Übersicht abgeschlossener Forschungsprojekte

Das BTA-Tiefbohrverfahren ist ein Verfahren zur Bearbeitung von großen Bohrungsdurchmessern und Bohrtiefen. Hierbei wird der Mittenverlauf der erzeugten Bohrung mit zunehmender Bohrtiefe ein kritisches Qualitätsmerkmal. Insbesondere bei großen Bohrtiefen und hohen Qualitätsanforderungen kann eine zu große Abweichung von der idealen Bohrungsachse zu einer Ausschussproduktion führen, wodurch neben den eingesetzten Fertigungskosten aufgrund der Rohteilkosten durch die großen Werkstückdimensionen erhebliche Ausschusskosten entstehen. In der industriellen Praxis werden manuelle Verfahren mit zeitintensiver Korrektur zur Reduzierung des Bohrerverlaufes verwendet, welches folglich zu erhöhten Fertigungskosten führt. Das Verfahren basiert auf Messung der Wandstärke durch Ultraschall. Der Maschinenbediener korrigiert anschließend die Lage auf Basis seiner Erfahrung.Im Rahmen dieses Projektes soll ein mechatronisches Werkzeugsystem entwickelt werden, durch dessen Einsatz die zeit- und kostenintensiven Ausrichtvorgänge vermieden werden können. Hierbei erfolgt zunächst eine grundlegende Analyse zur Entstehung, Erfassung und Kompensation des Mittenverlaufes. Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse wird anschließend ein Sonderbohrgestänge gefertigt, das eine gezielte Abdrängung des Bohrkopfes ermöglicht. Dieses Bohrgestänge wird durch ein mechatronisches System gesteuert. Durch eine prozessparallele Erfassung und Analyse des Mittenverlaufes, werden kontinuierlich werkzeugseitige Kompensationen eingeleitet. Das System führt die Kompensation selbsttätig, ohne Unterbrechung des Bohrprozesses durch. Aufgrund der im System hinterlegten Gesetzmäßigkeiten werden reproduzierbar anforderungsgerechte Tiefbohrungen erzeugt und damit die bisher erheblichen Ausschusskosten signifikant reduziert, was einen deutlichen Nutzen für die KmU darstellt. Insgesamt ermöglicht das neue Werkzeugsystem somit die automatische, produktive Fertigung qualitativ hochwertiger Bohrungen mit dem BTA-Tiefbohren.

Ergebniszusammenfassung:

Im Projekt wurde ein System zur prozesssimultanen Kompensation des Mittenverlaufs beim BTA-Tiefbohren entwickelt und erforscht. Durch eine neuentwickelte, gefertigte und erprobte Kompensationseinheit, die zwischen Bohrkopf und Bohrrohr montiert wird, ist mithilfe einer radial ausstellbaren Regelleiste und einem innovativen Aktorikkonzept eine gezielte Verkippung des Bohrkopfs und somit eine zielgerichtete Beeinflussung des Mittenverlaufs im laufenden Prozess möglich. Das entwickelte Messsystem bietet erstmals die Möglichkeit, den Mittenverlauf während des Bohrprozesses in Betrag und Richtung zu erfassen. Im Vergleich zum Prozess ohne Regelung und Kompensationseinheit wurde die progressive Zunahme des Mittenverlaufs signifikant reduziert. Um die geforderte Regelgüte von maximal 0,2 mm Mittenverlauf pro Meter Bohrtiefe zu erreichen, wurden die Haupteinflussgrößen auf das Messsystem identifiziert und kompensiert. Zur Untersuchung des Systems wurde ein Systemmodell des Prozesses entwickelt. Auf Basis von Versuchsreihen erfolgte die Entwicklung einer Regelung sowie die Anwendung im Prozess. Nach einem Bohrweg von lB = 1.000 mm ist eine durchschnittliche Mittenverlaufsreduzierung von ca. 40 % realisierbar. Durch Realisierung und Erprobung des Demonstrators für das geregelte Tiefbohren wurde vorwettbewerbliches Wissen für die industrielle Umsetzbarkeit dieser Technologie geschaffen. Unter Berücksichtigung der aufgezeigten Randbedingungen kann dieses Wissen direkt von industriellen Anwendern übernommen werden. Die erforderlichen Investitions- und Entwicklungskosten für die Umsetzung des Kompensationssystems werden durch die Anwendung des in diesem Forschungsvorhaben erarbeiteten Wissens reduziert.

Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist es, ein speziell für kleine und mittlere Unternehmen (KMU) im Anwendungsfeld von Umschlagterminals zugeschnittenes IT-Referenzmodell zu entwickeln. Dieses soll die Terminals darin unterstützen, eigenständig eine systematische Weiterentwicklung ihrer IT- und Prozesslandschaft durchzuführen.

Umschlagterminals sind gekennzeichnet durch vielfältige Kundenbeziehungen, Dienstleistungen und organisatorischen Schnittstellen. Für diese Herausforderungen setzen große Terminals umfangreiche und teure Terminal-Operating-Systeme (TOS) ein. Diese Systeme kommen aufgrund des sehr großen Funktionsumfanges, des hohen Anpassungsaufwandes an betriebliche Begebenheiten und der damit verbundenen hohen Kosten für Anschaffung, Anpassung, Wartung und Weiterentwicklung für KMU-Terminals oftmals nicht in Frage. In KMU-Umschlagterminals werden daher diverse unterschiedliche kleine, teilweise selbst erstellte IT-Lösungen eingesetzt und auch noch häufig Prozesse ohne passende IT-Unterstützung, z. B. durch Inkaufnahme vieler ineffizienter und fehleranfälliger Medienbrüche, durchgeführt. Um diese von IT-Insellösungen, Redundanzen und rein papiergestützten Abwicklungsabläufen geprägten IT- und Geschäftsprozess-Landschaften im Sinne einer zukunftsweisenden Digitalisierung weiterzuentwickeln und damit eine Agilität hinsichtlich sich ändernder Rahmenbedingungen und Anforderungen an digitale Schnittstellen zu Partnern in der maritimen Transportkette aufzubauen, fehlt es den KMU-Umschlagterminals zumeist an Kapital und Personal.

Mit diesem Forschungsvorhaben soll für diese Situation Abhilfe mit einem „Hilfe zur Selbsthilfe“ – Ansatz geschaffen werden. Das angestrebte IT-Referenzprozessmodell mit den Vorgehensmodellen, Werkzeugen und Handlungsempfehlungen bildet dafür die Basis. Ein derartiges, auf die Spezifika der KMU-Terminals ausgerichtetes Referenzmodell ist bisher nicht vorhanden und stellt eine Innovation dar. In der in sieben Arbeitspaketen gegliederten und mit zwei Jahren Laufzeit geplanten Projektbearbeitung ist eine intensive Rückkopplung mit den diversen beteiligten Unternehmen vorgesehen. Damit wird sichergestellt, dass die entwickelten Hilfen praktisch anwendbar und von Nutzen für die KMU-Umschlagterminals sind.

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Schlussbericht_20720_N.pdf

Die Entwicklung flexibler Handhabungsroboter und autonomer Fahrzeuge für logistische Prozesse ist aufgrund heterogener Objekte, variablen Umgebungsbedingungen und komplexen Eigenschaften der 3D-Sensorik eine große Herausforderung, die mit hohen finanziellen Risiken verbunden ist. Die 3D-Sensorik kann aus mehreren Sensoren bestehen und sich in der Sensortechnologie unterscheiden. Die Auswahl, Konfiguration und Positionierung der Sensoren werden aufwändig manuell und anwendungsspezifisch durchgeführt, simulative Tests sind bisher nicht möglich. Erst im Anschluss können Algorithmen entwickelt werden, die auf der Sensorkonfiguration basieren. Im Rahmen des Projektes VirtuOS soll ein online frei verfügbares Werkzeug entwickelt werden, mit dem Anwendungsszenarien im VR-Raum frei konfiguriert und Sensordaten realitätsnah simuliert werden können. Eine multi-kriterielle Optimierung liefert, abhängig von unterschiedlichen Optimierungskriterien anwendungsspezifisch optimale Sensorkonfigurationen. Abschließend werden dem Nutzer notwendige technische Anforderungen an die Sensorik übermittelt. Die Arbeitshypothese ist, dass sich die technologischen und umgebungsspezifischen Eigenschaften realitätsnah in der virtuellen Arbeitsumgebung abbilden lassen. Die KMU, insbesondere Automatisierungsunternehmen, Systemintegratoren sowie Anbieter von Sensorik und Bildverarbeitungslösungen können somit bei der Auswahl und Konfiguration der Sensorik für neue Arbeitsstationen bzw. Roboter unterstützt werden, wobei bisher ein sehr hohes Expertenwissen notwendig ist. Zudem beschleunigt das Werkzeug die Entwicklungszyklen und damit die schnelle Erschließung neuer Geschäftsfelder. Durch die Generierung von Test- bzw. Trainingsdaten für das Trainieren von maschinellen Lernsystemen profitieren KI-Startups ebenfalls, da ihnen durch den fehlenden Marktzugang bzw. das anwendungsspezifische Wissen häufig diese zur Produktentwicklung notwendigen Daten fehlen.

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VirtuOS_Schlussbericht.pdf

Weltweit sind etwa 400 Mio. Euro-Paletten in Umlauf. Durch Umschlag und Transport werden die Ladungsträger abgenutzt und beschädigt, sodass ein Umlauf bis zu 4,96 € Wertverlust pro Palette bedeutet. Hierbei spielt auch eine entscheidende Rolle, ob Paletten bedarfsgerecht eingesetzt werden. Damit ist gemeint, dass je nach erforderlicher Qualitätsklasse auch eine entsprechende Palette genutzt wird. Auf diese Weise kann vorhersehbarer Wertverlust z. B. in Form von Verschmutzungen durch Baustoffe, die auf der Palette transportiert wurden, verhindert werden. Bedingt durch die großflächige Nutzung von Palettendienstleistern bzw. dem zeitversetzten Palettentausch gegen Scheine, tritt dieses Problem in den letzten Jahren besonders in den Vordergrund. Aufgrund der zahlreichen Einflussfaktoren und Abhängigkeit der Akteure im Palettentausch untereinander ist die Identifikation von Verbesserungspotentialen und darauf aufbauend eine aktive Gestaltung der Kooperationen in dieser Richtung insbesondere für KMU nur schwer möglich. An dieser Stelle setzt das Forschungsvorhaben SUPa – Simulationsbasierte Untersuchung im Palettentausch an. Mit Hilfe einer agenten-basierten Simulation werden die Auswirkungen spezifischer Rahmenbedingungen und des Verhaltens der beteiligten Akteure modelliert und quantifiziert. Hierfür werden zunächst relevante Szenarien identifiziert und den Ausprägungen der Einflussfaktoren (z. B. Verfügbarkeit von tauschbaren Leerpaletten der richtigen Qualitätsklasse, vorsortierte Paletten, Risiko des Wertverlusts durch Gütereigenschaften) jeweils Kosten zugeordnet. Durch Anpassung an die spezifischen Anforderungen eines Spediteurs kann dieser vor Angebotserstellung die zu erwartenden Kosten des Palettentauschs kalkulieren und entsprechend im Angebot berücksichtigen bzw. Kooperationsvereinbarungen treffen.

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00_SUPa_Abschlussbericht_aktualisiert.pdf

Projekt: 19265

 Zur Erleichterung und Beschleunigung des Transports von Gütern und Produkten ist der Einsatz von Elektrohängebahnen (EHB) in der Industrie bereits verbreitet. Diese sind i. d. R. schienengebunden und beinhalten einzeln angetriebene Fahrzeuge, wobei das zugehörige Schienensystem an den gewünschten Förderverlauf sowie die benötigte Förderleistung angepasst ist. Änderungen des Schienenverlaufs sind nur mit aufwendigen Maßnahmen möglich. Abhilfe schafft ein hochflexibles „ultraleichtes Elektrohängebahnsystem“ (uEHB-System), in dem sich eine akkubetriebene Transporteinheit auf Seilen anstatt auf Schienen bewegt. Das System soll dabei für Lasten bis 20 kg geeignet sein. Die Transporteinheit übernimmt komplett die Aufgabe der logistischen und mechanischen Steuerung, wodurch im System enthaltene Verzweigungsmöglichkeiten (Weichen, Kreuzungen usw.) lediglich passiv wirken und von der Transporteinheit verstellt werden. Änderungen im System gehen dadurch mit erheblich weniger Aufwand einher, wodurch das Konzept eine enorme Flexibilität und Anpassungsfähigkeit verspricht. Das Forschungsvorhaben zielt auf die Entwicklung und Untersuchung des Konzepts in Bezug auf Flexibilität, Anpassungsfähigkeit, Wirtschaftlichkeit und Sicherheit ab. Zur Erreichung des Ziels soll mit anerkannten Systemen der Produktentwicklung gearbeitet werden, die die Schritte Situationsanalyse, Problemanalyse, Konzeptentwicklung und Lösungsfindung sowie die Realisierung und Evaluation des Konzeptes beinhalten. Am Ende des Projektes existiert ein evaluierter Demonstrator. Dabei soll das System eine höhere Flexibilität als herkömmliche Modelle, einen niedrigeren Aufwand bei Systemänderungen, ein vollständig autark agierendes Transportsystem sowie einen wirtschaftlichen Vorteil in Bezug auf Anschaffung, Betrieb und Wartung aufweisen. Der Nutzen für KMU ist vielfältig. So dient es hauptsächlich der beschleunigten Beförderung leichter Komponenten, kann aber auch modifizierte Funktionen übernehmen, wie Überwachungsaufgaben durch die Ausstattung mit einer Kamera. Die vergleichsweise niedrigen Anschaffungs- und Installationskosten sind dabei vor allem für KMU sehr attraktiv. Auch eine zeitlich vorübergehende Installation des Systems birgt einen Kostenvorteil.

Schlussbericht:

Sachbericht_uEHB_korrigiert.pdf

Ziel ist die Erarbeitung eines Vorgehens mit dem KMU zum einen echtzeitdatenbasierte Kennzahlen (KeZa) auswählen und ihren Nutzen, insbesondere den Zeitvorteil bei Verwendung echtzeitdatenbasierter KeZa, bewerten können und zum anderen die Integration in Form eines mobile Shopfloor-Reporting vornehmen können.
Ausgehend von der Identifikation echtzeitdatenbasierter KeZa auf dem Shopfloor in AP1 wird ihr Einsatz in AP 2 bewertet. Im Fokus von AP 3 steht die Entwicklung von Möglichkeiten zur Integration in das bestehende Reporting. Nach der Erarbeitung von Möglichkeiten für das echtzeitdatenbasierte mobile Shopfloor-Reporting, erfolgt in AP 4 die Validierung des Vorgehens in einer Modellfabrik, bevor anschließend in AP 5 mit Hilfe der validierten Ergebnisse ein softwarebasierter Reporting-Werkzeugkasten für die KMU entwickelt wird. Die Forschungsergebnisse werden im Rahmen von AP 6 dokumentiert.
Zentrales Projektergebnis ist der softwarebasierte Reporting-Werkzeugkasten. Mit diesem wird es KMU möglich:
1) Die Eignung von echtzeitdatenbasierten KeZa auf dem Shopfloor zu beurteilen und Möglichkeiten für deren Einsatz in Echtzeit auf dem Shopfloor zu entwickeln
2) Den Nutzen echtzeitdatenbasierter Kennzahlen zu bewerten
3) Ein echtzeitdatenbasiertes mobile Shopfloor-Reporting umzusetzen.
Der Nutzen für KMU besteht darin, dass sie aufgrund der Ergebnisse wissen, wie sie die zur Verfügung stehenden echtzeitdatenbasierten KeZa gezielt zur Ausschöpfung von Produktivitätspotenzialen und damit zu Verbesserung der Gesamtanlageneffektivität (Overall Equipment Efficiency, OEE) nutzen können. Denn es können Probleme und Störfälle auf dem Shopfloor schneller erkannt werden. Dadurch kann schneller auf die Probleme und Stör-fälle reagiert werden, was Ausschuss, Nacharbeit oder Störzeiten reduziert. Es führt demnach zu Produktivitäts- und Umsatzsteigerungen sowie Kostensenkungen.

Schlussbericht:

Abschlussbericht_ShopfloorPulse_19372_N.pdf

Ziel des Forschungsprojekts ist die Entwicklung eines fallbasierten Expertensystems, welches auf Betriebsstörungen in frei navigierenden Fahrerlosen Transportsystemen (FTS) automatisch reagiert. Hierzu untersucht das Expertensystem die vorliegende Störung auf Ähnlichkeiten mit Störungsszenarien in seiner Datenbasis. Eine vielversprechende Methode aus dem Bereich der wissensbasierten Ansätze ist das Case-Based Reasoning, welche im Rahmen dieses Forschungsvorhabens Anwendung finden soll.

Das zu entwickelnde System unterstützt Unternehmen in Ihrem Bestreben, die Effizienz von eingesetzten FTS zu erhöhen. Dieses kann durch Verringerung der Ausfallzeiten der Systeme bewirkt werden, indem das bis dato manuelle Störungsmanagement – aktuell von Experten durchgeführt – automatisiert wird. Hierin besteht unter anderem auch der innovative Ansatz, da aktuell kein System existiert, das aus bekannten Störungen automatisch Maßnahmen zur Störungsbehebung generiert. Auch eine Bewertung der Handlungsdringlichkeit von Störereignissen und deren Wechselwirkungen im Gesamtsystem fehlt heutigen Lösungen, welche durch das Expertensystem möglich wäre. Kosten, welche durch die Konsultation von Experten entstehen, sollten mit Einsatz des Systems ebenfalls merklich gesenkt werden.

Schlussbericht:

Schlussbericht_FTS-Expert.pdf

Gegenwärtig ist eine quantitative, mehrdimensionale ad-hoc-Fabrikbewertung nicht möglich. Dies liegt an der Durchführung des Bewertungsprozess, welcher zurzeit überwiegend qualitativ in einer Diskussion durchgeführt wird. Eine quantitative Bewertung an Hand umfangreicher Materialflusssimulationen ist für kleine und mittelständische Unternehmen (KMU) häufig zu teuer. Außerdem sind Materialflusssimulationen eindimensional auf den Warenfluss ausgerichtet und vernachlässigen weitere Zielfelder der Fabrikplanung. Des Weiteren sind sie sehr zeitintensiv.

Daher soll im Projekt "QuaMFaB" ein Softwaredemonstrator entwickelt werden, der eine quantitative ad-hoc-Bewertung unterschiedlicher Zielfelder der Fabrikplanung ermöglicht. Dazu werden zusammen mit den Praxispartnern geeignete Zielfelder identifiziert, für die anschließend mathematische Berechnungsvorschriften entwickelt werden. Abschließend werden die erzielten Ergebnisse in einen Softwaredemonstrator implementiert und zusammen mit einem mittelständischen Praxispartner validiert.

Die Forschungsergebnisse werden KMU bei der Entwicklung und Auswahl von Layoutvarianten im Rahmen der Fabrikplanung unterstützten, denn die quantitative, mehrdimensionale ad-hoc-Fabrikbewertung führt zu einer besseren Vergleichbarkeit von Layoutvarianten und zu einer belastbareren Entscheidungsfindung.

Schlusbericht

Abschlussbericht_QuamFaB_IPH.pdf

Projekt 17806:

Die angespannte Situation an den Laderampen ist durch den Sonderbericht des Bundesamtes für Güterverkehr (BAG) ausführlich dokumentiert worden (BAG, 2011). Zahlreiche Artikel zeigen die Probleme der frachtführenden Logistikdienstleister und standortbetreibenden Verlader an dieser Schnittstelle ausführlich (Lauenroth, 2012;
Semmann, 2012). Gleichzeitig gewinnt der Mega-Trend Nachhaltigkeit, auch in der Logistik, an erheblicher Bedeutung (Fawcett u. a., 2011: S. 115–121). Insbesondere der hohe öffentliche Druck durch die Medien, eine gestiegene Wertschätzung der Verbraucher und regulatorische Eingriffe haben dafür gesorgt, dass die Thematik mittlerweile auf der Agenda jedes Unternehmens steht (Connelly u. a., 2010; Garvare, Johansson, 2010; Sowinski, 2007; Srivastava, 2007; Wolf, 2011).

Im Rahmen des Forschungsprojektes wurde der Handlungsbedarf zur Verbesserung der aktuellen Situation aufgegriffen. Ziel des Forschungsvorhabens war die Entwicklung eines Rampenmanagementkonzeptes, welches Nachhaltigkeitsaspekte berücksichtigt. Bei der Erhebung mit Partnern aus der Praxis wurden drei hauptsächliche Probleme identifiziert: Verfügbarkeit von Informationen, Effiziente Prozesse und Fragestellungen bei der Handhabung von sozialer Nachhaltigkeit. Außerdem wurden die vom Prozess betroffenen Anspruchsgruppen identifiziert. Abgeleitet wurden ferner Kenngrößen, welche die Messung von angewendeten Lösungsmaßnahmen erlauben. Die Anwender des abgeleiteten Konzeptes können so die Erreichung der Anforderungen eines erfolgreichen und nachhaltigen Rampenmanagements überwachen. Elf hauptsächliche Ziele eines solchen Vorgehens wurden dafür hergeleitet und in Form eines Praxis-Leitfadens veröffentlicht. Dieser bietet eine praktische Anleitung zur Optimierung des Rampenmanagements und erlaubt zusammen mit der entstanden Best-Practice-Datenbank eine einfache Umsetzung von Lösungsmaßnahmen

zum Schlussbericht des Projektes:

Abschlussbericht_17806 BVL.pdf