Prozessoptimierung mittels Design of Experiments

11M2234

Master

Deutsch

5.0

nur Sommersemester

1 Semester

Die Herstellung industrieller Produkte setzt umfassende Kenntnisse bzgl. der material- und fertigungsorientierten Produkt- und Prozessoptimierung voraus. Dies erfordert Kenntnisse der systematisch-empirischen Methoden zur Prozessanalyse und -optimierung, da die aus industriellen Prozessen resultierende Produktqualität oft von zahlreichen Prozessparametern abhängt und aufgrund der oftmals hohen Komplexität allein durch theoretische Ansätze nicht hinreichend genau beschrieben bzw. optimiert werden kann. Ziel dieses Moduls ist es, dass die Absolventen diese wissenschaftlich-empirischen Methoden kennen, bewerten, anwenden, und mittels einer Projektaufgabe an einem konkreten Fallbeispiel umsetzen.

Theorieteil: allgemeine Grundlagen zur empirisch-wissenschaftlichen Prozessanalyse und -optimierung. Produkt- und Prozessoptimierung mittels statistischer Versuchsmethodik DoE (Design of Experiments), Grundprinzipien der DoE,  Screening-Versuchspläne, faktorielle und teilfaktorielle Versuchspläne, Taguchi, Shainin, Response surface Designs (wie CCD, BoxBehnken,...). Auswertung von Versuchsplänen, ANOVA, Regressionsmethodik, Graphische und numerische Optimierung mehrerer Zielgrößen.

Praxisteil: Auswahl eines Demoprozesses (z. B. Kunststoff-Spritzgießprozess, Metall-Schweißprozess, o.ä.). Definition der Einflussgrößen und der zu optimierenden Zielgrößen (Produktmerkmale z. B. Maße, Gewicht, Festigkeit). Analyse und Optimierung der Prozessparameter mittels DoE. Auswertung der Versuchsergebnisse mit wissenschaftlichen Methoden und unter Verwendung von DoE Software. Erstellung eines Projektberichts mit Darstellung der geeigneten Versuchspläne, Parameter- und Prozesseinstellungen, Messmittelfähigkeitsnachweise, Effektanalyse und -bewertung, Darstellung der Optimierungsergebnisse, Schlussfolgerungen für Produktqualität und Herstellungsprozess.

Der Arbeitsaufwand für das Modul umfasst insgesamt 150 Stunden (siehe auch "ECTS-Leistungspunkte und Benotung").

• Klausur

• experimentelle Arbeit

• Klausur (K1): siehe jeweils gültige Studienordnung
• Experimentelle Arbeit: schriftlicher Bericht (Gruppenarbeit), ca. 40 Seiten

Grundlagen der Mathematik, Statistik, Qualitätsmanagement, Werkstofftechnik, Metallkunde, Kunststofftechnik

Die Studierenden haben Kenntnisse von und Erfahrungen mit den modernen DoE-Optimierungstechniken zur Produkt- und Prozessoptimierung. Im Theorieteil des Moduls werden diese Methoden und deren Potenziale zur Prozessanalyse und -optimierung umfassend dargestellt und im Praxisteil an einem Fallbeispiel umgesetzt.

Die Studierenden können Industrieprozesse auf dem aktuellsten Wissensstand hinsichtlich Produktqualität und Wirtschaftlichkeit optimieren, unter Anwendung wissenschaftlich basierter DoE-Methoden sowie mathematisch statistischer Auswertungsverfahren.

Die Studierenden beherrschen eine Bandbreite fortgeschrittener fachbezogener Methoden auf Basis DoE, um bei industriellen Fertigungsprozessen die Einflüsse der Verabeitungsparameter auf die Produktqualität zu analysieren, zu bewerten und zu optimieren. Oftmals werden Zusammenhänge zwischen Einflussgröße-Zielgröße, inkl. der Wechselwirkungen der Parameter, entdeckt, die aufgrund der Komplexität von Prozessen ohne die Anwendung von DoE nicht erkannt worden wären. Dies führt dazu, dass Studierende DoE als ein starkes Instrument zum Erkenntnisgewinn und Optimierung von Prozessen und Qualitätsgrößen verstehen.

Steigende Anforderungen an die Qualität industrieller Produkte erfordern die Kenntnis der Zusammenhänge zwischen Prozessparametern und Produktqualität sowie Bewertung von Optimierungspotenzialen. Die Studierenden haben die Kompetenz, die dazu erforderlichen wissenschaftlich basierten DoE-Methoden und damit verbundenen Fertigkeiten auf beliebige industrielle Prozesse anwenden zu können.

Die Absolventen sind in der Lage, bei der Entwicklung neuer Produkte in Industrie und Forschung die erforderlichen Untersuchungen, Prozessanalysen und -optimierungen zu initiieren, durchzuführen und zu bewerten.

Die Studierenden reflektieren, integrieren und erweitern Wissen, Methoden und Fähigkeiten im fachbezogenen Kontext. Im Team werden diese Inhalte zur Bearbeitung eines Fallbeispiels umgesetzt und die Ergebnisse im fachlichem Austausch unter Anleitung diskutiert und anschließend schriftlich zusammengefasst, interpretiert und bewertet.

• Schröder, Cathrin

• Schröder, Cathrin

R. Schwegmann, A. Giertler