FTK’97

„Product or market driven?“ ist eine oft gestellte Frage. Kommt die Produkt-entwicklung durch technologische Anstöße oder als Ableitung von Markt- bedarfen?

Das Motorenwerk Bad Cannstatt ist integraler Bestandteil des Daimler-Benz-Traditionsstandortes Stuttgart-Untertürkheim, an dem außer Pkw-Motoren auch alle Pkw-Achsen und Pkw-Getriebe gebaut werden (Bild 1). Auch die komplette Aggregate-Entwicklung ist am Standort Untertürkheim konzentriert. Neben dem neuen V-Motorenwerk in Bad Cannstatt entstehen zur Zeit auf dem etwa 1 km entfernten Werksgelände in Stuttgart-Untertürkheim neue Produktionshallen für Reihenmotoren sowie die Produktionseinrichtungen für die Motoren der A-Klasse. Damit bleibt Stuttgart zentraler Standort der Motorenproduktion für Mercedes-Benz-Pkw.

Die Sättigung traditioneller Märkte, die Globalisierung des Wettbewerbs, ver-ändertes Kundenverhalten und neue Wettbewerber fordern Systemhersteller heraus, permanent ihre Geschäftsfelder anzupassen (Bild 1). Hinzu kommt, daß sich die weltweiten, für die Wirtschaft relevanten Bedingungen kontinuierlich ändern. Liberalisierung, vermehrte Konkurrenz aus Südostasien, die Öffnung von Zentral- und Ost-Europa sowie vermehrte Wechselkursturbulenzen sind Beispiele dafür (Bild 2). Für die Siemens AG ist die Mikroelektronik als Schrittmacher des technischen Fortschritts für heutige und künftige Geschäftsfelder von besonderer Bedeutung (Bild 3). Am Beginn der Mikroelektronik stand die Idee, viele unterschiedliche Bauelemente und die damit dargestellten Funktionen mit gleicher Technologie auf einem gemeinsamen Träger herzustellen — dem integrierten Schaltkreis. Motive waren Funktions- und Anwendungssicherheit, Funktionsbreite, Schaltgeschwindigkeit und Preisdegression.

Nach der zurückliegenden Rezession, die eine ganze Reihe etablierter Hersteller nur am Kredittropf der Banken überlebte, kann der deutsche Maschinenbau wieder leicht anziehende Auftragseingänge — überwiegend aus dem Ausland — und steigende Umsatzzahlen verzeichnen. Die mäßigen Gewinne zwingen aber auch weiterhin zu einer konsequenten Kostenreduzierung und führen damit zwangsläufig zu stagnierenden oder sogar rückläufigen Beschäftigtenzahlen.

Früher wurden Personenwagen aus einem klassischen, im Prinzip selbstfahr- fähigen Chassis und einer darauf aufgesetzten Karosserie mit Eschenholzrahmen sowie einer Stahl-Blechbeplankung — mitunter als Space Frame nullter Generation bezeichnet — hergestellt. Seit etwa 50 Jahren werden Neu-entwicklungen bei Großserienlimousinen als selbsttragende Karosserien ausgeführt, die nahezu ausschließlich aus Stahl-Blechhalbzeugen bestehen. Davon abweichende Konstruktionsprinzipien — wie der Trabant oder der Renault Espace — waren bzw. sind aus Gründen der Materialverfügbarkeit, der Wirtschaftlichkeit bei kleineren Stückzahlen oder des Gewichts lediglich im Bereich der Karosserie-Außenhaut auf Kunststoffe anstelle von Stahlblechen ausgewichen. Die Struktur selbst war auch hier aus Stahlblechen aufgebaut.

Dank der wissenschaftlichen Analyse auffälliger Umweltveränderungen und der Aufklärung darüber ist das Umweltbewußtsein in den zurückliegenden Jahren stetig gewachsen. Ozonloch, Biotonne, Umweltengel, Grüner Punkt und die emissionsbezogene Kraftfahrzeugbesteuerung sind bezeichnende Wortschöpfungen der letzten 10–15 Jahre. Die Automobilindustrie leistet ihren Beitrag zur Ressourcenschonung durch die Entwicklung möglichst ver-brauchsarmer, umweltgerechter Fahrzeuge.

Die Wettbewerbssituation in der Automobilindustrie zeichnet sich heute durch eine zunehmende Konzentration aus. Verantwortlich dafür sind eine fortschreitende Globalisierung der Märkte, steigende Komplexität der Prozesse und rasante Innovationszyklen der Produkte (Bild 1).

Innerhalb der Daimler-Benz AG ist das Competence Center für die Innen- hochdrucktechnologie (CC IHU) im Werk Hamburg eingegliedert. Aufgabe des Competence Centers ist es, dieses moderne Fertigungsverfahren hinsichtlich seiner Eignung für den Prototypen-, Vorserien- und Serieneinsatz zu untersuchen, fortzuentwickeln und wirtschaftlich erfolgreich einzusetzen. Daneben wirkt das CC IHU unterstützend in Projektierung, Konzeption und Engineering mit, um ökonomisch sinnvolle Anwendungsfälle im Automobilbau zu finden.

Technische Erzeugnisse werden in Zukunft noch stärker als heute hinsicht-lich ihrer Umweltverträglichkeit und der Schonung begrenzter Ressourcen beurteilt. Es ist eine Aufgabe unserer Zeit, Produkte und Produktionsverfahren zu entwickeln, die sich durch minimalen Einsatz und Verbrauch sowohl bei der Herstellung als auch während der Produktnutzung bis hin zur Entsorgung auszeichnen.

Stand der Technik ist die Existenz von „Preßwerken“ und „Rohbauwerken“ als selbständige Organisationseinheiten eines PKW-Werkes. Einige Auto-mobilbauer führen die Preß- und die Rohbauwerke als selbständige Profit- Center, so daß die Instandhaltung, aber auch die Arbeitsvorbereitung, den Preßwerken und Rohbauwerken direkt zugeordnet werden. Nur wenige Au-tomobilwerke haben eine Organisationseinheit „Preß- und Rohbauwerk“. Nun ergibt sich aber die Notwendigkeit, im Interesse der Kostenreduzierung und z.T. auch im Interesse einer Verbesserung der Produktqualität klassische Rohbauarbeiten wie das Fügen von Bauteilen zu Zusammenbauten mit den Blechumformvorgängen zu kombinieren.

Vor dem Hintergrund einer weiterhin sich rasant ausweitenden Kommuni-kationstechnologie mit schnellster Vernetzung verschiedenster Partner ent-wickeln sich in und zwischen den Unternehmungen neue, deutlich veränderte Organisationsformen.

Die Herausforderung, der sich heutige Produktionsunternehmen stellen müssen, läßt sich auf die Kurzform bringen: Kundenwünsche reaktionsschnell in agilen Netzwerken erfüllen und so im Wettbewerb bestehen.

Die heutige Gesellschaft der Industrienationen ist durch eine Individualisierung der Bedürfnisse, durch hohe Qualitätsanforderungen und ein massiv gewachsenes Umweltbewußtsein gekennzeichnet. Die gestiegenen Ansprüche der Kunden und der verstärkte, zunehmend globale Wettbewerb führen zu variantenreicheren und komplexeren Produkten mit immer kürzeren Produktlebenszyklen. Da sich die Funktionen und die Qualität der Produkte verschiedener Anbieter immer stärker aneinander angleichen, bestimmt die Reaktionszeit auf Kundenwünsche zunehmend den Erfolg von Unternehmen.

Kundenorientierung heißt, die Anforderungen der Märkte aufzugreifen und auf die betrieblichen Prozesse zu übertragen. Von dieser übertragung sind alle prozeßrelevanten Bereiche betroffen — vom Rohbau bis zur Endmontage. Marktorientierung äußert sich in der wirtschaftlichen Erfüllung des Kun-denwunsches; Kosten- und Zeitziele bleiben im Blickpunkt der Betrachtungen — und damit die Automatisierung als wesentliche Funktion effizienter Leistungserstellung. Hier soll an einigen Beispielen gezeigt werden, wie sich das Paradigma der „kundennahen Produktion“ im Karosserie-Rohbau einer Automobilfertigung auswirkt und welche Folgerungen hieraus für die orga-nisatorische und technologische Prozeßgestaltung resultieren.

Als Lernen wird gemeinhin ein Vorgang verstanden, der aus der Kenntnis und Analyse eines Zusammenhangs und der Einbeziehung von Wissen zu einer Verbesserung führt. Bereits vor mehr als 50 Jahren begann man das Lernen in der Produktion als einen Prozeß der ständigen Verbesserung von Abläufen und Prozessen in bezug auf Zeiten und Kosten zu verstehen. Lern- und Erfahrungstheorien wurden seit den 50er Jahren als Methoden der Vorkalkulation von Produkten und Prozessen benutzt. Die Luftfahrtindustrie beispielsweise kalkuliert noch heute ihre Produkte auf der Basis von empirischen Lernkurven.

Grundlegende Maschinenstrukturen für die industrielle Produktionstechnik haben seit längerer Zeit keinen bedeutenden Innovationsschub mehr erfahren; Änderungen mit stetigem technischen Fortschritt im kleinen wurden in den Komponenten vollzogen. Da Standard- bzw. konventionelle Komponenten von sog. Schwellenländern in gleicher Qualität und meist kostengünstiger gefertigt werden können, konzentrierte sich die deutsche Industrie schwerpunktmäßig auf die Entwicklung von High-Tech-Komponenten wie Antriebssysteme, Steuerungssysteme und Werkzeuge sowie auf die Erarbeitung neuer, spezieller Technologien. Veränderungen am Aufbau der Werkzeugmaschine an sich beschränkten sich auf Weiterentwicklungen. Die grundsätzliche Infragestellung konventioneller Konzeptionen erfolgte in den USA durch die Anwendung von Stabkinematiken in Form von Hexapods zu Beginn der 90er Jahre. Hieraus ergab sich in Deutschland der Anstoß für das richtungsweisende Projekt DYNAMIL, das — durch das BMBF unterstützt — von den Hochschulinstituten ISW (Stuttgart) und WZL (Aachen) initiiert wurde. Zusammen mit Industrieunternehmen wird derzeit umfassend das Ziel „Hochdynamische Werkzeugmaschinen auf der Basis von Leichtbaukonstruktionen“ angegangen, um dieses Innovationspotential möglichst schnell in neue Produkte einzubringen. Über die grundsätzlichen Vorüberlegungen zu diesem Projekt sowie über den aktuellen Stand der Entwicklung wird an dieser Stelle berichtet.

Im stärker werdenden internationalen Wettbewerb sind Hersteller von Maschinen und Anlagen zunehmend darauf angewiesen, sämtliche Rationalisie-rungspotentiale zu nutzen und innovative Konzepte umzusetzen. Hieraus resultiert der Wunsch des Herstellers nach mehr Unabhängigkeit von einzelnen Zulieferern, wobei eine gröütmögliche Flexibilität und Qualität bei der Fertigstellung der Automatisierungslösung gewährleistet sein muü.

Elektrische Direktantriebe gewinnen in jüngster Zeit besonders im Werk-zeugmaschinenbau zunehmend an Bedeutung. So entwickeln zwischenzeitlich mehrere Maschinenhersteller Produktionsmaschinen für die Hochgeschwindigkeitsfräsbearbeitung mit direktangetriebenen Vorschubachsen bzw. bieten diese Maschinen bereits an. Durch Erhöhung der Vorschub- und der Schnittgeschwindigkeiten um den Faktor 3 im Vergleich zur konventionellen Zerspanung werden beim HSC-Fräsen erhebliche Reduzierungen der Hauptzeitanteile erreicht. Gleichzeitig werden geringere Schnittkräfte und eine deutliche Verbesserung der Oberflächenqualitäten möglich [1].

Die heutigen Randbedingungen für die Produktion sind gekennzeichnet durch hohen Wettbewerbsdruck und Globalisierungsstrategien bei gleichzeitig immer stärkerer Kundenorientierung, die kürzere Produktzyklen und höhere Flexibilität bedingt (Bild 1). Damit einher gehen kürzer werdende Innovationszyklen in der Produktionstechnologie, organisatorische Strukturänderungen und neue Kooperationsformen mit Lieferanten.

Nach den einschneidenden Verbesserungen der Kostenstrukturen durch Lean Management und Business Process Reengineering rückt die Kundenorientierung stärker in den Mittelpunkt der Unternehmensaktivitäten und wird mehr und mehr zum erfolgsentscheidenden Wettbewerbsfaktor. Das bestätigt auch eine Studie des Fraunhofer-Instituts für Arbeitswirtschaft und Organisation, bei der mehr als die Hälfte der befragten Unternehmen Kundenorientierung als die zentrale Marktstrategie der Zukunft angaben [1]. Begründet ist dies in der Tatsache, daß sich immer mehr Märkte in der Sättigungsphase befinden. Das veränderte Anspruchsdenken der Kunden und die globale Verfügbarkeit der Produkte, die sich in Qualität, Leistungsvermögen und Technologie angeglichen haben, zwingen Unternehmen zu einem fundamentalen Überdenken ihrer Marktaktivitäten. Die Gestaltung von effizienten Dienstleistungsprozessen, das Management der Kundenbeziehungen sowie der Aufbau von neuen Dienstleistungen sind dabei eine wesentliche Voraussetzung, um sich zukünftig nachhaltige Wettbewerbsvorteile zu verschaffen.

Unternehmensstrategie kann man als die Kunst verstehen, Wert zu schaffen. Strategie steckt den gedanklichen Rahmen ab, die Visionen und Konzepte, durch die Führungskräfte (hoffentlich!) die Chancen erkennen, wie sie Kunden Wert liefern und damit Gewinn für ihr Unternehmen erzielen. So gesehen ist Strategie die Art und Weise, wie ein Unternehmen sein Geschäft definiert und es mit seinen beiden wichtigsten Ressourcen verbindet: Wissen und das Verhältnis zu anderen Akteuren im Markt oder, anders ausgedrückt, Kompetenzen und Partner.

Nach einschneidenden Verbesserungen der Kostenstrukturen durch Lean Management und Business Process Reengineering rückt Kundenorientierung stärker in den Mittelpunk der Unternehmensaktivitäten und wird mehr und mehr zum erfolgsentscheidenden Wettbewerbsfaktor. Das bestätigt auch eine Studie des Fraunhofer-Instituts für Arbeitswirtschaft und Organisation IAO [1], bei der mehr als die Hälfte der befragten Unternehmen Kundenorientierung als die zentrale Marktstrategie der Zukunft angaben. Begründet ist dies in der Tatsache, daß sich immer mehr Märkte in der Sättigungsphase befinden. Das veränderte Anspruchsdenken der Kunden und global verfügbare Produkte, die sich in Qualität, Leistungsvermögen und Technologie angeglichen haben, zwingen Unternehmen zu einem fundamentalen Überdenken ihrer Marktaktivitäten.

Betrachtet man den weltweiten Markt, erkennt man sehr schnell, daß dort, beding durch große Entfernungen und Zeitverschiebungen, die Anforderung Service schnell in hoher Qualität zur Verfügung zu stellen, einer großen Anstrengung bedarf. Teleservice ist sicher ein baustein, der zur Verbesserung dieses Zustands einen wesentlichen Beitrag leistet.

Die Wettbewerbsbedingungen der produzierenden Unternehmen in Europa haben sich dramatisch geändert. Schon seit mehr als einem Jahrzehnt wird der Markt nicht mehr vom Verkäufer bestimmt, sondern das Angebot überwiegt die Nachfrage. Der Käufer kann auswählen und das tut er auch. Er entscheidet aufgrund der Funktionen, des Preises, der Produktqualität und besonders auch des Services. Ein Unternehmen muß also in allen diesen Faktoren mit den Wettbewerbern gleichziehen und sie mindestens in einem entscheidenden Punkt übertreffen. Diese Herausforderung muß seine Strategie bestimmen. Dazu müssen alle Mitarbeiter eines Unternehmens zielgerichtet agieren und sich mit den Forderungen des Marktes und mit dem Produkt identifizieren. Dies erfordert auch, daß sie in autonomer Verantwortung über die optimalen Herstellungsmethoden, die Produktqualität und die zeitliche Abwicklung von Aufträgen entscheiden. Damit wird die herkömmliche zentrale Fertigungsplanung bzw. Produktionsplanung und -steuerung (PPS) weitgehend überflüssig. Sie wandelt sich zur koordinierenden Instanz. Die erforderliche Abstimmung über den gesamten Fertigungsprozeß muß das Know-how aller Mitarbeiter mit einer gemeinsamen Zielsetzung zusammenfassen, um Brüche in der Herstellungskette und damit trotz isolierter Optimierung Kostennachteile zu vermeiden.

Komplexe Produktionsprozesse sind häufig gekennzeichnet durch eine starke Vernetzung sowie zeitabhängige und stochastische Systemgrößen.

Produzierende Unternehmen sehen sich — bedingt durch Sättigungstendenzen in den Märkten — aufgrund standortbedingter Faktoren wie Unternehmensbesteuerung, Lohn- und Lohnnebenkosten sowie starrer Arbeitszeiten und der steigenden Anzahl internationaler Konkurrenten, einem zunehmend härteren nationalen und internationalen Wettbewerbsdruck ausgesetzt. Durch technische Entwicklungen und Fortschritte in der Informationsverarbeitung steigt die Dynamik, so daß der gesicherte, überschaubare Zeitraum immer kürzer wird.

Edelstahl hatte in der Armaturentechnik bislang nur untergeordnete Bedeutung. Mit der Entwicklung einer neuen Produktionstechnologie und dem Einsatz von Edelstahl für den Armaturenkörper eröffnet der Schwarzwälder Armaturenhersteller Hans Grohe neue Perspektiven nicht nur für Sanitär-armaturen. Bislang werden die Armaturen-Grundkörper aus Messing gegossen, spanend bearbeitet und verchromt. Das Unternehmen stellt jetzt eine neue Generation von Einhebelmischern aus Edelstahl in einem neuen High-tech-Verfahren her [1, 2]. Das Produkt verfügt über eine innovative Karosseriebauweise: einen Blechhohlkörper aus Edelstahl.

Informationssysteme kommen heute kaum noch ohne PCs für die dezentrale Produktionssteuerung aus. Die aus der Praxis geforderte Funktionsintegration verlangt ein Lösungskonzept, bei dem die traditionellen Grenzen zwischen Auftragsabwicklung, Planung, Lagerverwaltung und Qualitätssicherung aufgehoben werden. Vereinfachte technische und organisatorische Schnittstellen schaffen Handlungsspielraum für die Mitarbeiter in dezentralen Strukturen. Informationssysteme eröffnen neue Möglichkeiten mit sog. mobilen Front-End-Terminals (Handhelds). Mit Hilfe dieser Technik lassen sich neue Konzepte wie „Mann zur Ware“ statt „Ware zum Mann“ umsetzen.

Der Wandel der Industriegesellschaft zur Informationsgesellschaft hat zur Folge, daß die Verfügbarkeit von Informationen und der effektive Umgang damit mehr und mehr zu den entscheidenden Wettbewerbsfaktoren werden. Diese Entwicklung hat elementare Auswirkungen auf die berufliche Arbeit. Neue Formen des Lernens und Arbeitens müssen gefunden und die Beschäftigten darauf vorbereitet werden. Im Rahmen eines Pilotprojekts wird derzeit ein multimediales Lern- und Informationssystem mit intensiver Benutzerbeteiligung entwickelt, eingeführt und evaluiert (Bild 1).

Am Fraunhofer-Institut für Arbeitswirtschaft und Organisation wurde eine Modellfabrik für Produktion und Logistik errichtet. Zusammen mit namhaften industriellen Partnern wie Bosch, Metabo, Sun Microsystems u.a. konnte eine reale Produktionsumgebung mit modernster Technologie geschaffen werden.

Obwohl bereits seit Jahren über das große ökonomische Potential von Virtual Reality spekuliert wird, vollzieht sich erst seit kurzer Zeit eine Entwicklung, Virtual Reality auch in die Geschäftsprozesse von Unternehmen zu integrieren. In diesem Beitrag wird die Bedeutung von Virtual Reality für die Ferti-gungstechnik untersucht; neue Forschungstrends und deren konkrete Anwendungen werden am Beispiel der Montageplanung verdeutlicht.

Das Laserbeschichten findet überall dort Anwendung, wo lokal begrenzt Auf-tragsschichten mit spezifischen Eigenschaften wie hohe Verschleißbeständigkeit, große Härte und Warmfestigkeit sowie gute Korrosionseigenschaften gefragt sind. Die präzise Steuerbarkeit des Prozesses erlaubt hierbei eine gezielte Anpassung des Schichtkonzepts an das jeweilige Beanspruchungskollektiv (Bild 1).

Anforderungen an Prozeßstabilität und Bearbeitungsqualität bei gleichzeitig hoher Prozeßeffizienz erfordern eine gezielte Anpassung des Laserschweißverfahrens an die Bearbeitungsaufgabe. Da sich der Einsatz von zwei oder mehreren Wärmequellen als geeignete Maßnahme zur Überwindung von Prozeßgrenzen darstellte, wurde diese Methode in der Kombination von zwei Hochleistungslasern aufgegriffen und realisiert.

Das große Potential der Laserstrahlbearbeitung für zahlreiche Fertigungsverfahren eröffnet bei einer Integration des thermischen Werkzeugs Laser in Werkzeugmaschinen eine Vielzahl neuer Möglichkeiten in der industriellen Fertigung, z.B. die Komplettbearbeitung von Serienbauteilen oder die Herstellung funktionaler Prototypen und Musterteile.

Neben seinem Einsatz in der Fertigungstechnik bietet der Laser auch vielfältige Anwendungsmöglichkeiten in den Bereichen Meßtechnik und Medizin. Sowohl grundlagenorientierte Förderprojekte als auch zahlreiche in der Praxis bereits verwirklichte Lösungen zeigen ein Potential auf, das noch nicht in ausreichendem Maße in die einzelnen industriellen Applikationsbereiche überführt werden konnte. Besonders klein- und mittelständische Unternehmen (KMUs) nutzen die Möglichkeiten der Laseranwendung bislang nur ungenügend. Neben hohen Investitionskosten erweisen sich im wesentlichen fehlende System- und Verfahrenskenntnisse als Ursache dafür.

Informationen sind eine entscheidende Unternehmensressource und werden daher als „Rohstoff der Zukunft“ bezeichnet. Dies gilt auch innerhalb der Produktion und angrenzender Bereiche, wobei gleichzeitig der Mensch mit seiner Qualifikation, seinem Wissen und seiner Erfahrung Auswertungen und Entscheidungen vornimmt. Notwendig sind somit Steuerungs- und Informationssysteme, die den Anwender unterstützen und ihm die für die Lösung seiner Aufgaben notwendigen Informationen in geeigneter Form und ausreichendem Umfang zur Verfügung stellen. Neue Formen der Arbeits-organisation, z.B. bei autonomen, kooperativen Produktionssystemen [12], erfordern dezentrale und verteilte Informations- und Steuerungsstrukturen [1]. Zusätzlich ist das abteilungs- und unternehmensübergreifende Informa-tionsmanagement bei der Entwicklung — z.B. bei Simultaneous Engineering — und dem Betrieb von Maschinen und Anlagen von zunehmender Bedeutung. Daraus leitet sich insgesamt die Notwendigkeit interdisziplinär verständlicher Maschinen- und Anlagenbeschreibungen ab.

Mit seiner zunehmenden Bedeutung als standardisierte Basis in allen Bereichen der Informationsverarbeitung hält der PC auch vermehrt Einzug in die Steuerungstechnik. Dort bildet er jedoch i. allg. nicht die Basis des Steuerungssystems, sondern stellt meist eine zusätzliche Komponente dar, um beispielsweise eine vollgrafische Benutzungsoberfläche auf Basis von Windows-Systemen realisieren zu können. In dieser Einsatzform bietet der PC jedoch nur einen bedingten Kostenvorteil, da alle weiteren Steuerungsfunktionen nach wie vor auf spezialisierten und damit auch teuren Steuerungskomponenten ablaufen.

Bei der Herstellung von Maschinen und Produktionssystemen ist die Steuerungssoftware inzwischen zu einer bestimmenden Größe des Wertschöpfungsanteils geworden. Sie umfaßt teilweise mehr als 50% und realisiert maschinennahe Steuerungsfunktionen, NC-Kernfunktionen sowie Zellen- und Leitfunktionen. Die wirtschaftliche und flexible Erstellung qualitativ hochwertiger Steuerungssoftware erfordert daher systematische, ingenieurmäßige Vorgehensweisen unter Wiederverwendung erprobter Lösungen.

Die im Werkzeugmaschinenbau verwendeten digitalen Antriebe ermöglichen im Zusammenhang mit modernen Regelungsverfahren eine erhebliche Verbesserung der gesamten Maschinendynamik. Das Potential der digitalen Antriebe kann jedoch nur dann ausgeschöpft werden, wenn Hilfsmittel zur Verfügung stehen, die dem Maschinenhersteller die komplexe Aufgabe der maschinenspezifischen Reglereinstellung abnehmen bzw. ihn über das heutige Maß hinaus unterstützen. Stand der Technik bei der Antriebsoptimierung ist nach wie vor die manuelle Anpassung vor Ort durch qualifiziertes Personal, wobei aufgrund der Komplexität eine Antriebsoptimierung nur mit unverhältnismäßig hohem Aufwand gelingt. Dies hat zur Folge, daß die Maschinen das mögliche Optimum hinsichtlich regelungs- und maschinentechnischer Abstimmung nicht erreichen und die Kosten für die Inbetriebnahme sehr hoch sind. Aus diesem Grund wurden am Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungseinrichtungen (ISW) der Universität Stuttgart zwei Verfahren zur automatisierten Inbetriebnahme elektromechanischer Antriebssysteme entwickelt und mit Erfolg in der Praxis getestet. Beide Verfahren arbeiten prinzipiell nach derselben Methode, jedoch werden im einen Fall die optimalen Reglerkoeffizienten auf Basis der vorab identifizierten Antriebsdynamik zeitunkritisch auf einem externen PC berechnet („Offline-Verfahren“), während im anderen Fall die Optimierung der Reglerkoeffizienten während des Verfahrens des Antriebssystems in Echtzeit vorgenommen wird („On-Line-Verfahren“).

Werkzeugmaschinen und Industrieroboter auf der Basis neuartiger Parallel-stabkinematiken werden den beiden Grundsätzen möglichst geringe zu bewegende Massen undAufbau der Maschine aus Gleichteilen und Modulen gerecht. Für geschlossene kinematische Ketten kann gegenüber offenen kine-matischen Ketten die Bewegungseinleitung so erfolgen, daß ein Antrieb nicht die Masse eines weiteren Antriebs tragen und beschleunigen muß.

Mit großem Interesse wird seit der ersten Präsentation der Hexapod-Maschinen in Chicago die Diskussion im Werkzeugmaschinenbau über diese neuen Maschinenkonzepte und -strukturen geführt. Diese Maschinen basieren auf Tripod- bzw. Hexapod-Konzepten. Entwickelt wurden der Tricept HP₁ der Firmenkooperation Neos Robotics und Cornau, der Octahedral-Hexapod der Firma Ingersoll, der Variax von Giddings & Lewis, der G 1000 von Geodetic sowie die KIM von JSC Lapik [1]. Ein hervortretendes konstruktives Merkmal bei den genannten Beispielen sind vor allem die geringen bewegten Massen bei gleichzeitig hoher Steifigkeit durch parallele Achsantriebe. Die Maschinen bestehen aus einfachen sowie zahlreichen gleichartigen Bauteilen.

Die Optimierung von asymmetrisch mit Hartmetall-Wendeschneidplatten (HM-WP) bestückten Kurzlochbohrwerkzeugen ist seit Jahren ein wichtiges Thema der Forschung. Erste Untersuchungen zur Belastung des gesamten Systems Werkzeug-Spindel-Lagerung und der Reduzierung dieser Belastung [1–6] entstanden früh. Darauf aufbauend wurde die Geometrie der Werkzeuge umfassend untersucht und hinsichtlich einer Reduktion der Kräfte sowie der Minimierung der Abweichung des Bohrungsdurchmessers vom Solldurchmesser [7–11] optimiert.

Die Arbeitsgenauigkeit von Werkzeugmaschinen wird durch die an der Schnittstelle Werkzeug/Werkstück auftretenden Abweichungen von der vorgegebenen Arbeitsbewegung bestimmt. Diese Abweichungen werden u.a. durch statische und dynamische Kräfte bewirkt. Während die Auslegung der statischen Steifigkeit heute mit modernen Rechenverfahren bereits im Kon-struktionsstadium mit guter Genauigkeit möglich ist, kann die dynamische Steifigkeit aufgrund der vielen Wechselwirkungen im System Werkzeugmaschine nur ungenügend abgeschätzt werden.

Für viele Produktionsprozesse, bei denen Industrieroboter eingesetzt werden, ist eine hohe Arbeitsgenauigkeit erforderlich. So wirken sich bei der Werkstückbearbeitung mit Robotern (z.B. beim Laserschweißen) Abweichungen des Werkzeugarbeitspunkts von der Soll-Lage direkt auf die Fertigungsqualität aus. Unter der Arbeitsgenauigkeit von Robotern wird nach Richtlinie VDI 2861 im allgemeinen die Wiederholgenauigkeit beim Positionieren und Orientieren des Werkzeugarbeitspunkts oder beim Nachfahren einer Bahn verstanden [1]. Durch die Verbesserung der statischen und dynamischen Eigenschaften von Industrierobotern konnte in den letzten Jahren die Genauigkeit der Industrieroboter wesentlich erhöht werden. Dadurch hat aber gleichzeitig der Anteil thermisch bedingter Störeinflüsse an Positionierungs- und Orientierungsfehlern an Bedeutung zugenommen [2]. Insbesondere bei Robotern, die als offene kinematische Kette ausgeführt sind, können geringe Verformungen in den ersten Achsen erhebliche Verlagerungen des Werkzeugarbeitspunkts verursachen. Um thermisch bedingte Störeinflüsse auf die Arbeitsgenauigkeit von Robotern zu verringern, können entweder die Ursachen der Störungen (primäre Maßnahmen) oder die Auswirkungen der Störungen (sekundäre Maßnahmen) vermindert werden. Dies ist zum einen durch konstruktive Maßnahmen und zum anderen durch kompensatorische Maßnahmen möglich [3,4].

Die bei der Holzbearbeitung als Abfallprodukt entstehenden Späne und Stäube verursachen zahlreiche Probleme in der holzbe- und verarbeitenden Industrie. Besonders zu nennen sind hierbei die kanzerogene Wirkung bestimmter Holzstaubarten, die u.U. verminderte Prozeßsicherheit und die Beeinträchtigung der Bearbeitungsqualität durch die abrasiv wirkenden Späne. Die kanzerogene Wirkung von Holzstäuben führt zu strengen Anforderungen, die in der TRGS ₅₅₃ festgelegt sind. Diese zwingt sowohl die Hersteller von Holzbearbeitungsmaschinen und Absaugsystemen als auch den Anwender dieser Anlagen zu erheblichen technischen und finanziellen Aufwendungen [1]. Daneben ist die Prozeßsicherheit für den Anwender der Maschinen entscheidend für einen sicheren Fertigungsablauf.

Um die einzelnen tribologischen Bereiche eines Ziehteils nachzubilden, wurden verschiedene Modellverfahren entwickelt. Der am weitesten verbreitete Modellversuch ist der Streifenziehversuch ohne Umlenkung. Bei diesem Versuch wird ein ebener Blechstreifen zwischen zwei Ziehbacken, die mit einem definierten Niederhalterdruck gegen den Blechstreifen gepreßt werden, durchgezogen (Bild 1a). Die hierbei ermittelte Reibungszahl ist ein Mittelwert, der für beide Blechseiten gilt.

Das Ziehen von Karosseriebauteilen stellt in der Blechteilefertigung das wirtschaftlich bedeutendste Fertigungsverfahren dar. Mit zunehmender Tendenz zu immer größeren und komplexeren Ziehteilen und unter dem wachsenden Kostendruck ist die Weiterentwicklung dieses Verfahrens von großer Bedeutung. Im Vordergrund steht hierbei die Erhöhung der Produktivität durch Verminderung des Ausschusses und die Erweiterung des Fertigungsspektrums.

Knapper werdende Ressourcen, steigende Energiepreise und das Bestreben zur Verringerung der Umweltbelastung bedeuten besonders für den Trans-portbereich die Notwendigkeit zur verstärkten Anwendung von Leichtbauwerkstoffen und zur Verbesserung der Wirkungsgrade von Antriebsaggregaten [1].

Die Formgebung von Aluminium durch Thixoforming ist aus mehreren Gesichtspunkten interessant. Neben dem geringen spezifischen Gewicht von Aluminium, seinen hohen Festigkeitswerten und seiner guten Recyclingfähigkeit haben die Aluminiumlegierungen vergleichsweise geringe und damit gut beherrschbare Verarbeitungstemperaturen im thixotropen Zustand.

Das Zentrum Fertigungstechnik Stuttgart verfügt über eine hochdynamische fünfachsige Portalmaschine, die für die Laserbearbeitung von Freiformflächen eingesetzt wird (Bild 1). Diese Maschine stellt besondere Anforderungen an ein Steuerungssystem im Hinblick auf: MechanikSteuerung der mechanisch verkoppelten Handachsen,AntriebstechnikRegelung synchroner und asynchroner Direktantriebe,ProzeßführungOnline-Anpassung der Laserleistung und anderer Technologieparameter,Online-Nachführung des Bearbeitungsabstandes mittels kapazitiver Sensorik,ProgrammierungErstellen von Bearbeitungsprogrammen für Freiformflächen über Teac-In an der Maschine.

Hochleistungsdiodenlaser (HDL) zeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad und kompakte Bauweise aus. Neueste Entwicklungen gehen in Richtung höherwertiger Strahlquellen, die sich aufgrund stark verbesserter Strahlqualität und höherer Ausgangsleistungen auch für einen direkten Einsatz in der Materialbearbeitung eignen [1,2]. Zwar können mit diesen Lasern derzeit noch nicht alle Laserbearbeitungsverfahren sinnvoll erschlossen werden, für einige Anwendungen im niedrigen bis mittleren Intensitätsbereich bieten sich jedoch jetzt schon interessante, wirtschaftliche Möglichkeiten. Vor allem aber auch durch die kompakte Bauform und die „einfachen“ Versorgungsmedien (Wasser und Niederspannung) eignen sie sich als zusätzliche Werkzeuge in Bearbeitungsmaschinen. Der Vorteil einer solchen laserintegrierten Fertigung liegt in der vollständigen Bearbeitung eines Werkstücks in einer Aufspannung, was eine Steigerung der Genauigkeit und eine Verkürzung der Bearbeitungszeit zur Folge hat. Weiterhin ist es möglich, das Bearbeitungsspektrum herkömmlicher Werkzeugmaschinen deutlich zu erweitern. Erste industrielle Anwendungen mit Festkörperlasern, die in spanende Dreh-, Fräs- und Honmaschinen sowie spanlos arbeitende Stanzen integriert wurden, sind bereits durchgeführt worden.

Der Miniaturisierungstrend in vielen Branchen ist nach wie vor ungebrochen. Dieser Miniaturisierung unterworfen sind Komponenten und Bauteile, die in unzähliger Formenvielfalt und teilweise in enorm hohen Stückzahlen beim Aufbau elektronischer, feinmechanischer und mikromechanischer (Mikrosystemtechnik) Komponenten benötigt werden.

An moderne Bearbeitungszentren werden heute hohe Anforderungen bezüglich deren Steifigkeit, Beschleunigungsvermögen und Genauigkeiten gestellt, die sich letztlich in den Forderungen nach hohen Reglerparametern (K_v und K_p-Faktoren) niederschlagen.