LEHRSTUHL

PRODUKTENTWICKLUNG

UND KONSTRUKTION

This research mainly focuses on the system methodology for two types of lobe cam reducer including geometric design, kinematic analysis, and kinetic analysis. The cam profile is derived using the rigid body transformation method of the eccentric rotating camshaft, not by the rotating camshaft itself. The engagement actions between both lobe cams and roller turrets are multiple rollers to contact action. According to Newton’s second law in kinetic analysis, the reducer mechanism is divided into the resisted and driving transmission simultaneously on the conjugate rigid lobe cam. With the different cost calculations, case discussion analysis and experimental verification are also carried out. For transmission usage, a lobe cam reducer is with a small volume and large reduction ratio, easy for processing and assembly, and suitable for heavy load and high performance applications.

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Am 1. Januar 2016 traten die 17 Ziele der Vereinten Nationen für eine nachhaltige Entwicklung (SDGs) in Kraft. Neben ökonomischen und sozialen Zielen liegt hierbei ein wesentlicher Fokus auf ökologischen Zielen. Zur Messung der eigenen Zielerfüllung formulierte Deutschland eine Reihe an Indikatoren, die im Rahmen der Deutschen Nachhaltigkeitsstrategie (DNS) 2016 verabschiedet wurden. Mit dieser Strategie gibt die Bundesregierung eine ambitionierte Richtung für die nationale nachhaltige Entwicklung vor, die nicht nur als Maxime für politisches, sondern auch für privatwirtschaftliches Verhalten zu verstehen ist. Ein zentrales Ziel der Nachhaltigkeitsstrategie auf ökologischer Ebene ist die Etablierung nachhaltiger Konsum- und Industrieprodukte zur Senkung des Energieverbrauchs und der CO2-Emissionen.
Die Ziele der DNS können nur erfüllt werden, wenn die Gestaltung der Konsum- und Industrieprodukte und auch die Geschäftsmodelle zu deren wirtschaftlicher Verwertung auf ökonomische, ökologische und soziale Anforderungen ausgerichtet sind. Das erfordert, dass Produkt- und Geschäftsmodellentwicklung dabei als ganzheitlicher und verzahnter Prozess betrachtet werden muss. So ist es für das Geschäftsmodell von zentraler Bedeutung, dass der Ansatz der nachhaltigen Wertschöpfung zum einen auf eine bestimmte Zielgruppe und deren Bedürfnisse ausgerichtet ist und zum anderen die Unternehmensziele abbildet. Das Konsum- oder Industrieprodukt ist dabei Mittel zum Zweck und dient der Wertvermittlung an die Zielgruppe. Die Gestaltung und Entwicklung des Konsum- oder Industrieprodukts muss daher im Einklang mit den Unternehmenszielen auf die Bedürfnisse der Zielgruppe angepasst werden. Somit wird die Produktentwicklung Teil des Geschäftsmodells.
Gerade klein- und mittelständische Unternehmen (KMU) werden sich im Gegensatz zu großen Unternehmen verstärkt mit Problemen bei der Ausrichtung ihrer Innovationsaktivitäten auf die in der DNS formulierten Nachhaltigkeitsanforderungen konfrontiert sehen. Grundsätzlich weist eine Vielzahl dieser Unternehmen keinen strukturierten Innovationsprozess auf, da Forschungs- und Entwicklungsabteilungen, Budgetierungen usw. fehlen. Zudem verfügen diese Unternehmen nicht über notwendige Ressourcen, Kapazitäten, Innovationskompetenzen und Fachwissen in Bezug auf Nachhaltigkeit, um nachhaltige Innovationen vollkommen selbstständig zu entwickeln. Insbesondere für Sachsen-Anhalt bescheinigt der Bericht zur Mittelstandsoffensive, dass es "vielfach innovationsorientierte kleine und mittlere Betriebe [gibt], die nicht oder nicht in dem Maße über die strukturellen und personellen Voraussetzungen verfügen, um ohne Unterstützung Produktinnovationen realisieren zu können." Folglich ist es notwendig, KMU dabei zu unterstützen, ihren Innovationsprozess zu strukturieren und auf Anforderungen im Sinne der DNS auszurichten - hier können KMU-orientierte Step-by-Step-Vorgehenskonzepte wertvolle Beiträge leisten.
Für eine wirkungsvolle Unterstützung von KMU ist es allerdings notwendig, dass die Vorgehenskonzepte nur diejenigen Schwerpunkte der KMU explizit fokussieren, die diese bei der Ausrichtung ihrer Innovationsaktivitäten auf die in der DNS formulierten ökonomischen, ökologischen und sozialen Anforderungen setzen. Diesbezüglich zeigt die deutsche Unternehmenslandschaft, dass ökonomische, ökologische und soziale Ziele durchaus einen unterschiedlichen Raum in den Unternehmen einnehmen. Während beispielsweise Sozialunternehmen eher einen Mix aus sozialen und ökonomischen Zielen fokussieren, streben Grüne Unternehmen vornehmlich nach ökologischer gepaart mit ökonomischer Wertschöpfung. Aufgrund der sehr unterschiedlichen Schwerpunktsetzungen der Unternehmen erscheint ein einheitliches Step-by-Step-Vorgehenskonzept, das alle drei Säulen der Nachhaltigkeit in gleichem Ausmaß und somit alle KMU gleichsam berücksichtigt, zu komplex und somit praktisch wenig wirkungsvoll. Vielmehr sind Vorgehenskonzepte notwendig, die schlank, einfach und somit praktisch auf die angestrebten Aspekte der Nachhaltigkeit der Innovation anwendbar sind. Das Projekt UPGRADE rückt daher KMU in den Mittelpunkt, die ihre Innovationstätigkeiten hauptsächlich auf ökologische und ökonomische Anforderungen im Sinne der DNS ausrichten möchten. Um die Zielstellungen dieser KMU dennoch möglichst ganzheitlich zu berücksichtigen, werden auch ihre sonstigen, untergeordneten Ziele, die beispielsweise soziale oder persönliche Aspekte betreffen können, betrachtet.

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Das Studienzertifikat "Integrierte Produktentwicklung (IPE) im Kontext Industrie 4.0"

Dieses Projekt, gefördert vom Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft,  basiert auf dem grundständigen Master-Studiengang "Integrated Design Engineering" (IDE) der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg. Dieser erfolgreiche Studiengang wird gegenwärtig gemeinsam mit dem Weiterbildungscampus Magdeburg in die Weiterbildung übertragen und für Berufstätige geöffnet. Dabei, und hier setzt dieses Projekt an, ermöglicht die Erweiterung des Studiengangs "Integrated Design Engineering" um die Perspektive Industrie 4.0 gerade für den Mittelstand vielfältige Chancen, die es zu erschließen gilt.

Die Erschließung der Technologien der Industrie 4.0 für die Industrie umfasst alle Bereiche entlang eines Produktlebenszyklus. Damit ist eine grundlegende Perspektive von Industrie 4.0 angesprochen: die Fokussierung von Produkten und Fabriken über den gesamten Lebens­zyklus hinweg. Dies erfordert eine interdisziplinäre Qualifizierung und Weiterbildung der Beschäftigten.

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The aim of this project is to develop the intelligent machining and measurement technique of scroll profile. It also aims on the topics of:

-  generation & comparison of various tool paths
-  verification (real cutting) and comparison for various tool paths without ?chattering
-  technique development for chattering detection and suppression
-  a lifecycle costing analysis of the new process approach in comparison to the ?conventional manufacturing process

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Dieses Projket erarbeitet eine Vorgehensweise von der feature-basierten 3D-CAD-Modellierung von Laufschaufeln von Turbinen über die Simulation von Verfahrwegen im CAM-System bis zur automatischen Erzeugung von NC-Programmen und zeigt mit Hilfe des BAPM-Verfahrens Kosteneinsparungen für diese Vorgehensweise auf.

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Am 24. September 2007 startete eine Initiative von Autodesk, EPLAN, Microsoft und Siemens PLM Software, unterstützt vom VDMA und vom Lehrstuhl für Maschinenbauinformatik an der Universität Magdeburg. Die Initiative will der mittelständischen Fertigungsindustrie Impulse geben: Wer heute daran geht, seine Produktentwicklungsprozesse an den Stand der Technik anzupassen, der hat eine gute Chance, im weltweiten Wettbewerb zu bestehen. Dabei will ENGINEERING produktiv! helfen.Unternehmen mit bis zu tausend Mitarbeitern sind aufgerufen, einen so genannten ENGINEERING-Check zu machen. Auf der Homepage der Initiative www.engineering-produktiv.de wird ihnen dazu ein Online-Fragebogen angeboten, den der Lehrstuhl für Maschinenbauinformatik der Universität Magdeburg in Zusammenarbeit mit dem VDMA erstellt hat.Der Fragebogen beinhaltet Fragen zur Prozess- und Projektlandschaft, Einsatz von Methoden und IT-Werkzeugen sowie organisatorische Aspekte wie z. B. Mitarbeiterqualifikation und Bedienbarkeit der Systeme in einem Unternehmen. In einer ersten Auswertungsstufe bekommt das Unternehmen seinen Ist-Status und den Status von als vorbildlich einzustufenden Firmen in einem Spinnendiagramm dargestellt. Zusätzlich wird dem Unternehmen zu jeder Frage der unmittelbare Vergleich zwischen seiner Antwort und dem, was machbar ist, geliefert.Nach Zahlung der Schutzgebühr wird der Fragebogen für die zweite Auswertungsstufe freigeschaltet. Das Unternehmen gibt danach die Durchlaufzeit der im Fragebogen angekreuzten Prozesse, die Anzahl der beteiligten Mitarbeiter in den Prozessen, einen durchschnittlichen Kostentagessatz einer Personenressource und die Anzahl der Prozesse ein, die im Jahr durchlaufen werden. Damit wird mit Hilfe des BAPM-Verfahrens (mehr unter http://www.bapm.de) die finanzielle Einsparung pro Jahr ermittelt. Anschließend erfolgt eine Liste möglicher Verbesserungs- und Einsparpotenziale, aufgeschlüsselt nach Umsetzungsstufen.Weiteres zur Initiative auf http://www.engineering-produktiv.de

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Ziel des Projekts ist die Gestaltung eines integrierten und intelligenten Systems, welches die Handhabung komplexer Planungsprozesse auf dem Forschungs- und Entwicklungsgebiet ermöglicht. Hauptziel der Konstruktionsprozessoptimierung ist die Senkung der Prozesszeiten und der damit verbundenen Kosten. Dabei gilt es besonders, die optimale Abfolge der einzelnen Prozessschritte zu realisieren, die zur Konstruktion der Bauteile eines Produkts benötigt werden. Durch Anwendung entsprechender Methoden, Prozeduren und Werkzeuge soll ein möglichst hoher Parallelisierungsgrad erreicht werden.Die grundlegende Aufgabe besteht darin, die Zusammenhänge zwischen den einzelnen Bauteilen des Produkts zu untersuchen und diese Zusammenhänge in einer allgemeinen Weise zu formulieren. Die Beschreibung von Prozess und Zusammenhängen in einer Design Structure Matrix (DSM) ermöglicht deren einfache und transparente Darstellung und Handhabung. Weiterhin erlaubt diese Darstellungsform die Abbildung von Zyklen sowie der für die Planung angesetzten Kosten und Zeiten. Das allgemeine Ablaufmodell kann durch einen Parameter ergänzt werden, der den Typ des jeweiligen Bauteils innerhalb des Konstruktionsprozesses darstellt. Dabei kann zwischen Neu-, Varianten- und Anpassungskonstruktionen unterschieden werden. Die drei verschiedenen Konstruktionsmodelle werden entsprechend VDI 2221 abgebildet.Zur Ermittlung der optimalen Konstruktionsreihenfolge soll ein auf genetischen Algorithmen basierendes Optimierungsverfahren eingesetzt werden, welches in der Lage ist, die Vielzahl an Parametern zu handhaben. Um eine Unterstützung des Konstrukteurs zu gewährleisten, muss das System verschiedene Funktionalitäten bieten. Das System muss in der Lage sein, Prozesse zu modellieren, ablaufen zu lassen, dynamisch auf Änderungen zu reagieren und einzelne Aktivitäten entsprechend der gegebenen (und sich möglicherweise ändernden) Anforderungen, Kosten- und Zeitrahmen zu bewerten. Ziel ist ein unterstützendes System, welches dem Nutzer an jedem Entscheidungspunkt verschiedene bewertete Alternativen anbietet und dabei stets die aktuelle Ressourcensituation, die gegenwärtigen Randbedingungen sowie sonstige Einschränkungen berücksichtigt. Zusätzlich sollte ein solches System Engstellen und Ressourcenkonflikte erkennen und dem Nutzer zu den betroffenen Prozessschritten entsprechendes Wissen, benötigte Methoden, Prozeduren und Werkzeuge zur Vermeidung anbieten.

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INTERPRET ist ein Intelligenter Produktkatalog, mit dem ein Kunde sein Zukaufteil unter Zuhilfenahme des vom Zulieferanten bereitgestellten Wissens und des Auslegungs-know-hows gezielt über das Internet auswählen und sowohl als reale Geometrie in das jeweils bearbeitete Produktmodell auf seinem CAD-System seine eigene Konstruktion als auch als dispositiven Datensatz in seine auftragsverarbeitenden Systeme aktuell einfügen kann.
Ein wesentlicher Bestand des Intelligenten Produktkataloges ist die elektronische Abwicklung verschiedener Geschäftsprozesse über heterogene DV-Systeme (Telecommerce). Die für jedes Unternehmen preiswerte Verfügbarkeit dieser Lösung erleichtert den schnellen und flexiblen Aufbau virtueller Produktionsgemeinschaften.

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Mit der Intranet-Anwendung WebDRUM (Web-Distributed User-Support Module) soll das hohe Nutzungspotential eines CAD/CAM-Systems erschlossen werden, da es bislang an geeigneten Hilfsmitteln fehlt, dieses Potential mit möglichst geringem Aufwand möglichst allen Benutzergruppen gleichzeitig zur Verfügung zu stellen. Um daher dieses zu erleichtern, wird WebDRUM mit folgenden Eigenschaften entwickelt:

• Einfacher Zugriff des Anwenders auf WebDRUM aus einer laufenden CAD/CAM-Anwendung heraus,
• Unabhängig von dem jeweiligen Release einer CAD/CAM-Software
• Speichern und Bereitstellen erprobter Arbeitstechniken,
• Verwaltung und interaktives Bereitstellen von firmenspezifischen Bauteilkatalogen und Vorschriften (z.B. Werknormen),
• Client-Server-Intranet-Netzwerkapplikation für die Gewährleistung einer permanten Aktualität beim Nutzer,
• Online-Anwendung, die auch als Loseblatt-Sammlung ausgedruckt werden kann.

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Die Ermittlung der Wirtschaftlichkeit eines Unternehmens benötigt Bewertungsgrößen in Form von Nutzen für die Einführung neuer Technologien. Ziel ist es daher, jeden dadurch entstandenen Nutzen zu erfassen und mit betriebswirtschaftlichen Verfahren in Relation zu den Kosten zu bringen. Neben der unternehmensinternen Nutzenerfassung müssen auch die Nutzen im unternehmensweiten Umfeld mit dem Markt bzw. dem Kunden erfaßt werden. Da nicht jeder entstandener Nutzen einer Einführung einer neuen Technologie mit den klassischen betriebswirtschaftlichen Verfahren bewertet werden kann, müssen Analogien zu Bewertungsverfahren und -methoden aus anderen Bereichen der Wirtschaft gebildet werden, die vor einer ähnlichen Herausforderung stehen wie das Engineering.
In Analogie zum Banken- und Finanzgewerbe soll nun ein Portfolio aus Kennzahlen für quantifizierbare, schwer quantifizierbare und nur kaum quantifizierbare Nutzen generell für alle Phasen im Produktentstehungsprozeß aufgestellt werden. Je weiter der Nutzen einer Investition von der betrachteten Produktentstehungsprozeßphase auftritt, desto indirekter sind die Nutzen, desto schwieriger sind diese zu quantifizieren. Die Verknüpfung der quantifizierbaren und kaum quantifizierbaren Nutzen zu Portfolios ist daher aus Gründen der Risikoreduktion sinnvoll. Entsprechend dieses Nutzenportfolios wird ein Warenkorb mit entsprechenden Wertpapieren aufgebaut. Ein Investmentfond enthält in seinem Portfolio Aktien, Schuldverschreibungen und Optionsscheine. Um Vorhersagen für die Entwicklung des Kapitalmarktes zu bekommen, werden zur Kursabsicherung der einzelnen Wertpapiere derivative Finanzprodukte wie z.B. Optionen und Futures zur Verminderung des Risikos eingesetzt. Die hierbei gewonnenen Erkenntnisse werden analog auf die Nutzenentwicklung der Investition zurückübertragen und ein sog. Benefit Asset Pricing Model (BAPM) entwickelt.

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