf beschriebene Aspekte optimal
zu gestalten.
Ausgehend von der Analyse des aktuellen Produktprogramms werden standardisierte Montageprozessgrößen
entwickelt. Diese dienen als Basis für die Formulierung der Konstruktionsprinzipien.
Der Transfer beziehungsweise die Verankerung dieser in die Konstruktionsumgebung
der Entwickler baut darauf auf und sichert die Berücksichtigung der Konstruktionsprinzipien.
Thema: IT-Integration verteilter Wertschöpfungsnetzwerke
Doktorand: Dipl.-Inf., Dipl.-Kfm. Alexander Walz
Thesis Committee: Prof. Dr. Georg Herzwurm
Prof. Dr. Frank Leymann
Projektbeginn: Juni 2008
E-mail: alexander.walz@gsame.uni-stuttgart.de
29

Zusammenfassung
Personalkosten übersteigen die potenziellen Ersparnisse in der Beschaffung von Standardgütern
oft um ein Vielfaches. Das Forschungsprojekt untersucht deshalb, wie Verhandlungen
über solche wohl definierten Standardgüter automatisch mit der Hilfe von Informationssystemen
basierend auf lernenden Softwareagenten innerhalb einer Supply Chain durchgeführt
werden können. Lernende Agenten bedeutet, dass die Agenten die Fähigkeit haben,
aus ihrem Verhalten und den daraus resultierenden Ergebnissen zu lernen sowie sich an
neue Marktsituationen anzupassen.
Ziel des Forschungsprojekts ist es herauszufinden, welche Marktkoordinationsmechanismen
(bilaterale Verhandlungen, Auktionen) besonders geeignet sind und mit welchen Methoden
aus der künstlichen Intelligenz die Agenten ihr Verhalten am geeignetsten evaluieren und
adaptieren können. Dazu werden Supply Chains mit Hilfe einer dafür entwickelten Software
modelliert und Marktsituationen simuliert. Diese Szenarien werden anhand vorher definierter
Kennzahlen beurteilt und verglichen. Der Einfluss der dabei eingesetzten Algorithmen und
Koordinationsmechanismen wird untersucht.
Thema: Visuelle Analysetechniken für das digitale und virtuelle Engineering
Zusammenfassung
30
Doktorand: Dipl.-Inf. Michael Wörner
Thesis Committee: Prof. Dr. Thomas Ertl
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper
Projektbeginn: April 2008
E-Mail: michael.woerner@gsame.uni-stuttgart.de
Visual Analytics ist eine neue wissenschaftliche Disziplin zwischen Visualisierung, Mensch-
Maschine-Interaktion und Datenanalyse. Der Schwerpunkt von Visual Analytics liegt auf der
Kombination von automatischen Analysemethoden mit hochinteraktiven visuellen Schnittstellen.
Mit den Werkzeugen und Methoden der Visual Analytics wird nutzbares Wissen aus
bloßen Informationen gewonnen, werden Erkenntnisse aus umfangreichen, dynamischen
und oft widersprüchlichen Datenbeständen abgeleitet, zeitnahe und verständliche Einschätzungen
erstellt sowie diese Einschätzungen zur Weitergabe an Entscheider aufbereitet.
Ziel des Forschungsprojekts ist es, Methoden der Visual Analytics für die erfolgreiche Integration
in die Prozesse des digitalen und virtuellen Engineerings anzupassen und zu erweitern.
Herausforderungen ergeben sich dabei aus der Vielfalt der Datentypen im Bereich
der Produktdaten, Prozessdaten, Fabrikdaten, Auftrags- und Logistikdaten. Hierzu wird
durch Modellierung und Simulation von flexiblen Produktionssystemen eine Grundlage geschaffen,
auf der Visualisierungs- und Analysetechniken entwickelt und evaluiert werden
können. Eine bedeutende Rolle spielen auch die Berücksichtigung des Faktors Zeit und die
Skalierbarkeit der Lösungen von mobilen Endgeräten bis zu Management-Cockpits.

Thema: Prozessmodellierung und Überwachung in Engineering Umgebungen
Zusammenfassung
Doktorandin: Dipl.-Inf. Sema Zor
Thesis Committee: Prof. Dr. Frank Leymann
Prof. Dr. Georg Herzwurm
Projektbeginn: April 2008
E-Mail: sema.zor@gsame.uni-stuttgart.de
Prozessmodellierung in Engineering Umgebungen
In Produktionsunternehmen sind um die Produktion herum dienst- und prozessbasierte Anwendungen
etabliert, die Prozesse wie den Auftragseingang, die Stammdaten oder die Materialbeschaffung
verwalten. Zum anderen finden sich in der Produktion technische Prozesse
wie das Fräsen, Drehen oder Bohren eines Werkstücks. Allerdings sind die Ansätze zur Modellierung
der Prozesse, die in beiden Bereichen genutzt werden, sehr unterschiedlich.
Aus Unternehmenssicht verhindert die Trennung der Prozessorientierung im Office-Bereich
und in der Produktion das effiziente Management unternehmensweiter Prozesse. Ein Optimierungspotenzial
kann dadurch nicht ausgeschöpft werden.
Ziel des Forschungsprojekts ist es, einen Ansatz zur Vereinheitlichung der unterschiedlichen
Modellierungssprachen zu erarbeiten, welches einen integrierten Lebenszyklus der übergreifenden
Prozesse ermöglicht.
Grundlage dieser Forschungsarbeit bildet die Business Process Model and Notation BPMN –
eine standardisierte, graphische Modellierungssprache, die bereits zur Geschäftsprozessmodellierung
eingesetzt wird. Diese Sprache wird dahingehend untersucht, ob und wie sie
Produktionsprozesse abbilden kann. Notwendige bzw. mögliche Erweiterungen der BPMN-
Notation werden anhand der Anforderungen aus dem Produktionsumfeld abgeleitet, analysiert
und protypisch implementiert.
3.3. Cluster C – Material- und Prozessengineering
Clusterdirektor: Prof. Dr. rer. nat. Rainer Gadow
E-mail: rainer.gadow@gsame.uni-stuttgart.de
In der Struktur der Fachgebiete innerhalb der GSaME, kommt dem Cluster „Werkstoff- und
Prozessengineering“ die Aufgabe zu, Materialverarbeitungs- und -bearbeitungsprozesse und
Prozessketten bis hin zur kompletten Fertigungszelle zu betrachten und in eine ganzheitliche
Produktionstechnik und Fabrikplanung einzubinden. Im Bereich der Materialverarbeitung
sind dabei noch Grundlagenforschungsarbeiten zu leisten, um insbesondere moderne Verbundwerkstoffe,
Smart Materials und Schichtverbunde analog zu metallischen Materialien in
verketteten Prozessen in-line bearbeiten zu können. Für die Integration von Einzelprozessen
in Planungs- und Steuerungssysteme (z. B. zur Erhöhung der Flexibilität), werden Methoden
31

zur Gewinnung und Verarbeitung von Prozesswissen untersucht. Dabei stehen die Fertigungsmesstechnik
und Analytik, insbesondere Online-Messverfahren, sowie Methoden der
Prozessmodellierung im Vordergrund. Als Anwendungsfelder wurden hauptsächlich moderne,
komplexe Fertigungsprozesse gewählt – beispielsweise Laser-Materialbearbeitung,
Thermokinetische Beschichtung und die Herstellung von Bauteilen der Mikrosystemtechnik -
bei welchen eine wissensbasierte Prozessplanung zur Beherrschung und v. a. auch ökonomischen
Anwendung der Technologie notwendig ist. Die einzelnen Forschungsgebiete,
die in Cluster C bearbeitet werden, sind:
32
1. High-Performance in konventionellen Technologien
� Zerspanungstechnik
� Umformtechnik
� Faserhalbzeug- und Compositeverarbeitung
� Beschichtungsverfahren (Lackieren, Thermokinetische Beschichtung)
2. Gewinnung von Expertenwissen durch Prozessdatenanalyse
� Optische Prozessdatenerfassung
� Online-Monitoring und Diagnostik von Laserschneidprozessen
� Korrelationenanalyse direkte/indirekte Prozesskennwerte
3. Prozessmodellierung
� Modellierung von Wärme- u. Stoffübergangsprozessen, Materialverhalten (Beschichtung,
Zerspanung, Umformung etc.)
4. Weiterentwicklung von Anwendungsfeldern in Fertigungstechnik und
Werkstoffbearbeitung
� Nano- und Mikrosystemtechnik (z. B. Beschichtung mit Carbon Nano-Tubes)
� Bearbeitung von Verbundwerkstoffen, zerspanend und mit Laser
� Prozessanalyse Spritzgießen von biokeramischen Bauteilen
5. Wechselwirkungen Prozesstechnologie und Industriepolitik
� Effiziente Produktion, unterbrochene Prozessketten, Folgen von Technologietransfer
Entwicklung des Clusters / Übersicht über Forschungsprojekte
Die Clusterstruktur hinsichtlich der beteiligten Principal Investigators hat sich in 2010 nur
wenig geändert. Durch Start eines neuen Projektes kam Prof. Schinköthe neu zu Cluster C
hinzu. Prof. Drechsler ist durch seinen Wechsel an die TU München aus der Universität
Stuttgart ausgeschieden, betreut allerdings die Promotion Stamp (Thema C17) zunächst als
Hauptberichter weiter.

Neu in 2010 hinzugekommene Stipendiaten sind:
- Houssam-Eddine Bessam (Hans-Böckler-Stipendiat) 01.01.2010 ; Thema C15
- Minh Nguyen 01.05.2010 ; Thema C24
- Tobias Pfeifroth 01.06.2010 ; Thema C8
(Wechsel Qualifikationsstipendium → Promotionsstipendium)
- Klaus Michael Wurster 01.06.2010 ; Thema C22
- Alper Kaya 01.07.2010 ; Thema C1
- Christian Lang (Hans-Böckler-Stipendiat) 01.07.2010 ; Thema C14
Die Stipendiatin Esther Dongmo (Projekt C3) beendete ihre Dissertation 2010 und promovierte
am 21.06.2010 als erste GSaME-Absolventin erfolgreich zum Dr.-Ing. Ihre wissenschaftliche
Arbeit soll in einem Nachfolgeprojekt weitergeführt werden. Dieses ist als Thema
C21 ausgeschrieben.
Alexander Wolynski (Thema C4) ist zum Jahresende 2010 auf eigenen Wunsch aus der
Graduate School ausgeschieden. Das Forschungsthema ist zur Wiederbesetzung neu ausgeschrieben.
Gesamt DFG/HBS Industrie
laufende 13 8 5
offene 5 1 + 1 Standby 1 + 2 Standby
abgeschlossene 1 1
Zusammenfassung des Forschungsstandes des Clusters
Tabelle mit Übersicht der Forschungsthemen des Clusters
Nr. Forschungsthema Status* Doktorand Finanzierung Erstbetreuer
C1
C2
Erweiterung der Werkstoffeinsatzgrenzen
mittels
Beschichtungen Bearbeitung Alper Kaya DFG Prof. Gadow
Keramische Nanocomposites
und Bauteile
für biomedizinische
Anwendungen Bearbeitung
Mohammed
Abou El Ezz
Hans-Böckler-
Stiftung
Prof. Gadow
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Nr. Forschungsthema Status* Doktorand Finanzierung Erstbetreuer
C3
C4
C5
C6
C7
C8
C9
C10
C11
C12
C13
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Prozessoptimierung für
Schichtverbundbauteile
durch Simulation von
Strömungsvorgängen bei
der thermokinetischen
Beschichtung
Abgeschlossen
Laser-Bearbeitung innovativer
Werkstoffe Bearbeitung
Werkzeugintegrierte
optische Sensorik zur
Onlinemessung von
Werkstücken und Bearbeitungswerkzeugen
Bearbeitung
Prozessoptimierung
schwer umformbarer
Blechwerkstoffe durch
lokale Erwärmung mittels
Laser
Zurück-
genommen
Diagnostik für den Laserschneidprozess
Bearbeitung
Hochleistungsbearbeitung
von natürlichen und künstlichen
Verbundwerkstoffen Bearbeitung
Esther
Dongmo DFG Prof. Gadow
Alexander
Wolynski
(bis 12/2010) DFG Prof. Graf
David
Fleischle DFG Prof. Osten
David
Schindhelm
Oberflächenfunktionalisierung
durch Beschichtung
mit Carbon Nanotubes
Bearbeitung Zhiyu Fan
Trumpf
Werkzeugmaschinen
GmbH Prof. Liewald
Trumpf
Werkzeugmaschinen
GmbH Prof. Graf
Tobias
Pfeifroth DFG Prof. Heisel
Fraunhofer
IPA Prof. Sandmaier
Technologie zur Oberflächenmodifikation
von
fluidischen Systemen Stand by Prof. Sandmaier
Kontinuierliche Herstellung
mehrschichtiger Kunststoffkarten
Standby
Produktionskontrolle bei
Ink-Jet Druckern Stand by
Unternehmen im Wandel
einer globalisierten Wirtschaft
– Sicherung der
Wettbewerbsfähigkeit
durch nachhaltige
Produktionsentwicklung
und Investitionsplanung
Zurückgenommen
Atlantik Zeiser
GmbH Prof. Sandmaier
Atlantik Zeiser
GmbH Prof. Sandmaier
Hans-Böckler-
Stiftung Prof. Gadow

Nr. Forschungsthema Status* Doktorand Finanzierung Erstbetreuer
C14
C15
C16
C17
C 18
C19
C20
C21
Energie- und ressourcenschonende
Produktion in
der Industrie Bearbeitung
Technologietransfer und
industrielle Entwicklung in
Schwellenländern unter
strukturellem Wandel Bearbeitung
Thema verändert und läuft
unter B14
Christian
Lang
Houssam-
Eddine
Bessam
Hans-Böckler-
Stiftung Prof. Gadow
Hans-Böckler-
Stiftung Prof. Gadow
Zurückgenommen
Prof. Liewald
Erhöhung des Umformpotentials
von Sandwichbauteilen
Bearbeitung Benno Stamp Daimler AG Prof. Drechsler
Remote-Laserschweißen
von Aluminium Bearbeitung Peter Stritt Audi AG Prof. Graf
Langfaserverstärkte
Leichtmetalle zur Integration
in Leichtmetall-
Gusswerkstücke
Faserverstärkte Leichtmetallmatrix-Composites
(MMC) für vielfältige
Strukturanwendungen
Simulation der Wirkzone
Strahl-Bauteil für thermokinetischeBeschichtungsprozesse
Zurückgenommen
Prof. Gadow
Zurückgenommen
Prof. Gadow
Ausgeschrieben
Prof. Gadow
C22 AI/ST Hybridstrukturen Bearbeitung Klaus Wurster Daimler AG Prof. Liewald
C23
C24
Strukturteile Druckguss
Aluminium – Lufthärtende
Legierungen für die
Prozesskettenverkürzung
bei der Herstellung von
Leichtbau-Strukturteilen
Ausgeschrieben
Daimler AG Prof. Liewald
Charakterisierung von
Magnetspritzgießprozessen
Bearbeitung Minh Nguyen DFG Prof. Schinköthe
* Veränderungen in 2010 sind in der Tabelle fett markiert
In einer Reihe von Forschungsprojekten im Rahmen von Cluster C werden Prozessdaten
verschiedener Materialbearbeitungs- und Formgebungsprozesse analysiert, um Expertenwissen
zu gewinnen. Eine Vielzahl von Materialbearbeitungsprozessen, wie das Beschichten,
Laserschneiden u.a., ist komplex und von vielen Parametern abhängig. Zwei Klassen
von Parametern können in der Regel unterschieden werden: Indirekte Parameter (Steuerparameter),
die jedoch dem direkten Einfluss des Bedieners unterliegen, und direkte Parameter
(beispielsweise die thermophysikalischen Eigenschaften von Beschichtungsmateria-
35

lien), die messbar sind, jedoch nur indirekt über die Steuergrößen beeinflusst werden können.
Die indirekten und direkten Variablen sind über komplexe, nicht-lineare Beziehungen
miteinander verbunden. Die Analyse dieser Beziehungen führt zu einer genaueren Kontrolle
und einem vertieften Verständnis der Prozesse. Hierfür spielen Diagnostikwerkzeuge sowie
Simulationstools eine bedeutende Rolle, nicht nur, um zusätzliches Prozesswissen zu gewinnen,
sondern auch, um Prozesse on-line überwachen und kontrollieren zu können.
Ergebnisse aus den Forschungsarbeiten im Cluster liegen für die experimentelle Prozessanalyse
mit optischen Werkzeugen vor. Für den Einsatz in zerspanenden Werkzeugmaschinen
wurde eine optische Sensorik zur Onlinemessung von Werkstücken und Bearbeitungswerkzeugen
mit Datenauswertung simuliert und entwickelt, die kurz vor der Fertigstellung
und der Felderprobung steht. Im Bereich des Laserstrahlschneidens von Metallen,
ist die direkte Überwachung der erzielten Schnittqualität während des Bearbeitungsprozesses
noch nicht beherrscht. Forschungsfortschritte wurden hier hinsichtlich der Steigerung
des Prozessverständnisses beim Laserstrahlschneiden sowie der Beurteilung des aktuellen
Prozesszustandes hinsichtlich qualitätsrelevanter Kriterien anhand der Prozessemissionen
gemacht. Dafür wurde ein maschinennahes Messsystem für das Laserschneiden entwickelt,
aufgebaut und erprobt. Die gewonnenen Erkenntnisse verbessern die Modellvorstellung des
Laserstrahl-Schneidprozesses. Zudem ist es mit diesem Messsystem möglich, eindeutige
Merkmale zu detektieren, welche charakteristisch sind für die Erkennung von Fehlschnitten
sowie die Gratbildung beim Edelstahl-Schmelzschneidprozess. Bei Versuchen zum Laserstrahlschweißen
wurde eine koaxiale Messung der reflektierten Laserleistung integriert. Die
Messung und Interpretation dieses Signals dient der Prozesskontrolle und lässt die Unterscheidung
der beiden Laserschweißregime Wärmeleitungsschweißen und Tiefschweißen zu.
Weitere Ergebnisse zur experimentellen Prozessparameteranalyse existieren hinsichtlich
des thermoplastischen Spritzgießprozesses von Keramik bzw. von Magnetwerkstoffen. Hierbei
wurden der Einfluss von Spritzgießparametern auf die Texturbildung und von Sinterparametern
auf die mechanischen Eigenschaften von keramischen Implantaten sowie der
Einfluss der rheologischen Compound-Eigenschaften auf den Spritzgießprozess analysiert.
Die theoretische Aufarbeitung anhand von Modellbildung realer technischer Prozesse und
deren Simulation wurde ebenfalls für verschiedene Prozesse durchgeführt. Das thermokinetische
Beschichten (Thermisches Spritzen) wurde mit Hilfe strömungsmechanischer Tools
(CFD) hinsichtlich verbrennungstechnischer, thermodynamischer und strömungsmechanischer
Vorgänge für das Hochgeschwindigkeits- und Hochgeschwindigkeitssuspensionsflammspritzen
untersucht. Durch die daraus resultierenden Ergebnisse, die experimentell
verifiziert und validiert wurden, konnten die Prozesse und Anlagenkomponenten optimiert
werden. Die Simulationsergebnisse ermöglichen ein verbessertes Verständnis der physikalischen
Phänomene, die in der Brennkammer stattfinden, und eine Abschätzung der Bedingungen
bei der Verbrennung und daraus resultierend eine Vorhersage der Kenngrößen
der Expansionsströmung und der Eigenschaften der Spritzpartikel (Geschwindigkeit, Temperatur,
Aufschmelzgrad), welche direkt Auswirkungen auf die Beschichtungsqualität haben.
Weitere Arbeiten bezüglich Modellierung und Simulation im Bereich thermokinetischer Beschichtungen
haben mit der Arbeit Kaya jüngst begonnen und zielen darauf ab, die Schnittstelle
vom Prozess (CFD-Simulationen) zum Bauteil und den schichtspezifischen Qualitätskriterien
(FEM-Berechnungen von Schichteigenspannungen und mechanischen Eigenschaften)
zu schließen.
Weitere Ergebnisse hinsichtlich der theoretisch/numerischen Prozessbetrachtung wurden
auch für die Bearbeitung moderner Verbundwerkstoffe erzielt. Der Einfluss von Bohrwerk-
36

zeugen auf die Delamination im Zerspanungsprozess von CFK wurde untersucht und die
Relevanz einer angepassten Werkzeuggeometrie eindeutig herausgestellt. Die Implementierung
von Verbundwerkstoffen in die FE-Simulation von Umformprozessen mit hinreichender
Genauigkeit und eine Simulationsvalidierung zur Überprüfung wurden ebenfalls erforscht und
versprechen interessante Ergebnisse für den weiteren Projektverlauf. Auf dem Gebiet der
Spritzgießprozesse wurden ebenfalls Methoden der Prozessmodellierung angewendet. So
wird beispielsweise ein durchgängiges Simulationssystem für die Vorhersage der Magnetisierung
kunststoffgebundener Dauermagnete erforscht, welches bisher nicht quantifizierbare
Einflüsse der Werkstoffrheologie des Compounds bei komplexer anisotroper Magnetisierung
berücksichtigt. Weiteres Ziel ist die Untersuchung der Formfüllung beim Spritzgießen mit
Hilfe der numerischen Simulation, um eine Optimierung von Prozessparametern und des
Formenbaus zu erreichen. Hier existieren erste Ergebnisse, die Arbeiten stehen jedoch noch
am Anfang.
Die Weiterentwicklung der Fertigungstechnik mit modernen Werkstoffen und Werkstoffverbunden
zur Ermöglichung neuer, praxisrelevanter Anwendungen stellt einen weiteren
Cluster-Schwerpunkt dar. Beschichtungstechnologien der Nano- und Mikrosystemtechnik
ermöglichen beispielsweise die Oberflächenfunktionalisierung durch Carbon Nanotubes. In
diesem Forschungsthema wurden Fortschritte sowohl experimentell als auch in der Prozesssimulation
erzielt. Ein weiteres Projekt zielt auf die Herstellung von biokeramischen Implantaten
durch keramischen Spritzguss ab. Dabei wurden die Spritzparameter untersucht,
Formfüllversuche durchgeführt und die Bauteileigenschaften nach dem abschließenden
Sinterprozess für verschiedene Massen und Sinterparameter untersucht. Außerdem wurden
Versuche zum Spritzgießen von Knieprothesen mit verschiedenen Formwerkzeugen gemacht.
Die Formgebung für Kunststoff-Papierwaben-Verbunde sowie GFK-Waben-Verbunde wurde
bereits bis in automobile Serienanwendungen entwickelt. Die CFK-Bearbeitung durch trennende
Verfahren dagegen steht am Beginn der wissenschaftlichen Auseinandersetzung und
wird daher in mehreren Projekten sowohl unter Verwendung von Werkzeugmaschinen als
auch von Strahlwerkzeugen (Laser) untersucht. Um eine effiziente und angepasste Bearbeitung
analog zu metallischen Werkstoffen realisieren zu können, sind diese Werkstoffe
zunächst grundlegend in Bezug auf deren Bearbeitung zu verstehen. Es existieren jedoch in
beiden Projekten (Zerspanung und Laserstrahlschneiden) bereits gute Fortschritte durch
Verwendung modernster Bearbeitungstechnologien (ultraschallunterstützte Bearbeitung
einerseits und Verwendung ultrakurz-gepulster Laser andererseits).
Die Wechselwirkungen zwischen Prozess- und Fertigungstechnik mit Industriepolitik wird im
Cluster ebenfalls berücksichtigt. Die Beurteilung von ökonomischen und ökologischen Faktoren
bei der konzeptionellen Einsetzung der entwickelten Technologie in der Industrie trifft
auf eine Vielzahl von Forschungsthemen in Cluster C zu. Das Potential eines Remote-
Laserschweißprozesses an Aluminium wurde abgeschätzt und unter ökonomischen und
ökologischen Aspekten beurteilt. Der Vergleich mit dem konventionellen Laserschweißverfahren
mit Zusatzwerkstoff offenbart weitreichende Vorteile, die von einer erhöhten Wirtschaftlichkeit
bis hin zu einer Vergrößerung des Innovationspotentials zur Sicherung eines
langfristigen Unternehmenserfolges reichen. Im Bereich der Umformtechnik wird die Generierung
und Analyse eines Recyklatmaterials, welches aus einem Sandwichverbund erzeugt
wird, sowie die ganzheitliche Bilanzierung von Primärenergien und Energieaufwendung
in der Nutzungsphase durchgeführt. Weiterhin wird in einem eigenen Projekt die
energie- und ressourcenschonende Produktion in der Industrie untersucht (dieses Projekt
37

startete jedoch erst vor einem halben Jahr). Die Folgen von Technologietransfer für die industrielle
Entwicklung von Schwellenländern unter Berücksichtigung strukturellen Wandels
ist ein weiteres Projekt, welches die Prozesstechnik mit gesellschaftlichen Belangen verknüpft.
Dabei wurden bislang Fortschritte in der Simulation von Prozessen des Technologietransfers
sowie des Wissenstransfers durch systemplanerische Methoden erzielt; die Prozessbetrachtung
erfolgt dabei aus der Sicht von Unternehmen, welche in den entsprechenden
Ländern aktiv werden wollen, könnte jedoch auch von öffentlichen Stellen für strategische
planerische Betrachtungen von ITT-Prozessen eingesetzt werden. Eine Validierung
anhand von Daten, die durch Kooperation mit Behörden und öffentlichen Einrichtungen erhoben
werden sollen, steht noch aus, ist jedoch in Planung (als Beispiel soll hier Algerien
dienen).
Forschungsstand ausgewählter Projekte in Cluster C
Thema: Keramische Nanocomposites und Bauteile für biomedizinische
Anwendungen
Zusammenfassung
38
Doktorand: M. Eng. Mohamed Ayman Abou El Ezz
Thesis Committee: Prof. Dr. Rainer Gadow
Prof. Dr.-Ing. Bernhard Mitschang
Prof. Dr.-Ing. Eberhard Roos
Projektbeginn: August 2009
Prof. Dr. Dines Christen, Universität Tübingen – HBS
E-mail: mabouelezz@gsame.uni-stuttgart.de
The manufacturing of ceramic composites for biomedical applications
Zirconia toughened alumina (ZTA) composites are known for their high hardness, toughness,
wear resistance and mechanical strength. Due to these properties ZTA materials are
frequently used in cutting tools, tribological applications and biomedical implants. Ceramic
injection molding is one of the most performing manufacturing technologies for mass
production of ceramic components with complex shapes and small or medium size. In order
to improve the mechanical properties of injection molded and pressureless sintered ZTA –
especially toughness and hardness – it was attempted to add yttria and chromia as YCrO3 to
a ZTA containing 10 vol-% monoclinic zirconia and thus achieve higher hardness by
distortion of the alumina lattice and higher toughness by introducing a concentration gradient
of yttria in the zirconia reinforcement. Sintering conditions were varied systematically
according to a 2³ full factorial DOE plan to optimize the properties. Results showed that
compared to conventional ZTA with identical yttria content of 1.5-mol-%, toughness and
strength can be improved by adding yttria as via YCrO3 precursor. Higher hardness was not
observed, probably due to the lower sintering activity of the chromia containing ZTA which
requires higher heat treatment temperatures.

Thema: Technologietransfer und industrielle Entwicklung in Schwellen-
ländern unter strukturellem Wandel
Zusammenfassung
Doktorand: M. Sc. Houssam Eddine Bessam
Thesis Committee: Prof. Dr. Rainer Gadow
Prof. Dr. Ulli Arnold
Projektbeginn: 01/2010
Prof. Dr. H.-J. Burchardt, Universität Kassel - HBS
E-Mail: Houssam-Eddine.Bessam@gsame.uni-stuttgart.de
International Knowledge Transfer as means of International Technology Transfer:
Conceptual Issues
International Technology Transfer (ITT) process and International Knowledge Transfer (IKT)
process are modeled using the function modeling methodology IDEF0. Without IKT, ITT does
not take place, as knowledge is the key to control technology as a whole. This relationship is
addressed by combining them in one model.
Sequences of activities that constitute ITT process are triggered by market requirements.
The built model allows defining the characteristics of production technology. After defining
future system characteristics, Analytic Hierarchy Process AHP method is proposed to determine
the best alternative of among many suppliers by using certain criteria and priorities. The
channel of ITT is selected by using an intuitive developed method of a matrix to reduce the
complexity of the problem. The proposed process of ITT is strengthened by (input, output
and process) indicators to check the success or failure of the whole process. These indicators
are introduced in particular steps of the ITT process.
IKT process is crucial in the process of the ITT therefore they should considered simultaneously
in any project of ITT or even research studies. The proposed IKT process description
relies mostly on importing goods or services and human resource interactions.
Thema: Prozessoptimierung für Schichtverbundbauteile durch numerische
Simulation von Strömungsvorgängen bei der thermokinetischen Beschichtung
Doktorandin: Dr. -Ing. Esther Dongmo
Thesis Committee: Prof. Dr. Rainer Gadow
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper
Prof. Dr.-Ing. Bernhard Mitschang
Projekt: Juli 2008 bis Juni 2010, Abschluß der Promotion
E-mail: esther.dongmo@gsame.uni-stuttgart.de
39

Zusammenfassung
Prozessoptimierung von thermokinetischen Beschichtungsverfahren (HVOF und HVSFS)
mittels numerischer Simultation
Die Nachfrage nach qualitativ hochwertigen dünnen Schichten mit sehr guten mechanischen,
chemischen sowie thermischen Eigenschaften gewinnt für die Beschichtung von
Bauteiloberflächen in jüngster Zeit immer mehr an Bedeutung. Dies hat in den letzten Jahren
zur Optimierung und Weiterentwicklung des überschallschnellen Pulverflammspritzens
HVOF (High-Velocity Oxy-Fuel Spraying) sowie zur Entwicklung des überschallschnellen
Suspensionsflammspritzens HVSFS (High-Velocity-Suspension-Flame-Spraying) für das
thermische Spritzen von Mikro/Nanomaterialien geführt.
Auf Grund der Komplexität dieser Prozesse können experimentelle Versuche nicht mehr als
einzige Methode in der Weiterentwicklung eingesetzt werden. Moderne Techniken wie die
mathematische Beschreibung der zugehörigen Prozesse sind geeignete Ergänzungen zu
den experimentellen Versuchen und bieten die besten Voraussetzungen für die Optimierung/Analyse
und Weiterentwicklung des HVOF und HVSFS.
In Rahmen dieser Untersuchung wird zunächst das HVOF-Grundmodell erstellt, welches so
genau wie möglich alle komplexen Eigenschaften des Spritzprozesses beschreit. Nach Modellbildung
und Validierung des HVOF-Grundmodells soll eine Entwicklung des HVSFS-
Grundmodells auf Basis eines realitätsnahen HVOF-Modells erfolgen.
Thema: Technologie zur Oberflächenmodifikation von fluidischen Systemen
Zusammenfassung
40
Doktorand: M. Sc. Zhiyu Fan
Thesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Hermann Sandmaier
Prof. Dr.-Ing. Bernhard Mitschang
Projektbeginn: Juni 2009
Dipl.-Ing. MBA Ivica Kolaric, Fraunhofer IPA
E-Mail: zhiyu.fan@gsame.uni-stuttgart.de
Nichtlineare elektrische Leitfähigkeit von CNT-Polymer- Verbundwerkstoffen
Die elektrische Leitfähigkeit verschiedener Nanokomposite (dünne Gold-Schichten, Carbon
Black/Polyester, Carbon Black/Wachs, CNT/PDMS, Ni/PP und HDPE/Graphit) weist in entsprechenden
Messungen ein nichtlineares Verhalten der Strom-Spannungskennlinie (IU-
Kennlinie) auf.
In dieser Arbeit werden auf der Basis des Modells von Gupta et al. [1] zufällige zweidimensionale
Widerstandsnetzwerke aus ohmschen Verbindungen und Tunnelverbindungen simuliert.
Die ohmschen Verbindungen werden zufällig verteilt. Eine potenzielle Tunnelverbindung
existiert nur zwischen benachbarten Knoten. Diese Tunnelverbindung ist aktiv, wenn die
Spannungsdifferenz zwischen zwei Nachbarknoten größer als eine Schwellspannung ist.

Dies führt zu einem nichtlinearen Verhalten der elektrischen Leitfähigkeit des gesamten
Widerstandsnetzwerks. Abhängig von der jeweiligen mittleren Anzahl der ohmschen Verbindungen
ändert sich das nichtlineare Verhalten der IU-Kennlinie des Widerstandsnetzwerks.
Ziel des Forschungsprojekts ist es, ein besseres Verständnis und die Vorhersagefähigkeit
der elektrischen Leitfähigkeit von Nanokompositen zu erzielen.
[1] Gupta et al. Phys. Rev. B Vol. 57, Nr. 6, 1998
Thema: Werkzeugintegrierte optische Sensorik zur Onlinemessung von
Werkstücken und Bearbeitungswerkzeugen
Zusammenfassung
Doktorand: Dipl. -Ing. David Fleischle
Thesis Committee: Prof. Dr. Wolfgang Osten
Prof. Dr. Rainer Gadow
Prof. Dr. Thomas Ertl
Projektbeginn: April 2008
E-mail: david.fleischle@gsame.uni-stuttgart.de
Optische Messtechnik für die In-Line Prozessüberwachung
Um in der modernen Produktionstechnik eine hohe Prozesssicherheit bei kurzen Produktionszeiten
zu gewährleisten, ist eine Überwachung und Regelung der Fertigungsprozesse notwendig.
Ein Optimum stellt die direkte Online-Überwachung qualitätsrelevanter Merkmale mit
Hilfe optischer Sensoren dar. Diese eignen sich für diese Aufgabenstellung besonders wegen
der berührungslosen und zerstörungsfreien Messung aber auch wegen der hohen Parallelisierung
bei der Datenerfassung. Allerdings arbeiten optische Sensoren in rauen Umgebungen
(Vibrationen, Temperaturänderungen, Kontamination etc.) unzuverlässig, falls keine entsprechenden
Vorkehrungen getroffen werden.
Ziel des Forschungsprojekts ist die Erarbeitung von Ansätzen, um die Stabilität und Zuverlässigkeit
von optischen Messprinzipien zu steigern. Dazu erfolgt zuerst die Beschreibung der
Merkmale, die für eine Überwachung des Prozesses notwendig sind. In einer Klassifikation
der Überwachungskonzepte werden die verschiedenen Vor- und Nachteile vorgestellt. In
einem weiteren Schritt erfolgt die Erarbeitung und Bewertung von Lösungsansätzen. Hier wird
sowohl die konstruktive Lösung über ein robustes mechanisches Design beschrieben, als
auch ein modellbasierter Ansatz, der auf einer Simulation der Auswirkungen von Störgrößen
auf das Messsignal beruht.
41

Thema: Erweiterung der Werkstoffeinsatzgrenzen mittels Beschichtungen
Doktorand: M.Sc. Alper Kayer
Thesis Committee: Prof. Dr. Rainer Gadow
Prof. Dr.-Ing. Eberhard Roos
Prof. Dr. Thomas Ertl
Projektbeginn: Juli 2010
Zusammenfassung
Im Betrieb werden Werkstoffe mechanischen, thermischen, triologischen und korrosiven
Belastungen ausgesetzt. Eine Kombination dieser Belastungen kann Verschleiß bzw. punktuelle
Schädigungen verstärken und die Lebensdauer des Bauteils deutlich verkürzen. Werkstoffe,
die diesen verschärften Anforderungen entsprechen, sind in der Regel teuer. Aus ökonomischen
Gründen wäre die Anwendung von kostengünstigen Werkstoffen, die durch entsprechende
Beschichtungen geschützt werden, wünschenswert. Um ihrer Rolle gerecht zu
werden, müssen diese Schutzschichten ein entsprechendes Eigenschaftsprofil aufweisen und
mit dem Substrat in mechanischem, thermophysikalischem und chemischem Sinne kompatibel
sein. Wird dies durch material- und prozessgerechte Optimierung erreicht, können in
weiten Grenzen anwendungsspezifische Schichteigenschaften gezielt erzeugt werden,
wodurch sich Schichtverbunde gegenüber massiven Werkstoffen nicht nur durch Kosten-,
sondern auch durch Performancevorteile abheben können.
Thema: Charakterisierung von Magnetspritzgießprozessen
Zusammenfassung
42
Doktorand: Dipl.-Ing. Minh Nguyen
Thesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Schinköthe,
Prof. Dr.-Ing. Manfred Berroth
Projektbeginn: Mai 2010
E-Mail: minh.nguyen@gsame.uni-stuttgart.de
Aufgrund der geringeren magnetischen Eigenschaften gegenüber Sintermagneten werden
kunststoffgebundene Dauermagnete überwiegend in Kleinantrieben und als Signalgeber von
Winkel- und Wegmesssensoren eingesetzt. Die Formgebung erfolgt durch Spritzgießen,
wobei sich verfahrensbedingte Vorteile in der Formfreiheit, Polteilung und der Wirtschaftlichkeit
der Bauteile ergeben.
Die Vorhersage der Magnetisierung kunststoffbasierter Dauermagnete mit komplexen,
anisotropen Magnetisierungszuständen stellt ein großes Problem dar. Es existieren bereits
Teillösungen für die Simulation des Erregerfeldes, die Füllsimulation der Kavität und die Berechnung
des resultierenden Magnetfeldes bei ideal isotropem Werkstoffgefüge. Ein durchgängiges
Simulationssystem unter Berücksichtigung aller Aspekte liegt zurzeit nicht vor.

Ziel des Forschungsprojekts ist der Aufbau eines Simulationssystems für die Berechnung der
magnetischen Eigenschaften kunststoffbasierter Dauermagnete mit komplexer, anisotroper
Magnetisierung unter Berücksichtigung der Rheologie des Compounds.
Dazu sollen isotrope und anisotrope kunststoffgebundene Dauermagnete hergestellt und
magnetisiert werden. Anhand der magnetischen Eigenschaften der fertigen Formteile werden
Einflussfaktoren für die Anisotropie und Rheologie des Compounds ermittelt und in ein
erweitertes Simulationssystem eingebunden.
Thema: Hochleistungsbearbeitung von natürlichen und künstlichen Ver-
bundwerkstoffen
Zusammenfassung
Doktorand: Dipl.-Wirtsch.-Ing. (FH) Tobias Pfeifroth
Thesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Uwe Heisel
Prof. Dr. Rainer Gadow
Projektbeginn: Juli 2009
E-Mail: tobias.pfeifroth@gsame.uni-stuttgart.de
Verbesserte Bohrbearbeitung Kohlenstofffaserverstärkter Kunststoffe mithilfe innovativer
Bearbeitungsstrategien
Faserverstärkte Kunststoffe (FVK) in Form von Kohlenstofffaserverstärkten oder Glasfaserverstärkten
Kunststoffen (CFK oder GFK) finden heute verbreitet Anwendung: in der Luftfahrtindustrie,
der Windenergiebranche, dem Automobilbau und vielen weiteren Bereichen.
Den Vorteilen dieser Materialien, insbesondere von CFK, wie vor allem hohe Festigkeit und
Steifigkeit bei geringer Dichte und somit geringem Gewicht sowie die endkonturnahe Herstellung,
stehen Nachteile bei der Zerspanung gegenüber. Diese Nachteile sind werkstoffspezifische
Bearbeitungsfehler wie beispielsweise Delamination, Kantenausbrüche, Ausfransungen
oder Verbrennungen sowie eine besondere Beanspruchung der Werkzeuge.
Ziel des Forschungsprojekts ist die Verhinderung beziehungsweise die Reduzierung der
Bauteilfehler und Werkzeugschäden bei der Zerspanung von Kohlenstofffaserverstärkten
Kunststoffen.
Zur objektiven Bewertung der Bearbeitungsqualität definierter CFK-Werkstoffe werden zunächst
die Bauteilfehler analysiert, passende Messverfahren ausgewählt und entsprechende
Messgrößen definiert. Basierend auf diesen Erkenntnissen werden neue Bohrwerkzeuge
entwickelt, die sowohl höhere Standzeiten erreichen als auch bessere Bearbeitungsergebnisse
erzielen. Des Weiteren wird der Einfluss einer Schwingungsüberlagerung im Ultraschallbereich
auf die Bohrbearbeitung untersucht.
43

Thema: Diagnostik für den Laserschneidprozess
Zusammenfassung
44
Doktorand: Dipl.-Wirtsch.-Ing. David Schindhelm
Thesis Committee: Prof. Dr. Thomas Graf
Prof. Dr.-Ing. Manfred Berroth
Projektbeginn: Juni 2008
Dr. Gerhard Hammann,
Trumpf Werkzeugmaschinen GmbH + Co. KG
Dr. Tim Hesse,
Trumpf Werkzeugmaschinen GmbH + Co. KG
E-mail: david.schindhelm@gsame.uni-stuttgart.de
Laserstrahlschneiden ist eines der bedeutendsten industriellen Lasermaterialbearbeitungsverfahren
und eine seit Jahrzehnten etablierte Fertigungstechnologie. Bereits heute hat
das Trennen von Blechen mittels Laser einen vergleichbar hohen Automatisierungsgrad erreicht.
Jedoch ist eine In-Prozess-Überwachung der tatsächlich erzielten Schneidqualität
noch nicht vollständig als Bestandteil dieser Automatisierung möglich.
Vor diesen Hintergründen ist es Ziel dieser Arbeit, den Laserschneidprozess mithilfe einer
Sensorik zu überwachen. Dadurch soll eine gleich bleibend hohe Schnittqualität In-Prozess
sichergestellt werden. Die hauptsächlichen Qualitätsanforderungen beim Laserstrahlschneiden
stellen die Vermeidung von Fehlschnitten dar, die zu kompletter Ausschussproduktion
führen würden. Darüber hinaus sind qualitätsrelevante Kriterien wie Gratfreiheit
der Schnittkanten sowie geringe Schnittflächenrauhigkeit fertigungstechnische Ziele.
Im Beitrag wird ein maschinennahes Messsystem vorgestellt, welches mittels optischer Sensoren
in der Lage ist, den ablaufenden Laserschneidprozess über geometrische sowie thermische
Messgrößen der Wechselwirkungszone zu erfassen. Ergänzt wird diese Diagnosesensorik
um ein Spektrometer.
Thema: Erhöhung des Umformpotentials von Sandwichbauteilen
Doktorand: Dipl.- Ing. Benno Stamp
Thesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Klaus Drechsler
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper
Projektbeginn: Juli 2008
Dr. Ralf Greiner, Daimler AG
E-Mail: benno.stamp@gsame.uni-stuttgart.de

Zusammenfassung
Bauteile aus Papierwaben und thermoplastisch faserverstärkten Deckschichten für den
Großserieneinsatz im Automobilbau
Die Automobilindustrie steht vor großen Herausforderungen. Durch die natürliche Begrenzung
fossiler Kraftstoffe und die steigenden Energiekosten ist eine Effizienzsteigerung der
Fahrzeuge unumgänglich. Neben der Erhöhung des motorischen Wirkungsgrades stellt
der effiziente Leichtbau die bedeutendste ‚Stellschraube’ dar.
Im Rahmen des Forschungsprojekts wird eine Technologie, Sandwichbauteile mit
Wabenkernen, die in der Luft- und Raumfahrt seit Jahren etabliert ist, auf die spezifischen
Bedürfnisse des Fahrzeugbaus transformiert. Um dieses Ziel zu erreichen, werden neue
Materialkombinationen untersucht sowie ein werkstoffspezifisches Herstellungsverfahren
in Verbindung mit neuen Prozesstechniken entwickelt, das die geforderten kurzen Zykluszeiten
und niedrigen Herstellungs- und Materialkosten ermöglichen soll. Hierbei wird aus
ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten Recycling-Papier als Kernmaterial und
zur Realisierung der kurzen Zykluszeiten ein thermoplastisches Matrixsystem der Deckschichten
verwendet. Im Rahmen des Projektes wird anhand von seriennahen Bauteilen
die neue Werkstoffkombination und die dazugehörige Prozesstechnologie erprobt und
somit eine neue, großserientaugliche Leichtbautechnologie dargestellt.
Thema: Remote-Laserstrahlschweißen von Aluminium
Zusammenfassung
Doktorand: Dipl.-Ing. Peter Stritt
Thesis Committee: Prof. Dr. Thomas Graf
Prof. Dr.-Ing. Manfred Berroth
Projektbeginn: März 2009
Dr.-Ing. Klaus Koglin, Audi AG
Steffen Müller, Audi AG
E-mail: peter.stritt@gsame.uni-stuttgart.de
Zur Senkung des Karosseriegewichtes und zur Reduktion der im Fahrbetrieb entstehenden
CO2-Emissionen werden im Automobilbau zunehmend Leichtbauwerkstoffe sowie ein funktionsoptimierter
Werkstoffmix eingesetzt. Die Verbindung dieser Werkstoffe erfordert eine
ständige Optimierung und Weiterentwicklung der angewandten Fügeverfahren.
Eine weit verbreitete Möglichkeit, den Leichtbauwerkstoff Aluminium thermisch zu fügen,
stellt das Laserschweißen dar. Neben dem fokussierten Laserstrahl ist hier – Stand der
Technik – die Verwendung eines Zusatzwerkstoffes erforderlich, um der Entstehung von
Heißrissen entgegen zu wirken. Der Einsatz dieses Zusatzwerkstoffes führt aufgrund der
komplexen Handhabung zu langen Fertigungs- und Nebenzeiten und ist somit unerwünscht.
Erstrebenswert ist die Umsetzung eines Remote-Laserschweißverfahrens, welches beim
Fügen von Stahlwerkstoffen bereits erfolgreich eingesetzt wird. Hierbei werden Bauteile mit
45

einem Laser aus großem Abstand ohne Zusatzwerkstoffe hochproduktiv geschweißt. Die
Erfahrungen mit diesem Verfahren beim Schweißen von Stahlwerkstoffen zeigen, dass
neben den speziellen physikalisch-technischen Eigenschaften – wie geringe Strukturbeeinflussung,
hohe Genauigkeit – vor allem die sehr gute Integrationsfähigkeit dieses Schweißverfahrens
in automatisierten Montageanlagen mit kurzen Taktzeiten von Vorteil ist. Hohe
Flexibilität und Adaptionsfähigkeit des Remote-Verfahrens sind weitere positive Eigenschaften.
Die systematische Weiterentwicklung des Remote-Laserschweißens im Hinblick auf eine
Schweiß-Applikation an Aluminium-Werkstoffen ist Gegenstand der aktuellen Forschungsarbeit.
Die entstehenden Perspektiven, die dieses innovative Fügeverfahren in Bezug auf
eine verbesserte Ressourcenausnutzung sowie eine Reduktion unproduktiver Nebenzeiten
bietet, sind erheblich. Dieses Potenzial des Remote-Verfahrens zur Kostensenkung und Effizienzsteigerung
wird durch ein konkretes Anwendungsbeispiel der AUDI AG, dem
Schweißen von Pkw-Türrahmen, fassbar.
Thema: AI/ST Hybridstrukturen
Zusammenfassung
46
Doktorand: Dipl.-Ing. Klaus Wurster
Thesis Committee Prof. Dr.-Ing. Mathias Liewald
Prof. Dr. Horst E. Friedrich, DLR
Projektbeginn: Juni 2010
Dr.-Ing. Karl-Heinz Füller, Daimler AG
E-Mail: klaus.wurster@gsame.uni-stuttgart.de
Designfreiheit im Karosserieleichtbau durch innovative Umformtechnologien
Innovative Ansätze für die Umsetzung von wirtschaftlichen Leichtbaukonzepten in den Pkw-
Karosseriebau gewinnen in der Fahrzeugentwicklung zunehmend an Bedeutung. Treiber
dieser Entwicklung ist neben gesetzlichen Bestimmungen zu Emissionsgrenzen vor allem
das Spannungsfeld zwischen Designfreiheit und Leichtbau.
Ziel dieses Forschungsprojekts ist daher die Erhöhung der Designfreiheit durch die Untersuchung
neuer Werkstoffe und innovativer Umformverfahren. In zukünftigen Fahrzeuggenerationen
sollen dadurch komplexere Bauteilgeometrien und anspruchsvollere Designs
realisiert werden können. Hierfür werden zunächst die Anforderungen einzelner Bauteile und
Fahrzeugkomponenten hinsichtlich Design, Festigkeit und Steifigkeit ermittelt. Im Anschluss
werden Strategien zur Steigerung der Umformbarkeit von Leichtbauwerkstoffen entwickelt
und hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit bewertet. Daraus können Leichtbaukonzepte abgeleitet
sowie virtuell und experimentell erprobt werden. Für die virtuelle Erprobung kommt die
Methode der FE-Simulation zur Anwendung, die mit einer Optimierungssoftware auf Basis
multivariater Statistik gekoppelt werden kann. Dadurch können einflussreiche Prozessparameter
ermittelt und optimiert sowie Aussagen zur Prozessrobustheit getroffen werden.

3.4. Cluster D – Netzwerke in der Produktion
Clusterdirektor: Prof. em. Dr. Erich Zahn
E-Mail: erich.zahn@gsame.uni-stuttgart.de
Eine reibungslose durchorganisierte Wertschöpfungskette vom Lieferanten bis zur Material-
und Arbeitsplatzplanung ist ein Schlüsselfaktor für eine kosteneffiziente Produktion. Den
Anforderungen, die durch geringe Losgrößen, kundenindividuelle Erzeugnisse sowie eine
hohe Prozess- und Produktkomplexität und On-demand Herstellung an diese Organisationen
gestellt werden, kann durch das klassische, auf große Stückzahlen und simple Prozesse
ausgerichtete Lean Management nicht begegnet werden. Aus diesem Grunde wird eine
Standardisierungsinitiative erforderlich sein, die alle Aspekte moderner Produktionsnetzwerke
integriert. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit
von Systemen und der Nutzung von Synergien.
Gesamt DFG/DAAD Industrie
laufende 5 4 1
offene 1 - 1 Standby
Zusammenfassung des Forschungsstandes des Clusters
Tabelle mit Übersicht der Forschungsthemen des Clusters
Nr. Forschungsthema Status* Doktorand Finanzierung Erstbetreuer
D1
D2
D3
D4
D5
D6
Integrated Strategic
Supply Chain
Management -
Schwerpunkt 1
Datenverwaltung und
Informationsbereitstellung
in der Echtzeitfabrik
Bearbeitung
Bearbeitung
Integratives Management
hybrider Leistungsbündel Bearbeitung
Steigerung der Unternehmensflexibilität
in der
Produktion durch Informationstechnik
Optimierung einer
Mischfertigung
Kunden als Ko-
Produzenten
Zurückgenommen
Standby
Zurückgenommen
Mustafa
Incekara
Jorge
Minguez
David
Baureis
DFG Prof. Arnold
DFG Prof. Mitschang
DFG Prof. Zahn
Leitz GmbH &
Co.
Kooperationspartner
Prof. Herzwurm
Prof. Westkämper
Prof. Arnold
47

Nr. Forschungsthema Status* Doktorand Finanzierung Erstbetreuer
D7
D8
D9
48
Lieferantenmanagement
und Jushuku-Gruppen
Integrated Strategic
Supply Chain
Management -
Schwerpunkt 2
Integriertes Projektmanagement
für Produktionsnetzwerke
Zurückgenommen
Bearbeitung
Bearbeitung
Donald
Neumann
Claudia
Piesche
* Veränderungen in 2010 sind in der Tabelle fett markiert
Robert Bosch
GmbH
Prof. Zahn
DAAD Prof. Zahn
Fraunhofer
IPA
Prof. Westkämper
Im Cluster D „Netzwerke in der Produktion“ werden fünf Doktoranden betreut, ein Doktorand
in Kooperation mit dem Cluster E „IKT für die Produktion“.
Die Schwerpunkte der Forschungsvorhaben umfassen ein weites Feld von der Hybridisierung
der Wertschöpfung durch Dienstleistungserbringung in Netzwerken, über die Bewertung
von Hersteller-Lieferanten-Partnerschaften bei radikalen Produktinnovationen bis
hin zur agentenbasierten Simulation von kulturellen Einflussfaktoren bei komplexen Supply-
Chain-Netzwerken.
Die Unterstützung der Forschungsarbeiten wurde durch das clusterspezifische Ausbildungsprogramm
gesichert, bei dem gleichzeitig Schwerpunkte in der Forschung vertieft wurden. Im
Einzelnen handelt es sich dabei um die folgenden Themen:
� Grenzen des Wachstums
Die durch den Club of Rome in Auftrag gegebene Studie untersuchte anhand eines
entwickelten Weltmodells die globalen, interdependenten Auswirkungen der Indikatoren
Industrieproduktion, Bevölkerung, Nahrungsmittel, Ressourcen und Umweltverschmutzung.
Auf Basis der Originalveröffentlichung aus dem Jahre 1972 sowie des
30-Jahre Updates von 2004 wurden in einem Kolloquium, das in Kooperation mit
Cluster H durchgeführt wurde, in interaktiven Mini-Workshops verschiedene Themen
vertiefend diskutiert.
� Darüber hinaus wurde zum Thema „Limits to Growth and Industrialization“ ein
Kernprogramm Kolloquium veranstaltet zu welchem Herr Professor John Morecroft,
London Business School, als Referent eingeladen war. Professor Morecroft, ehemaliger
Präsident der System Dynamics Society und Jay Wright Forrester Award
Gewinner, referierte über ein System Dynamic Modell zur Fischindustrie, anhand
dessen der Bezug zur Nachhaltigkeit und zu den Grenzen des Wachstums verdeutlicht
wurde.
Eine weitere Forschungsarbeit in Cluster D betrifft ein interdisziplinäres Forschungsprojekt
mit Cluster E zum Thema „Die strategischen Auswirkungen einer Product-Service System
(PSS) Implementierung für produzierende Unternehmen“. Hierbei werden, neben allgemeinen
Auswirkungen, speziell die Konsequenzen für die Supply Chain sowie unterstützende IT-
Tools und Systematiken untersucht. Die Forschungsarbeit resultierte unter anderem in einem
PSS Workshop, einer internationalen Kooperation sowie in einer Publikation (Baureis, D.,
Neumann, D., Minguez, J., 2010, From a Product to a Product-Service System Supply

Chain: A Strategic Road-map. Proceedings of 12th International MITIP Conference. Aalborg,
Dänemark.) Weitere Veröffentlichungen sind in diesem Zusammenhang geplant und bereits
eingereicht (z.B. für die 44th CIRP International Conference on Manufacturing Systems in
Madison, Wisconsin, USA).
Des Weiteren wurde ein clusterübergreifendes Forschungsprojekt mit Cluster F implementiert.
Zielsetzung der Arbeit ist die Untersuchung des Produktentwicklungsprozesses für
PSS. Hierbei liegt der spezielle Fokus auf den frühen Phasen der Entwicklung und dem sogenannten
Fuzzy Front End (FFE) of Innovation. Über dieses Thema wurden bereits
mehrere Veröffentlichungen für Konferenzen eingereicht (44th CIRP International
Conference on Manufacturing Systems in Madison, 20th International Conference on
Management of Technology und 21st International Conference on Production Research) und
teilweise bereits angenommen.
Darüber hinaus absolvierte ein Doktorand ein akademisches Auslandssemester an der Laval
University in Kanada. Der Doktorand trug sein Forschungsergebnis beim CIRRELT/For@c
Research Consortium vor und wurde zum CEMS - The Global Alliance in Management
Education - Supply Chain Research Seminar, in Österreich, eingeladen.
Publikationen:
Zahn, E., Tilebein, M., Reichel, A.; Goll, F.; Haag, H.-C., 2010, Strategische Früherkennung
in Wertschöpfungsnetzwerken. In: Peter Nyhuis (Hg.): Wandlungsfähige Produk-
tionssysteme. Berlin: Gito, S. 87–101.
Baureis, D., Neumann, D., Minguez, J., 2010, From a Product to a Product-Service System
Supply Chain: A Strategic Roadmap. Proceedings of 12th International MITIP Conference.
Aalborg, Dänemark.
Arnold, U., Incekara, M., Sauerhoff, C., 2010, "Suppliers' involvement in development pro-
cesses for highly innovative products," Management of Innovation and Technology (ICMIT),
2010 IEEE International Conference on , vol., no., pp.157-162, 2-5 June 2010
Klasen, J., Neumann, D., 2010, An agent-based method for planning innovations, IJISD, 4th
ICICI - The Technological Dimension of Innovation, 2010
Neumann, D., 2010, Uma abordagem integrada para o planejamento de novos produtos,
Revista Mundo Logística, 2010, 15, 54-72
Minguez, J., Lucke, D., Jakob, M., Constantinescu, C., Mitschang, B., Introducing SOA into
Production Environments - The Manufacturing Service Bus. Proceedings of the 43rd. CIRP
International Conference on Manufacturing Systems, May 2010.
Silcher, S., Minguez, J., Scheibler, T., Mitschang, B., A Service-Based Approach for Next-
Generation Product Lifecycle Management. Proceedings of the 11th IEEE International
Conference on Information Reuse and Integration (IEEE IRI 2010) in Las Vegas, Nevada,
USA, August 2010.
49

Minguez, J., Ruthardt, F., Riffelmacher, P. Scheibler, T., Mitschang, B., Service-based Inte-
gration in Event-driven Manufacturing Environments. Proceedings of the 1st. International
Symposium on Intelligent Systems and Services (WISS 2010), Hong Kong, China,
December 12-14th., 2010.
Tagungsteilnahmen und Vorträge:
12th International MITIP Conference. Aalborg, Dänemark: “From a Product to a Product-
Service System Supply Chain: A Strategic Roadmap”
The 5th IEEE International Conference on Management of Innovation and Technology in
Singapore, 2-5 June 2010: “Suppliers' involvement in development processes for highly
innovative products”
On the nature of collaborative interfirm relationships. CIRRELT, For@c - Université Laval,
Québec, QC, Canada, October, 2010
Sustainable Supply Chains - UTFPR, Ponta Grossa, Brasilien, December, 2010
43rd. CIRP International Conference on Manufacturing Systems, May 2010: “Introducing
SOA into Production Environments - The Manufacturing Service Bus”
1st. International Symposium on Intelligent Systems and Services (WISS 2010), Hong Kong,
China, December, 2010: “Service-based Integration in Event-driven Manufacturing Envi-
ronments”
3rd. Summer School on Service and Software Architectures, Infrastructures and Engineering
2010, Heraklion, Crete, June 28th. - July 2th, 2010: Poster + Vortrag – “Introducing SOA into
Production Environments - the Manufacturing Service Bus”
Forschungsstand ausgewählter Projekte in Cluster D
Thema: Integratives Management hybrider Leistungsbündel
50
Doktorand: Dipl.-Kfm. techn. David Baureis
Thesis Committee: Prof. em. Dr. Erich Zahn
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dieter Spath
Projektbeginn: Mai 2008
E-mail: david. baureis@gsame.uni-stuttgart.de

Zusammenfassung
Kompetenzen für unterschiedliche Szenarien hybrider Wertschöpfung
Für eine lange Zeit bot die Fokussierung auf qualitativ hochwertige Produkte eine Differenzierungsmöglichkeit
gegenüber Wettbewerbern. Im Zuge der Globalisierung und immer
reiferen Branchen wird diese Option der Differenzierung jedoch zunehmend obsolet. Produkte
nähern sich hinsichtlich ihres technischen Differenzierungspotenzials, ihrer Qualität
und ihres Preises immer stärker aneinander an. Eine strategische Option diesem Trend entgegen
zu wirken, ist – laut zahlreicher empirischen Studien – der Fokus auf so genannte
hybride Leistungsbündel, also die Integration von Sach- und Dienstleistungen.
Neben aller Vorteilhaftigkeit verursachen die heterogenen Charakteristika hybrider Lei-
stungsbündel jedoch eine Vielzahl neuer Herausforderungen für das Management.
Ziel des Forschungsprojekts ist das Aufzeigen notwendiger Kompetenzen für unterschiedliche
Szenarien hybrider Wertschöpfung im Rahmen einer strategischen Analyse. Hierfür
werden zuerst verschiedene Marktanforderungen und strategische Notwendigkeiten für
hybride Wertschöpfung aufgezeigt und darauf aufbauend verschiedene Szenarien mit jeweils
entsprechenden Geschäftsmodulen entwickelt. Darüber hinaus werden notwendige Kompetenzen
für hybride Wertschöpfung im Allgemeinen und für die verschiedenen Szenarien im
Speziellen definiert.
Thema: Integrated Strategic Supply Chain Management (I)
Zusammenfassung
Doktorand: Dipl.-Math. oec. Mustafa Incekara
Thesis Committee: Prof. Dr. Ulli Arnold
Prof. em. Dr. Erich Zahn
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper
Projektbeginn: April 2008
E-mail: mustafa.incekara@gsame.uni-stuttgart.de
Die Einbindung des Lieferanten in hochinnovative Produktentwicklungsvorhaben
Innovationsfähigkeit gilt als ein zentrales Element zur Sicherung und zur Stärkung der Wettbewerbsfähigkeit
eines Unternehmens. In der Vergangenheit reichte häufig eine fokussierte
F&E - Tätigkeit im Bereich der eigenen Kernkompetenzen aus, um neue Produkte und Prozesse
zu generieren. Um aber dem Wandlungsdruck gerecht zu werden, sind Unternehmen
einerseits gezwungen, bereits etablierte Produkte durch inkrementelle Innovationen zu verbessern.
Andererseits müssen sie aber völlig neue Wege beschreiten, die zu radikalen Innovationen
führen. Dabei ist das technologische Wissen der Lieferanten von großer Bedeutung
für den eigenen Innovationserfolg. Gerade im Hinblick auf solche radikale Innovationen ist es
notwendig, die Lieferanten in den Produktentwicklungsprozess einzubinden.
Die Ausprägung interorganisatorischer Beziehungen wird wesentlich vom Innovationsgrad
bestimmt. Die Integration eines Lieferanten in Innovationsprojekten wird mit zunehmendem
Neuigkeitsgrad komplexer und risikoreicher.
51

Ziel der Forschungsarbeit ist es aufzuzeigen, welche Ausprägung die interorganisationale
Zusammenarbeit zwischen Abnehmer und Lieferanten bei erfolgreichen, hochinnovativen
Produktentwicklungsvorhaben annehmen kann.
Thema: Datenverwaltung und Informationsbereitstellung in der Echtzeitfabrik
Zusammenfassung
52
Doktorand: M. Sc. Jorge Minguez Cortés
Thesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Bernhard Mitschang
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper
Projektbeginn: April 2008
E-mail: jorge.minguez@gsame.uni-stuttgart.de
Soll mit der digitalen Fabrik ein optimaler Ablauf der Produktion erreicht werden, ist eine
adaptive Informationsbeschaffung notwendig, die während der Laufzeit der Prozesse die
Anpassung von unterschiedlichen Informationsflüssen ermöglicht. Die größte Herausforderung
in vielen Unternehmen liegt darin, dass die Prozesse für eine ganzheitliche Datenintegration
in der virtuellen Fabrik – bedingt durch eine hohe Anzahl von Insellösungen –
extrem komplex geworden sind.
Ziel des Forschungsprojekts ist es, die Anpassungsfähigkeit, Erweiterbarkeit und Flexibilität
einer Integration von heterogenen Informationssystemen in der Produktion zu verbessern.
Diese Anforderungen können am besten von Dienstorientierten Architekturen erfüllt werden.
Basierend auf dieser SOA Technologie wird als Lösungsansatz eine Integrationsplattform
entwickelt, welche die Komplexität bei der Datenintegration reduziert. Wichtig sind hierbei die
Modellierung von relevanten Ereignissen und Turbulenzen in einem Produktionsumfeld und
die Realisierung von ereignisgesteuerten Services, welche die Reaktionsfähigkeit der Produktion
steigern. Des Weiteren wird der Einsatz von semantischen Annotationen untersucht,
um die Integration von neuen Systemen zu automatisieren und sämtliche Informationsflüsse
zu analysieren.
Thema: Integrated Strategic Supply Chain Management (II)
Doktorand: M.Sc. Donald Neumann
Thesis Committee: Prof. em. Dr. Erich Zahn
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper
Projektbeginn: April 2008
E-mail: donald.neumann@gsame.uni-stuttgart.de

Zusammenfassung
„Collaborative Systems“ – ein Erklärungsansatz für die Kollaboration in der Supply Chain
Kollaborationen – die Zusammenarbeit von Organisationen – zählen zu den am häufigsten
zitierten Themen in der Supply Chain Management Literatur. Zur systematischen Entwicklung
von Kollaborationen wurden verschiedene Modelle entwickelt. Unter diesen sind Collaborative
Planning, Forecasting and Replenishment und Efficient Consumer Response
wichtige Beispiele.
Mit Kollaborationen werden unterschiedliche Vorteile assoziiert. Beispiele hierfür sind: verkürzte
Zykluszeit, verbesserte Flexibilität und reduzierte Kosten. Darauf abzielend zeigen
Unternehmen großes Interesse an unterschiedlichsten Formen der Zusammenarbeit. Obwohl
Kollaborationen ein intensiv beforschtes Thema sind, führen nur etwa ein Drittel der
Initiativen zu den gewollten Ergebnissen. Diese Tatsache suggeriert, dass das bestehende
Verständnis der 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 der interorganisationalen
Kommunikation analysiert. Ein innovatives Erklärungsmodell für die interorganisationale
Kollaboration wird beschrieben. Darüber hinaus werden bestehende Modelle
kritisiert und Verbesserungsmöglichkeiten vorgeschlagen.
Thema: Integriertes Projektmanagement für Produktionsnetzwerke
Zusammenfassung
Doktorandin: Dipl.-Kffr. techn. Claudia Piesche
Thesis Committee: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper
Prof. Dr. Michael Reiss
Prof. em. Dr. Erich Zahn
Projektbeginn: August 2010
E-mail: claudia.piesche@gsame.uni-stuttgart.de
Für das Produktionsmanagement in Unternehmensnetzwerken ist die laufende Produktionsplanung
wie auch das Projektmanagement gleichbedeutend wichtig, um Erfolge
im Produktionsprozess zu erzielen. Aufgrund des prognostizierbaren steigenden Vernetzungsdrucks
für Unternehmen steigt die Relevanz von netzwerkförmigen Produktionsmodellen.
Zum gegenwärtigen Zeitpunkt besteht hierbei allerdings ein Defizit in
Wissenschaft und Praxis hinsichtlich eines optimalen Projektmanagements in netzwerkförmigen
Produktionsumgebungen.
Ziel der Forschungsarbeit ist es, ein ganzheitliches Integrationskonzept zu entwickeln,
welches auf das Projektmanagement für Produktionsnetzwerke anzuwenden ist. Das
Projektmanagement muss Sonderaufgaben wie zum Beispiel technische Änderungsprozesse
effektiv und effizient lösen. Es muss eine integrierende Projektorganisation
entwickelt werden, die die Integration der Funktionsbereiche des Projektmanagements
von hybriden Leistungsangeboten des Multiprojektmanagements, von Projektorganisation
und Linienorganisation umsetzt. Eine Verwirklichung der Integrationsansätze von
Projektmanagement und Wissensmanagement ist hierbei ein zentraler Bestandteil zur
53

Entwicklung von Produktionsnetzwerken. Hierzu sollen zunächst die Projektarten in
Produktionsnetzwerken analysiert werden. Als Grundlage dienen die Ansätze des Taylorismus
und das Stuttgarter Unternehmensmodell (Virtuelle Fabriken, Outsourcing von
Manufacturing Services und Industrieparks).
3.5. Cluster E – Informations- und Kommunikationstechnologien für die Produktion
Clusterdirektor: Prof. Dr.-Ing. habil. Bernhard Mitschang
E-Mail: berhard.mitschang@gsame.uni-stuttgart.de
Moderne Produktionssysteme benötigen effiziente Werkzeuge für Management, Engineering
und Prozesse, die vollständig in interne und externe Informations- und Kommunikationsarchitekturen
und Anwendungen eingebunden sind. Offene Systeme und embedded electronics
ermöglichen es, eine integrierte, wissensbasierte Produktion zu verwirklichen. Standards,
Modularisierung und System Engineering tragen zur Transformierbarkeit und Wandlungsfähigkeit
der Produktion bei. Ein Ziel ist die echtzeitfähige Fabrik, in der über die Architektur
und Anwendungen der aktuelle Zustand der Fabrik jederzeit simultan digital abgebildet
wird und eventuell notwendige Anpassungen selbstadaptierend vorgenommen werden.
54
Gesamt DFG/DAAD Industrie
laufende 5 5 -
offene - - -
Zusammenfassung des Forschungsstandes des Clusters
Tabelle mit Übersicht der Forschungsthemen des Clusters
Nr. Forschungsthema Status* Doktorand Finanzierung Erstbetreuer
E1
E2
E3
E4
Content-Management
und -Analyse in der Echtzeitfabrik
Bearbeitung Stefan Silcher DFG Prof. Mitschang
Eine Sensordatenplattform
für die Überwachung
von Produktionsprozessen
Bearbeitung
Störungsunempfindliche
Informationsübertragung
in dynamischer Produktionsumgebung
Bearbeitung
Lars
Rockstroh DFG Prof. Simon
Michelangelo
Masini DFG Prof. Berroth
Neue Kommunikations-
Architektur für Echtzeit-
Fabriken Bearbeitung Bilal Hameed DFG Prof. Rothermel

Nr. Forschungsthema Status* Doktorand Finanzierung Erstbetreuer
E5
Integriertes Real-Time
Business Process
Management für Produktion
und Logistik Bearbeitung
* keine Veränderungen 2010
Philip
Hollstein DFG Prof. Kemper
Produzierende Unternehmen müssen ihre organisatorischen und technischen Prozesse an
die sich zunehmend verändernde Geschäftsbedingungen anpassen. Um diese Anpassung
schnell und effektiv realisieren zu können, ist eine Datenmanagement-Strategie notwendig,
die fähig ist, Produktionsdaten zu analysieren und dabei die Datenbearbeitung zu automatisieren.
Hierbei sind verschiedene Informations- und Kommunikationsarchitekturen sowie
Anwendungen eingebunden. Standards, Modularisierung und System-Engineering tragen
zur Transformierbarkeit und Wandlungsfähigkeit der Produktion bei. Eine dienstorientierte
Architektur (Service-oriented Architecture, SOA) bildet dabei die Grundlage, um die verschiedenen
Systeme in den unterschiedlichen Phasen des Produktlebenszyklus beherrschen
zu können. Die Konzeption einer Architektur wurde in Forschungscluster E bereits erarbeitet.
Der Nutzen einer ereignisbasierten Prozessausführung und einer zugehörigen Konsistenzüberwachung
wurde untersucht und bereits publiziert. Darüber hinaus ist es wichtig,
auch das Geschäftsprozessmanagement (Business Process Management, BPM) für die
laufende Produktion und die Logistik zu bewältigen, so dass die eintreffenden Ereignisdaten
direkt in die Geschäftsprozesse einfließen und auf der Verwaltungsebene umgehend darauf
reagiert werden kann. Hierzu wurden schon die ersten Ergebnisse erzielt. In Abbildung 6, ist
die Orientierung der einzelnen Projekte in den verschieden IT-Säulen eines Produktionsumfeldes
zu sehen.
Abb. 6: Orientierung der einzelnen Projekte in den verschieden IT-Säulen eines Produktionsumfeldes
In Zusammenarbeit mit Cluster D, wurden sowohl die verschiedenen Aspekte und Faktoren
als auch die notwendigen Informations- und Kommunikationstechnologien in hybrider Wertschöpfung
durch Unternehmensnetzwerke diskutiert. Im Rahmen dieser Zusammenarbeit
wurde ein Workshop zum Thema Product Service Systems (PSS) im Sommersemester organisiert,
zu dem auch Prof. Christos Nikolaou von der University of Crete als Gastprofessor
an der GSaME mit seinem Thema Service Value Networks (SVN) beigetragen hat.
55

Die Arbeitsgruppe „System Architecture for advanced Manufacturing Engineering (SAaME)“,
deren Aufgabe es ist, eine gemeinsame Systemarchitektur für alle GSaME-Forschungsprojekte
zu definieren, hat in diesem Jahr mit einem Bericht die Ergebnisse des in 2009 veranstalteten
Workshops zusammengefasst. Der Bericht konnte Kontaktstellen zwischen einigen
Forschungsprojekten aufdecken, die die Zusammenarbeit zwischen den Promovierenden
verbessern sowie Potential für neue Forschungsthemen darstellen.
Forschungsstand ausgewählter Projekte in Cluster E
Thema: Neue Kommunikations-Architektur für Echtzeit-Fabriken
Zusammenfassung
56
Doktorand: M. Sc. Bilal Hameed,
Thesis Committee: Prof. Dr. Kurt Rothermel
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper
Projektbeginn: August 2008
E-Mail: bilal.hameed@gsame.uni-stuttgart.de
RFID-basierte Echzeit Produktionsüberwachung in einer intelligenten digitalen Fabrik
Moderne Fabriken produzieren immer mehr maßgefertigte Produkte. Einerseits um die individuellen
Bedürfnisse ihrer Kunden zu erfüllen, andererseits um einen nachhaltigen Vorteil
gegenüber ihrer Konkurrenz zu erzielen. In einem variantenbasierten Produktionsszenario ist
es wichtig sicherzustellen, dass einzelne Bauteile in der korrekten Reihenfolge durch die
Produktionsbänder laufen. Eine fehlerhafte Reihenfolge liefert dagegen ein unerwünschtes
Endprodukt.
Ziel dieses Forschungsprojekts ist es, eine kontextabhängige Fertigungsumgebung zu entwickeln,
welche Produktionsprozesse in Echtzeit überwacht, so dass jede Störung sofort
entdeckt und behoben werden kann.
Die inhärente Unzuverlässigkeit von RFID-Lesegeräten (Duplikate, übersehene Messungen,
Overshooting etc.) macht deren Nutzung zur Echtzeit-Überwachung schwierig. Daher wurde,
basierend auf der RFID-Technologie, ein Rahmenwerk zur Produktionsüberwachung entwickelt,
um Konsistenz und Korrektheit von Bauteilsequenzen zu verifizieren. Dabei werden
einzelnen RFID-Messungen von Bauteilen Wahrscheinlichkeiten zugeordnet und probabilistische
Garantien bezüglich der korrekten Bauteilsequenzen geliefert. Zukünftige Arbeiten
werden sich mit der Erweiterung des Rahmenwerks beschäftigen, um relevante Daten
während des gesamten Produktionszyklus zu verfolgen sowie höherwertige Ereignisse und
Informationen von niederwertigen RFID Messungen abzuleiten.

Thema: Integriertes Real-Time Business Process Management für Produktion
und Logistik
Zusammenfassung
Doktorand: Dipl.-Wirtsch.-Ing. Philip Hollstein
Thesis Committee: Prof. Dr. Hans-Georg Kemper
Prof. Dr.-Ing. Bernhard Mitschang
Projektbeginn: August 2009
E-Mail: philip.hollstein@gsame.uni-stuttgart.de
IT-basierte Entscheidungsunterstützung zur Verbesserung der Wandlungsfähigkeit
produzierender Unternehmen
Die Wandlungsfähigkeit von Fabriken bedingt einerseits technische Konzepte, welche
die Mobilität, Modularität, Neutralität und Skalierbarkeit von Produktionseinheiten gewährleisten,
andererseits sind IT-basierte Konzepte erforderlich, die flexible Prozesse
unter Einhaltung ökonomischer Vorgaben ermöglichen.
Das Ziel des Forschungsprojekts ist die Erstellung und Validierung eines Konzepts, das
im Kontext der Wandlungsfähigkeit von Fabriken eine adäquate Entscheidungsunterstützung
für alle Hierarchieebenen (Shop-Floor und Managementebenen) eines produzierenden
Unternehmens ermöglicht.
Die Informationsversorgung der verschiedenen Ebenen erfolgt heutzutage mittels unterschiedlicher
Informationssysteme. Hierdurch erhalten Entscheider auf den unteren Ebenen
primär feingranulare und zeitnahe, nichtmonetäre Produktionsdaten. Entscheidungsträgern
der oberen Schichten stehen zeitraumbezogene, monetäre Kennzahlen
zur Verfügung, die beispielsweise mittels Business-Intelligence-Infrastrukturen aufbereitet
und verdichtet werden. Der Einsatz technischer Konzepte zur Verbesserung der
Wandlungsfähigkeit bringt eine Änderung des Informationsbedarfs aller beteiligten
Schichten mit sich. Dieser Veränderung wird mit der Entwicklung eines IT-basierten
Konzeptes zur Entscheidungsunterstützung Rechnung getragen.
Thema: Störungsunempfindliche Informationsübertragung in dynamischer
Produktionsumgebung
Doktorand: Dipl.-Ing. Michelangelo Masini
Thesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Manfred Berroth
Prof. Dr.-Ing. Bernd Bertsche
Projektbeginn: Mai 2008
E-mail: michelangelo.masini@gsame.de
57

Zusammenfassung
Drahtlose Datenübertragung mit Ultrabreitband in der Fertigungsumgebung
Dynamische Produktionsumgebungen sind geprägt von Maschinen, Werkzeugen und
Bauteilen, die durch zahlreiche metallische Flächen variable Vielfachreflexionen für
elektromagnetische Wellen verursachen. Durch die Bewegungen der metallischen Teile
verändern sich diese Ausbreitungsbedingungen ständig stark, so dass nur ein breitbandiger
Übertragungsstandard eine zuverlässige drahtlose Datenübertragung ermöglicht.
Durch die Freigabe extrem großer Frequenzbänder kann erstmals eine drahtlose Übertragungstechnik
insbesondere für Räume mit starken Reflexionen realisiert werden.
In der Forschungsarbeit soll mit der Ultrabreitbandübertragung (UWB) eine drahtlose
Datenübertragung in der Fertigungsumgebung ermöglicht werden. Dazu werden die
Anforderungen untersucht und die passende drahtlose Technologie gewählt. Es wird
eine Testumgebung entwickelt, mit der eine zuverlässige Übertragung erforscht wird.
Die Testumgebung ist modular aufgebaut und kann flexibel angepasst werden. Der
Sender besitzt einen FPGA und einen schnellen digital-analog-Wandler. Der Empfänger
hat den entsprechend schnellen analog-digital-Wandler. Durch die FPGAs ist eine digitale
Signalverarbeitung sowohl im Sender als auch im Empfänger möglich. Dies ermöglicht
eine drahtlose Verbindung, die im Betrieb angepasst werden kann.
Thema: Eine Sensordatenplattform für die Überwachung von Produktionsprozessen
Zusammenfassung
58
Doktorand: Lars Rockstroh
Thesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Sven Simon
Prof. Dr.-Ing. Rainer Gadow
Projektbeginn: Mai 2008
E-mail: lars.rockstroh@gsame.uni-stuttgart.de
Bildgebende Echtzeit-Prozessüberwachung thermokinetischer Beschichtungsverfahren
Die Qualität von Fertigungsprozessen auf Basis partikelbeladener Strömungen, wie beispielsweise
thermokinetische Beschichtungsverfahren, wird neben weiteren Partikelcharakteristika
wesentlich von den Geschwindigkeiten der Partikel beeinflusst.
Ziel des Forschungsprojekts ist die Echtzeit-Überwachung solcher Partikelgeschwindigkeiten
mittels bildgebender Messungen mit einer hohen zeitlichen Auflösung zum Beispiel im Millisekundenbereich.
Die bildgebende Messung gestattet hier im Gegensatz zu Messverfahren
auf Basis von Punktsensoren eine ortsaufgelöste Erfassung von bis zu mehreren hundert
Partikeln pro Messvorgang.
Die Detektion von einigen hundert Partikeln pro Messvorgang und die hohe zeitliche Auflösung
der Messungen erfordern die Verarbeitung großer Bilddatenmengen innerhalb we-

niger Millisekunden. Dies soll mittels effizienter Algorithmen zur Merkmalsextraktion aus
Bilddaten in Kombination mit einer parallelen, hoch performanten Hardware-Architektur erreicht
werden. Weiterhin wird eine Fehlerabschätzung für die gemessenen Partikelgeschwindigkeiten
durchgeführt.
Thema: Content-Management und -Analyse in der Echtzeitfabrik
Zusammenfassung
Doktorand: Dipl.-Inf. Stefan Silcher
Thesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Bernhard Mitschang
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper
Projektbeginn: Oktober 2009
E-mail: stefan.silcher@gsame.uni-stuttgart.de
IT-Architektur für das Stuttgarter Unternehmensmodell
Ziel der Forschungsarbeit ist die Entwicklung einer IT-Architektur, die sich an die wandlungsfähige
Fabrik der Zukunft anpasst, um so die Datenintegration und das Datenmanagement
in Produktionsunternehmen zu optimieren. Im Fokus steht dabei, durch
eine rasche Verfügbarkeit der Daten im Unternehmen die Reaktionsfähigkeit auf Turbulenzen
zu verbessern. Somit ergibt sich auch ein verbessertes Prozessmanagement
der Fertigungsprozesse, das von der schnelleren Verfügbarkeit der Daten profitiert. Das
Zusammenspiel zwischen der realen und virtuellen Fabrik kann durch das vorteilhaftere
und flexiblere Datenmanagement wesentlich weiter entwickelt werden.
Die bisherigen Forschungsarbeiten haben ergeben, dass eine serviceorientierte Architektur
(Service Oriented Architecture SOA) die Anforderungen am besten erfüllt. Diese
auf Standards basierende Integration mittels Services sowie deren Komposition und
Wiederverwendbarkeit führen zu mehr Flexibilität im Vergleich zu heute verbreiteten
Lösungen. Zur Umsetzung der SOA auf der Integrationsebene fiel die Wahl auf einen
Enterprise Service Bus ESB, da dieser über die Aufgabe der Integration hinaus noch
weitere Funktionalitäten zur Verfügung stellt.
3.6. Cluster F – Wissensbasiertes Management
Clusterdirektor: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dieter Spath
E-Mail: dieter.spath@gsame.uni-stuttgart.de
Wissen über Maschinen, Prozesse und Netzwerke, das implizit oder explizit bei allen Einheiten
des Unternehmens vorhanden ist, muss dokumentiert und allgemein zugänglich gemacht
werden, so dass es als Best-Practice-Ansatz für zukünftige Aufgaben verfügbar ist.
Um die Transformierbarkeit und Wandlungsfähigkeit eines Unternehmens nachhaltig zu gewährleisten,
darf dieses Wissensmanagement nicht ausschließlich auf Mitarbeiter angewen-
59

det, sondern muss auch in Maschinen und Prozesse integriert werden. In konkreten Anwendungen
umfasst dies künftig den Umgang mit und den Einsatz von Technologien, den Aufbau
von Expertennetzwerken und das Innovationsmanagement.
60
Gesamt DFG Industrie/Verbände
laufende 4 4 -
offene 1 - 1
Zusammenfassung des Forschungsstandes des Clusters
Tabelle mit Übersicht der Forschungsthemen des Clusters
Nr. Forschungsthema Status* Doktorand Finanzierung Erstbetreuer
F1
F2
F3
F4
F5
F6
Advanced Manufacturing
als Wechselbeziehung
verschiedener Realoptionen
Integrierte Sachgut- und
Dienstleistungsentwicklung
für innovative
Systemlösungen Bearbeitung
Kosten- und zeiteffizienter
Wandel von Produktionssystemen:
Wissens- und Kompetenzbasis
Bearbeitung
Frühe Phasen der
Produktentwicklung Bearbeitung
Zurückgenommen
DFG Prof. Schäfer
Christopher
Sauerhoff DFG Prof. Burr
Frank
Ehrenmann DFG Prof. Reiß
Lena
Wagner DFG Prof. Spath
Strategische Ansätze für
Unternehmen des deutschen
Maschinen- und
Anlagenbaus bei der
Entwicklung von Produkten
in China Ausgeschrieben VDMA Prof. Spath
Diversity in der Produktentwicklung
Bearbeitung
* Veränderungen 2010 sind in der Tabelle fett markiert
Steffen
Ehrenmann DFG Prof. Spath
Im Cluster F wurden die begonnen Forschungsthemen fortgesetzt, neue Themen bzw.
Kooperationspartner wurden nicht gewonnen. Durch die kontinuierliche Bearbeitung und die
Integration der Promovierenden in laufende Forschungsarbeiten der Institute, die einen sehr
engen Bezug zu den Themen der Promovierenden aufweisen, konnte die Einbindung in die
scientific community verstärkt werden. Beispielhaft wird auf die Arbeiten von Frau Wagner
verwiesen, die clusterübergreifend mit David Baureis aus Cluster D, in Zusammenarbeit mit

dem Institut für Arbeitswissenschaften und Technologiemanagement zu den »Frühen
Phasen« und der daraus resultierenden gemeinsamen Veröffentlichung »Development of
Product-Service Systems in the Fuzzy Front End of Innovation« (wird auf der 44th International
Conference on Manufacturing Systems vorgestellt).
Generell lassen sich die Beiträge bzw. der Fortschritt durch die rege Publikationstätigkeit und
die Annahme der Publikationen auf internationalen Konferenzen gut bewerten. So kann allen
Promovierenden eine positive Beurteilung ausgestellt werden, die sich auch im Fortschritt
ihrer Dissertation messen lassen kann.
Durch die übergreifende Diskussion im Cluster lassen sich weiterführende Forschungsthemen
identifizieren, die eine stringente Fortführung bzw. Weiterentwicklung des Clusterthemas
in zwei Richtungen aufzeigen. Zum einen ist die »Vernetzung« ein wesentliches
Themenfeld. Hier wird sich besonders die Ausgestaltung mittels IT und neuer Betreiberkonzepte
als Herausforderung abzeichnen. Zum anderen sind Themen in Richtung
»Service«, Innovation und der Gestaltung von Geschäftsmodellen angedacht.
Weiterhin wurden verschiedene Maßnahmen wie z.B. gemeinsame Trainings und Workshops
zu übergreifenden Fragestellungen initiiert und durchgeführt. Dies geschah clustersingulär
und clusterübergreifend. So wurde zum Beispiel die Frage der Hochleistungsorganisation
und der Integration der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter in einem Training erarbeitet.
Aus den bisherigen Ergebnissen lässt sich schon heute die gemeinsame Arbeit als eine der
wichtigsten Verbesserungsmaßnahmen identifizieren. So soll dies in der weiteren Arbeit im
Cluster »Wissensbasiertes Management« verstärkt werden.
Forschungsstand ausgewählter Projekte in Cluster F
Thema: Kosten- und zeiteffizienter Wandel von Produktionssystemen:
Wissens- und Kompetenzbasis
Zusammenfassung
Doktorand: Dipl.-Kfm. Techn. Frank Ehrenmann
Thesis Committee: Prof. Dr. Michael Reiß
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dieter Spath
Projektbeginn: März 2009
E-Mail: frank.ehrenmann@gsame.uni-stuttgart.de
Kosten- und zeiteffizienter Wandel von Produktionssystemen
Der Erfolg von netzwerkförmig organisierten Produktionssystemen hängt neben der Effizienz
von Routineprozessen (Fertigungs-, Logistik-, und Managementprozessen) immer stärker
auch von der Effizienz der Change-Prozesse im Gefolge neuer Prozesstechnologien, Geschäftsmodelle
und Netzwerkkonfigurationen ab. Ansätze des infrastrukturellen Change
Managements (wie z.B. der Aufbau eines Selbstorganisationspotenzials, die Entwicklung
generischer Change-Kompetenzen oder die Schaffung einer strukturellen Wandlungsfähig-
61

keit) können den kostenseitigen und zeitlichen Umfang von Interaktionen im Veränderungsprozess
verringern und unterstützen hierdurch einen effizienten Wandel in einem turbulenten
Produktionsumfeld. Ziel des Forschungsprojektes ist es, das Instrumentarium sowie die
Muster und Prinzipien des infrastrukturellen und interaktionellen Change Managements zu
spezifizieren. Vor dem Hintergrund des Gestaltungsziels eines kosten- und zeiteffizienten
Wandels gilt es ferner, das Zusammenspiel des infrastrukturellen und interaktionellen
Change Managements unter Effizienzaspekten näher zu analysieren, um auf Basis der gewonnen
Forschungsergebnisse Empfehlungen für die Gestaltung des Wandels von Produktionssystemen
zu geben.
62
- Der Einsatz neuer Medien (insbesondere Web 2.0) sowie Medienmixe wurde
vor dem Hintergrund der Kosten- und Zeiteffizienz von Change-Vorhaben analysiert.
- Flächendeckende Analyse der empirischen Basis zu den Erfolgsdeterminanten
im Change Management
- Modellierung des Produktionssystem vor dem Hintergrund zunehmender
Vernetzung und Segmentierung
Analyse und Weiterentwicklung von Führungssystemen vor dem Hintergrund des infrastrukturellen
und interaktionellen Change Managements
Thema: Diversity Management in der Produktentwicklung
Zusammenfassung
Doktorand: Dipl.-Ing. Steffen Ehrenmann
Thesis Committee: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing. E.h. Dieter Spath
Prof. em. Dr. Erich Zahn
Projektbeginn: Mai 2008
E-Mail: steffen.ehrenmann@gsame.uni-stuttgart.de
Unternehmen agieren heutzutage in einer Umwelt, die durch eine hohe Dynamik sowie
Komplexität gekennzeichnet ist. Wertewandel, demographische Entwicklungen, Internationalisierung
sowie zunehmend individuelle Kundenwünsche stellen nur einige aktuelle Herausforderungen
für Unternehmen dar. Gleichzeitig zwingt der hohe Wettbewerbsdruck Unternehmen
dazu Innovationen hervorzubringen, um sich gegenüber der Konkurrenz zu differenzieren.
Vor diesem Hintergrund hat in den letzten Jahren die Popularität des Begriffs
Diversität, insbesondere im Zusammenhang mit Humanressourcen und dem strategischen
Management, deutlich zugenommen. Der wirtschaftliche Nutzen einer diversen Ressource
wird in der Literatur ambivalent diskutiert, da Unternehmen aufgrund der durch Diversität
induzierten Komplexität auch mit erheblichen Risiken in Form von Konflikten und Kommunikations-
sowie Kooperationsproblemen konfrontiert werden.
Ziel des Forschungsprojekts ist es, die Diversität innerhalb der Produktentwicklung zu analysieren
und sowohl den Nutzen als auch die Risiken für die Produktentwicklung darzustellen.

Darauf aufbauend wird ein Konzept erarbeitet, das eine erfolgreiche Berücksichtigung von
Diversität in der Produktentwicklung fördert.
Thema: Integrierte Sachgut- und Dienstleistungsentwicklung für innovative
Systemlösungen
Zusammenfassung
Doktorand: M.Sc. Christopher Sauerhoff
Thesis Committee: Prof. Dr. Wolfgang Burr
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dieter Spath
Projektbeginn: August 2008
E-Mail: christopher.sauerhoff@gsame.uni-stuttgart.de
Strategische Entwicklung erweiterter Dienstleistungskompetenz in der Schiffbauindustrie
Das Ziel des Forschungsprojekts besteht darin, Möglichkeiten und Ansätze für den Aufbau
erweiterter Dienstleistungskompetenzen von Werften zu erforschen, die diese in die Lage
versetzten, sich von Wettbewerbern zu differenzieren. Werften und Schiffbauzulieferer stellen
in Deutschland einen wichtigen Wirtschaftszweig mit erheblichem Umsatzvolumen und
Wachstumspotential dar. Nach Angaben des Flottenkommandos (Fakten und Zahlen zur
maritimen Abhängigkeit der BRD: Jahresbericht 2009) erwirtschaften hier etwa 100.000 Beschäftigte
jährlich ein Umsatzvolumen von rund 20 Mrd. Euro. Der innovative Schiffbau trägt
somit klar zur Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands bei. Laut obiger Quelle, zählt die maritime
Wirtschaft insgesamt mit 400.000 Beschäftigten und einem Umsatz von circa 50 Mrd. Euro
zu den bedeutenden und fortschrittlichen Industriezweigen Deutschlands. Anknüpfend an
eine empirisch qualitative Vorstudie, zu der im Spätsommer 2010 26 Experten aus 14 Nationen
interviewt wurden, wird derzeit, nach Begutachtung durch das Leibnitz-Institut für Sozialwissenschaften,
eine quantitative Untersuchung in Form einer schriftlich standardisierten
Befragung durchgeführt. Die Ergebnisse sollen Werften als Handlungsempfehlungen zugänglich
gemacht werden.
Thema: Frühe Phasen der Produktentwicklung
Doktorandin: Dipl.-Ing. Lena Wagner
Thesis Committee: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dieter Spath
Prof. em. Dr. Erich Zahn
Projektbeginn: Mai 2008
E-mail: lena.wagner@gsame.uni-stuttgart.de
63

Zusammenfassung
Die frühen Phasen der Produktentwicklung geraten gerade in Zeiten von Globalisierung und
hart umkämpften Märkten immer mehr in den Fokus der Forschung. Hier wird großes Potential
zur Verbesserung und Beschleunigung für den gesamten Produktentwicklungsprozess
gesehen, obwohl in den frühen Phasen die Unsicherheiten unter denen Entscheidungen
gefällt werden müssen, besonders groß sind. Deshalb ist es Ziel des Forschungsprojektes
eine Methode zur Unterstützung der frühen Phasen zu gestalten. Es wird dabei besonders
auf die unterschiedlichen Herausforderungen, aber auch Herangehensweisen bei der Entwicklung
in interdisziplinären Teams oder mit externen Partnern geachtet. Das methodische
Vorgehen wird derzeit konkretisiert und soll, wenn möglich, an einem Anwendungsbeispiel
validiert werden. Die entwickelte Methode soll Unternehmen in den frühen Phasen dazu befähigen,
strukturierter mit den hohen Unsicherheiten umgehen zu können und damit gezielter
Entscheidungen zu treffen.
3.7. Cluster G – Intelligente Produktionseinrichtungen
Clusterdirektor: Prof. Dr.-Ing. Peter Klemm
E-Mail: peter.klemm@gsame.uni-stuttgart.de
Ziel des Clusters ist es, selbstlernende, flexible und schnell adaptierende Fertigungssysteme
zu erforschen, die hochkomplexe Technologien beinhalten. Dies bedeutet, einen strikt modularen
Aufbau und standardisierte Schnittstellen bei Anlagen und Software zu realisieren,
um eine schnelle und sichere Rekonfigurierbarkeit zu gewährleisten. Fabriken sollen zudem
so konfiguriert werden, dass eine Ersatzteilerstellung auch bei langlebigen Produkten
möglich sein kann, auch wenn zwischenzeitlich neue Materialien und Herstellungsverfahren
zum Einsatz kommen. Um dies zu erreichen, wird an speziell für den Anwendungsfall
gefertigten mechatronischen Systemen und an der Weiterentwicklung von Lasertechnologien
geforscht.
64
Gesamt DFG Industrie
laufende 5 4 1
offene - - -
Zusammenfassung des Forschungsstandes des Clusters
Tabelle mit Übersicht der Forschungsthemen des Clusters
Nr. Forschungsthema Status* Doktorand Finanzierung Erstbetreuer
G1
Innovative flexible Werkzeugsysteme
in der
Blechumformung
Zurückgenommen
Trumpf GmbH Prof. Liewald

Nr. Forschungsthema Status* Doktorand Finanzierung Erstbetreuer
G2
G3
G4
G5
G6
G7
G8
G9
G10
G11
Entwicklung und Untersuchung
intelligenter
mechatronischer Module
für (re-)konfigurierbare
Werkzeugmaschinen und
Produktionseinrichtungen
Laserstrahlquellen für
innovative Produktionseinrichtungen
Bearbeitung
Integration von Sensorik
und Modellierungsansätzen
zur Entwicklung
adaptiver, teilautonomer
Fertigungszellen für die
thermokinetische Beschichtung
Bearbeitung
Hochdynamische Lineardirektantriebe
in der Produktionstechnik
Bearbeitung
Augemtierte Navigation
basierend auf verteilt
erstellten semantischen
Umgebungskarten
Steuerungstechnik für
intelligente Highend-
Maschinen Bearbeitung
Intelligente Steuerung
von Spritzlackieranlagen Bearbeitung
Aufgrund thematischen
Änderung unter B13
Aufgrund thematischen
Änderung unter B14
Signifikanzuntersuchung
der Prozessfenster bzgl.
der Oberflächenqualität
von Außenhautbeplankungen
im Fahrzeugentwicklungsprozess
G12 Thema Läuft unter C24
Zurückgenommen
Prof. Heisel
Katrin
Wentsch DFG Prof. Graf
Miriam
Floristán DFG Prof. Gadow
Matthias
Engel DFG Prof. Schinköthe
Zurückgenommen
Prof. Levi
Michael
Abel DFG Prof. Klemm
Christian
Hager
* Veränderungen in 2010 sind in der Tabelle fett markiert
Fraunhofer
IPA Prof. Westkämper
Zurückgenommen
Audi AG Prof. Liewald
Produktionssysteme müssen heute schnell und effizient auf sich verändernde Anforderungen
reagieren können. Flexible, rekonfigurierbare und intelligente Produktionseinrichtungen sind
hierfür eine wichtige Basis. Konsequent modularer Aufbau, Einsatz mechatronischer
Systemkomponenten, leistungsfähiger Steuerungs- und Antriebstechnik sowie wissens-
65

asierter Softwaresysteme für Engineering und Programmierung sind hierbei Schlüsselelemente.
Ziel des Clusters ist es, diese Technologien deutlich weiterzuentwickeln und darüber hinaus
neue Forschungsfelder voranzutreiben. Zu diesen zählen die intelligente Sensordatenverarbeitung,
die Fähigkeit zur situationsbezogenen Benutzerunterstützung und zum Selbstlernen,
Selbstadaptieren und Selbstoptimieren, die Integration von Wissen in Produktionseinrichtungen
(beispielsweise die Integration von Simulationsmodellen in der Steuerung für Diagnose,
vorbeugende Wartung und zur Führungsgrößenerzeugung) sowie das intelligente Energiemanagement
in der Steuerung.
Seit Juni 2009 wird das Thema "Service Orientierte Architektur für die Konfiguration und Inbetriebnahme
von Produktionsmaschinen - „Universal Plug and Produce“ (UPnProd)" im
Cluster untersucht. Erste Ergebnisse werden auf der 8. AALE-Konferenz in 2011 vorgestellt,
siehe [16], und sollen in einem Tagungsband erscheinen. Weitere Ergebnisse werden auf
der ICPR 21 veröffentlicht, siehe [17]. Diese Arbeit ordnet sich im Schwerpunkt
"Rekonfigurierbare Werkzeugmaschinen" ein. Dabei werden aktuelle Methoden für verteilte
Systeme zur Beherrschung der Informationstechnik in rekonfigurierbaren Maschinen eingesetzt
mit dem Ziel die Rekonfiguration und Wiederinbetriebnahme zu unterstützen.
Zur Realisierung intelligenter Produktionseinrichtungen und -systeme sind auch Weiter- und
Neuentwicklungen in der Antriebstechnik und Aktorik erforderlich. Dies betrifft einerseits die
Intelligenz der Antriebe und Aktoren, deren sensorische Eigenschaften, deren Performance
und Genauigkeit, aber andererseits auch die Entwicklung neuartiger Antriebe und Aktoren.
Im Cluster wird das Thema "Hochdynamische Lineardirektantriebe in der Produktionstechnik"
bearbeitet. Ziel ist es, die unter dem Begriff Ummagnetisierung zusammengefassten Verluste
zu messen und zu untersuchen, um dann zukünftige Antriebe zu optimieren. Es wurde ein
Prüfstand aufgebaut und dieser mit FEM-Simulationen modelliert. Auf dem Prüfstand werden
nun verschiedene Rückschlussmaterialen vermessen und Empfehlungen für den Aufbau
eines verlustarmen Lineardirektantriebs gegeben. Im Cluster ordnet sich diese Arbeit im
Schwerpunkt "mechatronische Systeme" ein.
Das Thema "Integration von Sensorik und Modellierungsansätzen zur Entwicklung adaptiver,
teilautonomer Fertigungszellen für die thermokinetische Beschichtung" wird im Cluster intensiv
untersucht. Ziel ist die Entwicklung eines Verfahrens, das die Offline Programmierung
einer Robotertrajektorie für thermokinetische Beschichtungsprozesse in Verbindung mit einer
optimierten Wärmeverteilung für einen Schichtverbund erlaubt und die Homogenität der
Schichteigenschaften fördert. In dem vergangenen Jahr wurde vier weitere Publikationen im
Themenfeld veröffentlich und ein Vortrag auf der SOFT2010 in Porto gehalten. Die Forschungsarbeit
ist weit fortgeschritten wie die Veröffentlichungen [1], [8], [9], [10], [11] und die
Vorträge [1], [2], [10] zeigen. Die Arbeit ordnet sich im Schwerpunkt "Integration von Wissen
in Produktionseinrichtungen" ein.
Des Weiteren wird im Cluster der Spritzlackierprozess untersucht. Der bisherige Fokus lag
auf dem Aufbau einer Versuchsanlage, an der umfangreiche Messungen und eine Parameteridentifikation
durchgeführt wurden, siehe [3], [12], [13]. Als Optimierungsgröße wurde der
Lackfilmverlauf ausgewählt. Im kommenden Jahr sollen die Entstehung des Ausgangsgebirges
und der Lackfilmverlauf in Abhängigkeit von Ausgangsgebirge und Tröpfchenspektrum
mit Hilfe einer dreidimensionalen Simulation untersucht werden. Dieses Thema ordnet
66

sich in die intelligente Sensordatenverarbeitung und die intelligente Produktionseinrichtung
ein.
Aufgrund der physikalischen Wechselwirkung Laser/Materie weist die Materialbearbeitung
mit Lasern starke Abhängigkeiten von den zu bearbeitenden Materialien auf. Diese müssen
in einer angepassten Prozessplanung und -optimierung sowie der Prozessüberwachung
berücksichtigt werden. Aufgrund der Entwicklungen in der Lasertechnologie (laseraktive Medien,
gepulste Laser mit kurzen Pulsdauern etc.) erweitern sich die Einsatzgrenzen der Lasermaterialbearbeitung,
die zu den interessantesten Technologien in der Materialbearbeitung
zählt und ein hohes Potential für zukünftige Forschung und Entwicklung erwarten lässt. Seit
April 2009 wird im Cluster an der Auslegung und Charakterisierung eines modengekoppelten
Scheibenlasers gearbeitet, [4], [5]. Die Versuche mit unterschiedlichen Ytterbium-dotierten
Lasermaterialien werden fortgesetzt. Weitere Versuche werden vorbereitet.
Weiterhin wird die kollisionsfreie Bahnplanung von Industrierobotern im Cluster untersucht.
Erste Resultate dazu wurden in [6] veröffentlicht. Diese Methoden wurden im letzten Jahr auf
Sechsachskinematiken erweitert. Weiterhin wurde ein rein numerischer Algorithmus für die
inverse Transformation einer allgemeinen Kinematik mit sechs rotatorischen Gelenken entwickelt.
Diese Resultate sollen publiziert werden. Darüber hinaus wurde ein globaler
stochastischer Optimierer implementiert und zur Verifikation sowie Verbesserung eines Modells
einer Kugelrollspindel eingesetzt. Das modifizierte Modell wurde in [15] veröffentlicht.
Die Themenstellungen der assoziierten Doktoranden aus Cluster B schneiden sich mit der
Zielsetzung des Clusters „Intelligente Produktionseinrichtungen“. Daher soll an dieser Stelle
über deren Forschungsstand berichtet werden.
Für Werkzeugmaschinen wird bereits heute sowohl das statische als auch das dynamische
Verhalten simuliert. Eingesetzt werden diese Simulationen z.B. für die Verifikation parallel
zum Konstruktionsprozess oder zum Optimieren einzelner Strukturbauteile wie z.B. Gussbett
oder Schlitten. Trotz einer Vielzahl an Forschungsprojekten rund um das Thema Maschinensimulation
ist das Thema Dämpfung ein weitgehend offenes Gebiet. Die Dämpfung in
Maschinen ergibt sich aus dem Verhalten ihrer verschiedenen Komponenten und unterschiedlichen
Materialien. Die Auswirkungen beschränken sich nicht nur auf abstrakte Größen
wie Amplituden in Frequenzgängen, sondern auch direkt auf das Verhalten der Maschine im
Prozess.
Die Ziele der Arbeit liegen in der Entwicklung von Methoden für den systematischen Aufbau
von Simulationsmodellen mit dem Schwerpunkt einer möglichst genauen Erfassung und Modellierung
der Komponenten- und Strukturdämpfung. Im zweiten Halbjahr 2009 wurde eine
am ISW vorhandene Maschinenachse als Mehrkörpermodell erstellt und mittels Parametervariation
untersucht. Damit konnten im Amplituden- und Phasengang der Achse der Einfluss
einzelner Komponenten auf das Gesamtverhalten beobachtet werden. Im Jahr 2010 wurde
bei zwei Werkzeugmaschinenherstellern (INDEX-Werke, Esslingen und Fässler AG, Dübendorf
(CH)) an verschiedenen Maschinen die Reibung der Linearachsen gemessen. Aus den
Messungen konnten bisher erste Aussagen zum Reibverhalten von Linearführungen und
Kugelgewindetrieb sowie über die zeitliche Änderung der Reibung von neuen Maschinen im
Produktionsprozess gewonnen werden.
Das Thema Energieeffizienz wird von einem Doktoranden am Beispiel der Kühlschmierstoffversorgung
untersucht. Messungen zeigen, dass in der spanenden Metallbearbeitung
67

die Kühlschmierstoffversorgung einen Anteil von 50% bis 60% am gesamten elektrischen
Energieverbrauch besitzt. Daher ist das Ziel, durch steuerungstechnische Verbesserungsmassnahmen
den Energieverbrauch von zentralen Kühlschmierstoffanlagen zu reduzieren.
Hierzu erfolgte zunächst eine Modellierung der Versorgungsanlagen. Erste Resultate wurden
bei einem Vortrag im Juni 2010 präsentiert [14]. Im Rahmen einer Potentialanalyse wurden
im zweiten Halbjahr 2010 mehrere Verbesserungsansätze erarbeitet, welche derzeit Fachleuten
in mehreren Produktionswerken vorgestellt werden. In einem weiteren Schritt ist danach
die Realisierung von Verbesserungsmaßnahmen an bestehenden Kühlschmierstoffanlagen
geplant.
Im letzten Jahr haben die Doktoranden des Clusters ihr Ausbildungsprogramm fortgesetzt.
Das Grundprogramm haben alle bereits abgeschlossen. Daraus sind wichtige Beiträge zum
advanced Manufacturing and Engineering entstanden die über die Promotionsthemen hinausgehen,
wie beispielsweise die Veröffentlichung [7] zeigt. Die Doktoranden befinden sich
in der mittleren Promotionsphase, dass heißt sie beherrschen ihr Themengebiet und arbeiten
intensiv an ihrem Promotionsthema.
Veröffentlichungen/Vorträge 2009
[1] Floristán, M.; Gadow, R.; Killinger, A.: "Electrically Conductive Plasma Sprayed Oxide-
Metal Coatings on Glass Ceramic Substrates", Thermal Spray 2009: "Expanding Thermal
Spray Performance to New Markets and Applications", DVS-Verlag, May 4 - 7 2009
(Las Vegas, Nevada), ASM International 2009.
[2] Floristán, M.; Gadow, R.; Killinger, A.: "Product Development with Glass Ceramic
Materials using Advanced Coating Technologies", Universidad Politécnica de
Cartagena, Oct. 1st 2009 (Cartagena, Spain).
[3] Hager, C.; Baumgärtner O.: "Online-Sensorik eröffnet neue Lackierkonzepte", 434-438,
in Ondratschek, D.: Jahrbuch besser lackieren! 2010, Hannover: Vincentz, 2009.
[4] Wentsch, K.S.; Caldendron, A.-L.; Lederer, M.-J.: "High-power multicrystal cw and
femtosecond mode-locked oscillators based on Yb:KYW", paper number 7139-21
Photonics West, San Jose.
[5] Caldenron, A.-L.; Wentsch, K.S.; Meier, J.; Lederer, M.-J.: "High power and high energy
Yb:KYW regenerative amplifier using a chirped volume bragg grating", CLEO 2009.
Veröffentlichungen/Vorträge 2010
[6] Groh, K.; Röck, S.: "A contribution to collision-free trajectory planning for handling
systems in varying environments", Prod. Eng. Res. Devel. (2010) 4:101-6.
[7] Wolynski, A.; Wentsch, K.; Engel, M.; Westkämper, E.: "Mobile Lasermikrobearbeitung
– Production on demand", wt-online (2010) 6:461-4.
[8] Floristan, M. et al.: "Development of electrically conductive plasma sprayed coatings on
glass ceramic substrates", Surface and Coatings Technology 205 (2010), 1021-28.
[9] Gadow, R.; Candel, A.; Floristan, M.: "Optimized robot trajectory generation for thermal
spraying operations and high quality coatings on free-form surfaces," Surface and
Coatings Technology 205 (2010), 1074-79.
68

[10] Floristan, M. et al.: "Development and Testing of 140 GHz Absorber Coatings for the
water Baffle of W7-X Cryopumps," Fusion Engineering and Design, in press und
Vortrag: 26th Symposium on Fusion Technology, 27.9.2010-01.10.2010, Porto,
Portugal.
[11] Gadow, R.; Friedrich, C.; Killinger, A.; Floristan, M.:"Development of atmospheric
plasma sprayed dielectric ceramic coatings for high efficiency tubular ozone generators,"
Journal of Water Resource and Protection (JWARP), 799-808, 2010.
[12] Hager, C.; Baumgärtner O.; Schneider, M.: "Prozess- und Produktqualität erfassen: Mit
neuen Wegen den Lackfilmverlauf steuern", in Ondratschek, D.: Jahrbuch besser
lackieren! 2011, Hannover: Vincentz, 2010.
[13] Hager, C.: "Echtzeitregelung des Badzustands mittels Sensorarray", 1.Deutsches ETL-
Forum, Paderborn 2010.
[14] Böck, J.; Dietmair, A.; Haag, H.; Rahäuser, R.: "Model Based Energy Efficiency
Optimization for Production Planning.", The 3rd International Conference on Eco-
Efficiency, Session 2: Renewable energy & Energy optimization, Egmond aan Zee,
Niederlande, 10. Juni 2010.
[15] A. Dadalau, M. Mottahedi, K. Groh, A. Verl, A.; "Parametric Modeling of ball screw
spindles", Prod. Eng. Res. Devel. (2010) 4:625-631.
Veröffentlichungen/Vorträge 2011
[16] Abel, M.; Klemm, P.; Lechler, A.; Schlechtendahl, J.: "Service Orientierte Architektur
für die Konfiguration und Inbetriebnahme von Produktionsmaschinen - „Universal Plug
and Produce“, Veröffentlichung und Vortrag, 8. AALE-Konferenz vom 24.-25. Februar
2011 in Göppingen.
[17] Abel, M.; Silcher, S.; Mínguez, J.; Lechler, A.; ''Service-oriented architecture for the
configuration and start-up of production machines – „Universal Plug and Produce“'',
Veröffentlichung und Vortrag, ICPR 21, 31.Juni - 04. Juli 2011 in Stuttgart.
Forschungsstand ausgewählter Projekte in Cluster G
Thema: Steuerungstechnik für intelligente Highend-Maschinen
Doktorand: Dipl. -Ing.Michael Abel
Thesis Committee: Prof. Dr.-Ing. Peter Klemm
Prof. Dr. Paul Levi
Projektbeginn: Dezember 2009
E-Mail: michael.abel@gsame.uni-stuttgart.de
69

Zusammenfassung
Service Orientierte Architektur für die Inbetriebnahme von Produktionsmaschinen -
„Universal Plug and Produce“
In der modernen Fertigungstechnik spielen rekonfigurierbare Maschinen und Anlagen eine
immer größer werdende Rolle. Eine rekonfigurierbare Maschine wird aus mehreren
mechatronischen Modulen aufgebaut, die in Kombination die Gesamtfunktionalität der
Maschine ergeben.
Aus Sicht der Informationstechnik ist eine solche Maschine ein System mit verteilter
Funktionalität. Eine Technologie zur Beherrschung verteilter Funktionalität sind Middleware-
Systeme. Diese sind zudem die technologische Basis für Service Orientierte Architekturen
SOA. Die SOA Paradigmen erlauben eine Strukturierung und Nutzung von verteilter
Funktionalität innerhalb eines komplexen Systems.
Wird eine Produktionsmaschine neu aufgebaut oder rekonfiguriert, so muss diese aufwändig
in Betrieb genommen werden. Viele Aktivitäten, die während der Inbetriebnahme notwendig
sind, können automatisiert werden. Dazu gehört die Konfiguration von mechatronischen
Modulen, Steuerungssystemen und Feldbussystemen, aber auch der aufwändige Test von
Einzelfunktionen.
Ziel des Forschungsprojekts ist es, zu untersuchen, inwiefern die Inbetriebnahme,
Konfiguration und Parametrierung einer Produktionsmaschine anhand eines durchgängigen
Middleware-Konzeptes erreicht werden kann. Die Automatisierung der Inbetriebnahme soll
anhand eines SOA Systems erfolgen.
Thema: Hochdynamische Lineardirektantriebe in der Produktionstechnik
Doktorand: Dipl.-Ing. Matthias Engel
Thesis Committee: Prof. Dr.-Ing Wolfgang Schinköthe
Prof. Dr.-Ing. Manfred Berroth
Projektbeginn: Oktober 2008
E-mail: matthias.engel@gsame.uni-stuttgart.de
Zusammenfassung
Wirbelstrom- und Hystereseverluste bei hochdynamischen Lineardirektantrieben in der
Produktionstechnik
In der Automatisierungstechnik kommen zunehmend Lineardirektantriebe zum Einsatz,
bei denen hohe Geschwindigkeit, flexible Positionierung, hohe Genauigkeit und geringes
Spiel in einem Antrieb kombiniert sind. Die hohe Geschwindigkeit der Antriebe
bringt aber auch Nachteile mit sich: Es treten Wirbelstromverluste im Antrieb auf. Dazu
kommen noch bauartbedingte Verluste wie Hystereseverluste und Reibung.
Ziel des Forschungsprojekts ist es, die Wirbelstrom- und Hystereseverluste zu messen
und zu untersuchen, um zukünftige Antriebe optimieren zu können.
70

Mit gezielten Prüfstandsaufbauten werden die einzelnen Verlustkomponenten direkt analysiert
und mit Hilfe von FEM-Simulationen in ein Rechenmodell umgesetzt. Grundlage für
die Arbeit ist ein tiefgreifendes Verständnis der elektromagnetischen Vorgänge. Daraus soll
bauartabhängig ein Modell abgeleitet werden und in Kombination mit realen Messungen ein
umfassendes Verständnis für die Verluste aufgebaut werden.
Thema: Integration von Sensorik und Modellierungsansätzen zur Entwicklung
adaptiver, teilautonomer Fertigungszellen für die thermokinetische
Beschichtung
Zusammenfassung
Doktorandin: Dipl.-Ing. Miriam Floristán
Thesis Committee: Prof. Dr. Rainer Gadow
Prof. Dr.-Ing. Peter Klemm
Projektbeginn: April 2008
E-mail: miriam.floristan@gsame.uni-stuttgart.de
Um in thermokinetischen Beschichtungsverfahren eine hohe Prozessreproduzierbarkeit und
eine optimierte Schichtqualität zu erzielen, werden die Spritzpistolen mit Hilfe von Robotersystemen
geführt. Die Anwendung von Offline-Programmierungsverfahren ermöglicht es, die
relative Brennergeschwindigkeit, den Spritzwinkel und -abstand bezüglich eines zu beschichtenden
Bauteils konstant zu halten.
Thermokinetische Beschichtungsprozesse sind durch spezifische Anforderungen charakterisiert,
die bei einer Optimierung der Robotertrajektorie zu berücksichtigen sind. Die Wärme-
und Masseübertragung auf dem zu beschichteten Bauteil kann durch die Brennerbewegung
gesteuert werden. Die Anpassung der Trajektorie der Flamme oder des Plasmajets und dessen
relative Geschwindigkeit beeinflussen die Temperaturverteilung im Bauteil und bestimmen
maßgeblich die Bildung von thermischen Eigenspannungen, die Schichtfunktionalität
und -mikrostruktur.
Ziel des Forschungsprojekts ist die Entwicklung eines Verfahrens, das die Offline-Programmierung
einer Robotertrajektorie für thermokinetische Beschichtungsprozesse erlaubt und
die Homogenität der Schichteigenschaften fördert.
Thema: Intelligente Steuerung von Spritzlackieranlagen
Doktorand: Dipl.-Ing. Christian Hager
Thesis Committee: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper
Prof. Dr.-Ing. Peter Klemm
Projektbeginn: Juni 2008
Dr. -Ing. Otto Baumgärtner, Fraunhofer IPA
Dr. Matthias Schneider, Fraunhofer IPA
E-mail: christian.hager@gsame.uni-stuttgart.de
71

Zusammenfassung
Homogenisierung des optischen Erscheinungsbildes von Lackierungen auf Multimaterialsystemen
Moderne Produkte erfordern oftmals den Einsatz von Multimaterialsystemen, da die Kombination
unterschiedlicher Werkstoffe Funktionsvorteile bietet, die ansonsten nicht erzielbar
sind (zum Beispiel Leichtbauweisen im Fahrzeugbau). Viele dieser Multimaterialsysteme
sind allerdings nicht ausreichend vermarktungsfähig, da die verschiedenartigen Substratstrukturen
der Werkstoffpartner beim Lackieren zu einem uneinheitlichen optischen Erscheinungsbild
führen (»Flickenteppich«).
Ziel des Forschungsprojekts ist eine Technologie, die bei der Lackierung von Multimaterialsystemen
erstmals – durch die modellbasierte Anpassung sowohl der Lackauftragsparameter
als auch der Lackrezepturen an unterschiedliche Bauteile, Werkstoffkombinationen
und Randbedingungen – ein einheitliches optisches Erscheinungsbild ermöglicht. Dazu werden
sowohl neue Methoden zur Erfassung der Eingangsgrößen als auch neue Modelle und
Optimierungsstrategien zur Generierung der Ausgangsgrößen der Prozesssteuerungs- und
Optimierungssoftware für den Einsatz in Lackierbetrieben erarbeitet.
Thema: Laserstrahlquellen für innovative Produktionseinrichtungen
Zusammenfassung
72
Doktorandin: Dipl.-Ing. Katrin Sarah Wentsch
Thesis Committee: Prof. Dr. Thomas Graf
Prof. Dr.-Ing. Manfred Berroth
Projektbeginn: April 2009
E-mail: katrin.wentsch@gsame.uni-stuttgart.de
Mit SESAM passiv modengekoppelter Hochleistungs-Scheibenlaser
Das am IFSW entwickelte Scheibenlaserkonzept zeichnet sich durch eine hohe erzielbare
Laserleistung in Verbindung mit guter Strahlqualität und hohem Wirkungsgrad aus. Der
Scheibenlaser überzeugt durch die Form des laseraktiven Mediums als Kristallscheibe,
welche hocheffizient und intensiv durch Diodenlaserstrahlung angeregt und erheblich homogener
gekühlt werden kann als konventionale Festkörperlaser. In Kombination mit einem
sättigbaren Halbleiterspiegel (SESAM) können ultrakurze Pulse im Pikosekunden- bzw.
Femtosekunden-Bereich erzielt werden. Solche Lasersysteme mit hohen mittleren Ausgangsleistungen
finden zahlreiche industrielle, als auch wissenschaftliche Anwendungen wie
beispielsweise im Bereich der Materialbearbeitung, Physik und Chemie.
Ziel des Forschungsprojekts ist die Realisierung und der Aufbau eines mit SESAM passiv
modengekoppelten Scheibenlasers mit hohen mittleren Ausgangsleistungen und Pulsenergien.
Herausforderungen hierbei stellen die Entwicklung von neuartigen SESAMs und die
Optimierung von dispersiven Spiegeln in Bezug auf höhere Zerstörschwellen und zusätzliche
nichtlineare Effekte dar. Eine wichtige Voraussetzung zur Realisierung eines solchen Sys-

tems ist der Aufbau eines Grundmode-Scheibenlasers mit einer Dauerstrich (cw)-Ausgangsleistung
von mindestens 1 kW.
3.8. Cluster H – Nachhaltigkeit in der Produktion
Clusterdirektor: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. E.h. Dr.-Ing. E.h. Dr. h.c. mult.
Engelbert Westkämper
E-mail: engelbert.westkämper@gsame.uni-stuttgart.de
Das Cluster „Nachhaltigkeit in der Produktion“ erforscht Methoden und Konzepte, die auf
lange Sicht ökonomische und ökologische sowie gesellschaftspolitische und unternehmerische
Aspekte kombinieren. Im Bereich der Wirtschaft umfasst dies Strategien zum
Überleben in turbulenten Umgebungen und das Erkennen und Fördern von nachhaltigen
Technologien. Energie- und Ressourceneffizienz in Produktion und Prozessen bildet hierbei
nicht nur die Basis für Kostensenkungen und die Vermeidung von Verschwendung, sondern
liefert auch wichtige Impulse für die Planung von Anlagen und Versorgungsnetzen.
Gesamt DFG Industrie
laufende 2 2 -
offene - - -
Zusammenfassung des Forschungsstandes des Clusters
Tabelle mit Übersicht der Forschungsthemen des Clusters
Nr. Forschungsthema Status* Doktorand Finanzierung Erstbetreuer
H1 Allg. Forschungsthema
H2
H3
H4
Zurückgenommen
Stakeholderintegration in
Nutzungssysteme einer
industriellen Ökologie Bearbeitung
Nachhaltige Mobilitätsnutzungssysteme
als
Strategie für Automobilunternehmen
Integration von produkt-
und prozessorientierten
Ansätzen als ganzheitliches
Konzept einer
industriellen Ökologie Bearbeitung
* Veränderungen in 2010 sind in der Tabelle fett markiert
Barbara
Seeberg DFG Prof. Zahn
Zurückgenommen
Daimler AG Prof. Zahn
Max
Regenfelder DFG Prof. Westkämper
73

Das Cluster „Nachhaltigkeit in der Produktion“ hat seine Tätigkeit in Forschung und Ausbildung
zum 1. Oktober 2009 aufgenommen.
Im Jahr 2010 konnte das zweite DFG-Stipendium des Clusters zum 1. April an Herrn Max
Regenfelder vergeben werden.
Die Schwerpunkte des Forschungsvorhabens von Frau Seeberg konnten dahingehend
konkretisiert werden, dass nun ein empirischer Analyserahmen für nachhaltige Unternehmen
jenseits des Wachstumszwangs vorliegt. Dieser soll in 2011 auf ausgewählte Unternehmen
angewendet werden. Das Vorhaben von Herrn Regenfelder konzentriert sich auf
Geschäftsmodelle für Produktionsunternehmen „an den Grenzen des Wachstums“ und deren
Verknüpfung mit produktionstechnischen Aspekten einer industriellen Ökologie. Ein erstes
Interview im Bereich der Kreislaufwirtschaftsbranche wurde durchgeführt.
Die bereits in 2010 begonnen doppelte Schwerpunktsetzung, der Wandel von Produktionsunternehmen
angesichts sozial-ökologischer Gefährdungslagen (Luhmann 2008) sowie die
Thematik eines „Degrowth“ in unternehmerischen Kontexten (Latouche 2004), wurden vertieft
und verknüpft. Eine Forschungslinie, die aus der Verknüpfung resultiert, ist die Anwendung
systemtheoretischer Konzepte und Methoden, die auch für das advancend Manufacturing
Engineering und das Stuttgarter Unternehmensmodell konstitutiv ist. Auf der Jahrestagung
2010 der Academy of Management in Montreal, Kanada, wurde dazu ein „Professional
Development Workshop“ durch das Cluster H durchgeführt (AoM 2010). Gemeinsam
mit dem Cluster D: Netzwerke in der Produktion wurden einige Erkenntnisse aus dieser Forschungslinie
in Verbindung mit der Fragestellung einer strategischen Früherkennung in Produktionsnetzwerken
publiziert (Zahn et al. 2010).
Eine weitere Forschungslinie konzentrierte sich auf den Bereich „Degrowth“, vor allem im
Hinblick auf unternehmerische und industrielle Entscheidungstatbestände. Schwerpunktmäßig
wurde die Fragestellung nach einer robusten Maßzahl für unternehmerische Nachhaltigkeit
im Bereich der ökologischen Performance aufgegriffen. Mit dem Konzept einer
„Ecological Allowance“ wurde eine solche Maßzahl entwickelt und auf der APMS-Konferenz
in Cernobbio, Italien, vorgestellt. Eine Publikation dazu liegt vor (Reichel und Seeberg 2011).
Eine Einladung zur Steady State Konferenz in Leeds, Großbritannien, wurde zur Vernetzung
mit Forscherinnen und Forschern aus dem Bereich der Ecological Economics genutzt. Der
Beitrag des Cluster H wurde im Tagungsband veröffentlicht (Reichel et al. 2010). Ebenfalls
auf Einladung wurde im Januar 2011 durch den stellvertretenden Clusterdirektor, Dr. André
Reichel, ein Vortrag am Wuppertal Institut für Umwelt, Energie und Klima zum Thema
„Unternehmen in der Postwachstumsgesellschaft“ gehalten (Wuppertal 2011).
Zwei Tagungen wurden 2010 unter Beteiligung des Cluster H durchgeführt. Zum einen die
Jahrestagung der Vereinigung für Ökologische Ökonomie in Freiburg, welche unter dem
Motto „Wirtschaft ohne Wachstum“ stand, zum anderen eine gemeinsam mit dem Cluster D
veranstalte internationale Tagung zu Indicators and Concepts of Innovation: Technical Dimension
of Innovation (ICICI 2010). Eine Sonderausgabe der Fachzeitschrift „International
Journal for Innovation and Sustainable Development“ mit Beiträgen dieser Tagung ist in Vorbereitung,
das Cluster H ist dabei durch zwei Beiträge vertreten (Reichel 2011; Regenfelder
und Slowak 2011).
Im Ausbildungsprogramm des Clusters wurde ein ganztägiges Kolloquium zum Thema
„Limits to Growth“ unter Einbezug der Doktoranden veranstaltet. Thematisch daran an-
74

schließend fand ein Gastvortrag von Prof. John Morecroft, London Business School, statt.
Zudem nahmen beide Doktoranden an der Zweijahrestagung der International Society for
Ecological Economics in Oldenburg und Bremen teil (ISEE 2010). Ebenso Teil des Clusterprogramms
sind die regelmäßigen Doktorandenkolloquien der GSaME, an denen beide
Doktoranden des Cluster teilgenommen und vorgetragen haben.
Weiterentwicklung des Clusters
Für die thematische Weiterentwicklung des Cluster wird, wie auch schon in 2011, das
clusterspezifische Ausbildungsprogramm mit einem ganztägigen Kolloquium fortgeführt werden.
Thema dieses Mal ist „Business & Degrowth“, um auch die Forschungsschwerpunkte
des Clusters in einem größeren Kreis zu diskutieren. Ein Gastvortrag ist fest eingeplant, die
Teilnahme von Prof. Uwe Schneidewind, Leiter des Wuppertal Instituts, wurde bereits zugesagt.
Anschließend an die oben skizzierten Linien wird zur Vertiefung der systemtheoretischen
Forschung im Cluster, sowie zum Aufbau eines internationalen Forschernetzwerks in diesem
Bereich, ein erneuter Workshop im Rahmen der Academy of Management und die Herausgabe
einer Sonderausgabe in einer internationalen Fachzeitschrift („International Journal of
Economics and Business Research“, IJEBR 2011) angestrebt. Der stellvertretende Clusterdirektor,
Dr. André Reichel, ist zudem Mitherausgeber einer Sonderausgabe der Zeitschrift
„Systems Research and Behavioral Science“, die sich dem Werk des chilenischen Biologen
und Systemtheoretikers Francisco J. Varela widmet. Im Vordergrund steht die Bedeutung
seiner Arbeit für die Management- und Organisationsforschung (SRBS 2011).
Für das Forschungsfeld „Degrowth“ ist ebenfalls ein Workshop bei der Academy of
Management geplant. Außerdem befindet sich ein Beitrag zu diesem Thema im Reviewprozess
der Zeitschrift „Ecological Economics“. Weitere Beiträge und Veröffentlichungen sind
fest eingeplant, unter anderem im Rahmen folgender Tagungen und Workshops: 7. Environment
Management Symposium, RIT Rochester, New York; 17. International Sustainable
Development Research Conference, Columbia Univ., New York; European Society for Ecological
Economics, Istanbul, Türkei.
Wie bereits 2010 wird auch 2011 die Kooperation mit dem House of Competence am KIT in
Karlsruhe weitergeführt. Zudem wird ein verstärkter fachlicher Austausch mit dem Wuppertal
Institut aufgebaut.
Publikationen
Regenfelder, Max; Slowak, André (2011): Direction or Mediation? Nexus’ Role in Technology
Adoption. In: International Journal of Innovation and Sustainable Development 6 (in print).
Reichel, André (2011): Technology as System. Towards an Autopoietic Theory of Technology.
In: International Journal of Innovation and Sustainable Development 6 (in print).
Reichel, André; Seeberg, Barbara (2011): Rightsizing production. The calculus of “Ecological
Allowance” and the need for industrial degrowth. In: APMS (Hg.): Competitive and
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Sustainable Manufacturing, Products and Services. Berlin: Springer (Advances in Production
Management Systems).
Reichel, André; O’Neill, Daniel; Bastin, Claire (2010): Enough Excess Profits. Rethinking
Business. In: Daniel O’Neill, Robert Dietz und Nora Jones (Hg.): Enough is enough. Ideas for
a sustainable economy in a world of finite resources. Leeds: Center for the Advancement of
the Steady State Economy (Arlington, Virginia, USA); Economic Justice for All (Leeds, UK),
S. 87–94. Online verfügbar unter http://steadystate.org/enough-is-enough/, zuletzt geprüft
am 29.12.2010.
Zahn, Erich; Tilebein, Meike; Reichel, André; Goll, Frauke; Haag, Hans-Christian (2010):
Strategische Früherkennung in Wertschöpfungsnetzwerken. In: Peter Nyhuis (Hg.):
Wandlungsfähige Produktionssysteme. Berlin: Gito, S. 87–101.
Weitere eigene Referenzen
AoM (2010): Professional Development Workshop: System Theory, its Rise, Failure and Renewal
for Organizational Theory Building. Academy of Management Conference, Dare to
Care. Passion and Compassion in Management Practice and Research. Montréal/ Canada,
August 6-10, 2010.
ICICI (2010): Konferenz veranstaltet + Vortrag: The Technological Dimension of Innovation.
4th International Conference on Innovation Concepts and Indicators. URL:
http://innocon.wordpress.com/2010/04/01/4th-international-conference-on-indicators-andconcepts-of-innovation/
ISEE (2010): Vortrag: Degrowth as a Business Case. International Society for Ecological
Economics: Advancing Sustainability in a Time of Crisis. Oldenburg/Bremen, 22.-25. August
2010.
IJEBR (2011): Call for Papers: Special Issue on: „Systems Theory in Economics and
Business: Theory Development, Application, Impact, and Future“. URL:
http://www.inderscience.com/browse/callpaper.php?callID=1513
SRBS (2011): Call for Papers: Special Issue on: „Autopoiesis, Systems Thinking and
Systemic Practice: The Contribution of Francisco Varela“. URL:
http://onlinelibrary.wiley.com/store/10.1002/(ISSN)1099-
1743a/asset/homepages/SRBS_special_issue_call_for_papersautopoiesis.pdf?v=1&s=99e39d506234b28402e367bdf20137d4793ea637
Wuppertal (2011): Vortrag: Ist weniger mehr? Post-Wachstumsstrategien für Unternehmen.
Ringvorlesung “Wachstumswende”. Wuppertal Institute, 19. Januar 2011.
Externe Referenzen
Latouche, Serge (2004): Degrowth economics. In: Le Monde Diplomatique, 2004 (11/2004).
Online verfügbar unter http://mondediplo.com/2004/11/14latouche.
Luhmann, Niklas (2008): Ökologische Kommunikation. Kann die moderne Gesellschaft sich
auf ökologische Gefährdungen einstellen? 5. Aufl. Wiesbaden: VS Verl. für Sozialwiss.
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Forschungsstand ausgewählter Projekte in Cluster H
Thema: Integration von produkt- und prozessorientierten Ansätzen als ganz-
heitliches Konzept einer industriellen Ökologie
Zusammenfassung:
Doktorand: Dipl.-oec. Maximilian Regenfelder
Thesis Committee: Univ.-Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper
Prof. em. Dr. Erich Zahn
Dr. André Reichel
Projektbeginn: April 2010
E-mail: max.regenfelder@gsame.uni-stuttgart.de
Industriele Ökologie: Integration von produkt- und prozessorientierten Ansätzen
Die konventionelle Wirtschaftsweise stößt zunehmend an ihre Grenzen. Im Zuge der Nachhaltigkeitsdebatte
werden ökologisch verträglichere Wirtschaftsweisen gefordert. Hierfür sind
zwei Voraussetzungen zu erfüllen:
Es müssen sowohl Produkte mit weniger natürlichen Ressourcen produziert als auch
Ressourcen länger in der Technosphäre gehalten werden. Hierzu müssen sie in Kreisläufen
geführt werden. Es besteht eine Forschungslücke, wie diese beiden Punkte in Kombination
auf betrieblicher Ebene umgesetzt werden können.
Ziel des Forschungsprojekts ist es, einen praxisorientierten Gestaltungsrahmen hierfür zu
erarbeiten. Produkt- und prozessorientierte Ansätze sind miteinander zu integrieren. Um
diese Integration zu ermöglichen, soll ein Konzept für ein Softwaretool skizziert werden, das
einen Informationsaustausch zwischen Produkten und Prozessen erleichtert. Diese Ansätze
wiederum sind in ein umfassendes Konzept einer Kreislaufwirtschaft einzubinden. Die Seite
der Kreislaufwirtschaft wird mit der Fallstudienmethodik auf die praktische Umsetzung einer
‚fortgeschrittenen’ Kreislaufwirtschaft untersucht.
Thema: Stakeholderintegration in Nutzungssysteme einer industriellen
Ökologie
Doktorandin: Dipl.-Wirtsch.-Ing. (FH) MBA Barbara Seeberg
Thesis Committee: Prof. em. Dr. Erich Zahn
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Engelbert Westkämper
Dr. André Reichel
Projektbeginn: Juni 2009
E-mail: barbara.seeberg@gsame.uni-stuttgart.de
77

Zusammenfassung
Strategieimplikationen zum nachhaltigen Unternehmen
Unternehmerische Nachhaltigkeit ist in aller Munde. Die Umsetzung von Nachhaltigkeit
konfrontiert jedoch eine Vielzahl von Unternehmen mit weit reichenden Problemen. Im
Vordergrund steht dabei die schwierige interne Umsetzung von Nachhaltigkeitsbemühungen
– vor allem in Bezug auf die Einbindung der Konsumenten sowie die Entwicklung
einer ‚extended producer responsibility’. Dieses Spannungsfeld stellt Unternehmen
vor neue Herausforderungen und macht organisationale Veränderungen und
Neustrukturierungen unabdingbar. Begriffe wie ‚Kundenkapitalismus’ und ‚Shareholder
Value’ spiegeln diese Problemlagen bereits wider, jedoch gibt es bisher keine Strategieempfehlungen
für produzierende Unternehmen.
Das Forschungsprojekt zielt daher auf die Erarbeitung einer Klassifikation für Unternehmen,
die Nachhaltigkeit erfolgreich umsetzen konnten. In einem ersten Schritt wird
aufgezeigt, wie einzelne Industrieunternehmen mit ihrer Umweltverantwortung (Mensch
und Natur) umgehen. In einem zweiten Schritt werden ausgewählte Industrieunternehmen
näher untersucht und in Bezug auf Nachhaltigkeit bewertet. Von erfolgreich nachhaltigen
Unternehmen werden letztendlich Strategieimplikationen abgeleitet, die auf andere Unternehmen
übertragbar sein sollen.
78

4. Preise und Auszeichnungen
Dr. André Reichel, Cluster H/D, hat erfolgreich am "Peter Drucker Global Challenge" im
Rahmen des 2. Internationalen Peter F. Drucker Forum in Wien mit einem Essay teilgenommen.
Das Essay gelangte unter die TOP 40 von 214. Dr. Reichel wurde damit zur Teilnahme
am Global Drucker Forum 2010 eingeladen. Das Internationale Peter F. Drucker
Forum in Wien wird zum zweiten Mal veranstaltet und versteht sich als Management-Forum
der besonderen Art. Unter dem Gesamtthema "Managen in der Gesellschaft von morgen"
stehen brennende Zukunftsfragen von Management und Gesellschaft im Zentrum der
hochkarätig besetzten Veranstaltung.
Herr Masini, Cluster E, wurde von der European Microwave Association auf der „5 th International
Conference on Ultrawideband and Ultrashort Impuls Signals“ mit dem Preis „EuMA
Young Scientist Prize“ für seine Veröffentlichung „Wireless field bus communication with
software defined IR-UWB in a manufacturing environment“ ausgezeichnet.
Die Veröffentlichung “An RFID based Consistency Management Framework for Smart Real
Time Factory” auf der 2 nd International Conference on Internet of Things (IoT 2010) in Tokyo,
Japan von Herrn Bilal Hameed wurde als beste Veröffentlichung ausgezeichnet, verbunden
mit einer Prämierung von 100,000 Japanese Yen.
79

5. Mitglieder der GSAME
akad. Titel, Name Institut Forschungsgebiet
Prof. Dr. rer. pol. Dr. h.c.
Ulli Arnold
Prof. Dr.-Ing.
Manfred Berroth
Prof. Dr.-Ing
Bernd Bertsche
Prof. Dr.-Ing.
Hansgeorg Binz
Prof. Dr.
Wolfgang Burr
Prof. Dr.-Ing.
Klaus Drechsler
Prof. Dr. rer. nat.
Thomas Ertl
Prof. Dr. rer. nat.
Rainer Gadow
Prof. Dr. phil. nat. habil.
Thomas Graf
Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. mult.
Uwe Heisel
Prof. Dr. rer. pol.
Georg Herzwurm
Prof. Dr. rer. pol.
Hans-Georg Kemper
Prof. Dr.-Ing.
Peter Klemm
Prof. Dr. rer. nat. habil.
Paul Levi
Prof. Dr. rer. nat.
Frank Leymann
Prof. Dr.-Ing. MBA
Mathias Liewald
Prof. Dr.-Ing. habil.
Bernhard Mitschang
80
BWI - Lehrstuhl für ABWL, Investitionsgütermarketing
und Beschaffungsmanagement
Institut für Elektrische und Optische
Nachrichtentechnik
Beschaffungsmanagement, Logistikmanagement,
Investitionsgüter- und Industriegüter-Marketing
Integrierte Schaltungen, Optische Nachrichtentechnik
Institut für Maschinenelemente Antriebstechnik, CAD, Dichtungstechnik und Zuverlässigkeitstechnik
Institut für Konstruktionstechnik und
Technisches Design
BWI - Lehrstuhl für ABWL Forschungs-
Entwicklungs- und Innovationsmanagement
Antriebstechnik, methodische Produktentwicklung,
Rechnerunterstützte Produktentwicklung (CAE),
technisches Design
Forschung- Entwicklungs- und Innovationsmanagement
Institut für Flugzeugbau Leichtbau, Fertigungstechnik und Faserverbundwerkstoffe
Institut für Visualisierung und Interaktive
Systeme
Institut für Fertigungstechnologie keramischer
Bauteile
Visualisierung, Computergrafik, Mensch-Maschine-
Kommunikation
Fertigungstechnologie keramischer Bauteile und
Verbundwerkstoffe
Institut für Strahlwerkzeuge Lasertechnik in der Fertigung
Institut für Werkzeugmaschinen Konstruktion von Werkzeugmaschinen, Baugruppen
und Werkzeugen
BWI - Lehrstuhl für ABWL und Wirtschaftsinformatik
II (Unternehmenssoftware)
BWI - Lehrstuhl für ABWL und Wirtschaftsinformatik
I (Informationsmanagement)
Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen
und Fertigungseinrichtungen
Institut für Parallele und Verteilte
Systeme
Institut für Architektur von Anwendungssystemen
Unternehmenssoftware
Unternehmenssoftware
CAD/NC-Verfahrenskette, Methoden und Software
für die Steuerungstechnik und Simulation
Verteilte Künstliche Intelligenz
Architektur von Anwendungssystemen
Institut für Umformtechnik Blechumformung, Massivumformung, Formgebungsverfahren
Institut für Parallele und Verteilte
Systeme
Information Management - Daten Management
Prof. Dr. sc. Wolfgang Osten Institut für Technische Optik Sensor- und Messtechnik

akad. Titel, Name Institut Forschungsgebiet
Prof. Dr. oec. publ.
Burkhard Pedell
Prof. Dr. rer. pol.
Michael Reiß
Prof. Dr.-Ing. habil.
Eberhard Roos
Prof. Dr. rer. nat. Dr. h. c.
Kurt Rothermel
Prof. Dr.-Ing.
Hermann Sandmaier
Prof. Dr. rer. pol.
Henry Schäfer
Prof. Dr.-Ing.
Wolfgang Schinköthe
Prof. Dr. rer. nat.
Siegfried Schmauder
Prof. Dr.-Ing.
Sven Simon
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Dr.-Ing.
E.h. Dieter Spath
Prof. Dr.-Ing.
Stephan Staudacher
Prof. Dr.-Ing.
Alexander Verl
Univ.-Prof. Dr.-Ing. Prof. E. h.
Dr.-Ing. E. h. Dr. h. c. mult.
Engelbert Westkämper
Prof. em. Dr. rer. pol.
Erich Zahn
BWI - Lehrstuhl für ABWL und
Controlling
BWI - Lehrstuhl für ABWL und Organisation
Institut für Materialprüfung, Werkstoffkunde
und Festigkeitslehre
Institut für Parallele und Verteilte
Systeme
Institut für Industrielle Fertigung und
Fabrikbetrieb, Lehrstuhl Mikrosystemtechnik
BWI - Lehrstuhl für ABWL und Finanzwirtschaft
Institut für Konstruktion und Fertigung in
der Feinwerktechnik
Institut für Materialprüfung, Werkstoffkunde
und Festigkeitslehre
Institut für Parallele und Verteilte
Systeme
Institut für Arbeitswissenschaft und
Technologiemanagement
Einflussgrößen und Wirkungen der Ausgestaltung
von Unternehmensrechnung und Controlling,
Risikocontrolling, Regulierung
Systeme integrierter Unternehmensführung,
Kooperationsmanagement
Werkstoff- und Bauteilprüfung,
Werkstoffentwicklung und -optimierung,
Bauteilsicherheit und -auslegung
Erforschung innovativer Konzepte, Algorithmen und
Protokolle für die systemseitige Unterstützung verteilter
Anwendungen
Technologien der Mikro- und Nanosytemtechnik
Bewertung von Vermögensobjekten, verhaltenswissenschaftliche
Kapitalmarkttheorie und Marktmikrostrukturtheorie
Kunststoffspritzguß, Aktorik, Messtechnik und
Sensorik, Konstruktionsmethode in der Feinwerktechnik
Werkstoff- und Bauteilprüfung, Werkstoffentwicklung
und -optimierung, Bauteilsicherheit und -
auslegung
Hardwarearchitekturen für hochparallele Systeme
Technologie- und Innovationsmanagement
Institut für Luftfahrtantriebe Beschreibung und Simulation des Verhaltens
komplexer Systeme
Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen
und Fertigungseinrichtungen
Institut für Industrielle Fertigung und
Fabrikbetrieb
BWI - Lehrstuhl für ABWL, Betriebswirtschaftliche
Planung, Strategisches
Management
Mechatronik, Steuerungstechnik, Antriebs- und
Maschinentechnik
Fertigungstechnik, Fabrikbetrieb und mehrskalige
Modellierung und Simulation
Strategisches Management
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6. Mentoring und Supervision
Studienkoordinator: Dr. rer. soc. oec. Andreas Dietrich bis 09/10
Dr. Jana Zorlu ab 11/10
Wissenschaftlicher Koordinator: Dr. rer. pol. André Reichel
Cluster-Assistenten:
Cluster A Stuttgarter Unternehmensmodell Dipl.-Ing. Hans-Friedrich Jacobi
Cluster B Digitales Engineering Dr. Dania El-Kebbe (Mutterschaftsurlaub),
Cluster C Material- und Prozessengineering Dipl.-Ing. Martin Wenzelburger bis 06/2010
Cluster D Netzwerke in der Produktion Dr. rer. pol. André Reichel
Cluster E ICT für die Produktion Dipl.-Inf. Torsten Scheibler bis 09/2010
Cluster F Wissensbasiertes Management Dr.-Ing. Peter Ohlhausen
Cluster G Intelligente Produktionseinrichtungen Dr. rer. nat. Konrad Groh
Cluster H Nachhaltigkeit in der Produktion Dr. rer. pol. André Reichel
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7. Poster zur GSaME-Tagung „Innovation und Produktion – Zukunftsfähigkeit
durch neue Wege“, Stuttgart 2011
83