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CLean

Wertstromübergreifende Auslegung von Bauteilreinigungskonzepten

(Projektlaufzeit April 2016 bis März 2018)

Problemstellung

Das Qualitätsmerkmal „Technische Sauberkeit“ hat sich durch die Entwicklung immer kleinerer und leistungsfähigerer Bauteile, Komponenten und Systeme zu einer Leistungsanforderung entwickelt. Technische Sauberkeit (TecSa) lässt sich allgemein als „die Abwesenheit kritischer Verschmutzungen“ definieren, welche sich negativ auf den weiteren Produktionsprozess bzw. die Funktion des Bauteils oder einer Baugruppe auswirken können. Abhängig vom System können selbst Verschmutzungen von wenigen 100 µm Größe zu einer Erhöhung der Verschleiß- und der Korrosionsanfälligkeit oder zum Ausfall eines kompletten technischen Systems führen. Unternehmen stehen zunehmend in der Verantwortung, ihre Bauteile, Komponenten und Systeme unter erhöhten Anforderungen an die TecSa zu fertigen, zu montieren und zu distribuieren.

Neben externen Kunden definieren auch Produktionsprozesse innerhalb des Wertstroms Anforderungen an die TecSa des Bauteils. Sind diese Anforderungen durch Maßnahmen zur Vermeidung von kritischen Verschmutzungen nicht erfüllbar und kann die Verschmutzungstoleranz des Kundenprozesses nicht ausgeweitet werden, entsteht ein Bedarf, die funktionell notwendige Sauberkeit durch Reinigung herzustellen. Zur Erzeugung der TecSa stehen mannigfaltige Reinigungsverfahren zur Verfügung, die in unterschiedlichen Kombinationen in einer Reinigungsanlage umgesetzt werden können. Ein Großteil dieser Reinigungsverfahren sind den nicht-konventionellen Verfahren zuzuordnen, welche auf chemisch und / oder physikalischen Wirkprinzipien basieren und eine spezifische Anlagentechnik und Infrastruktur bedürfen. Dies bringt die Fragestellung nach einer anforderungsgerechten und effizienten Integration dieser Verfahren in das Fertigungslayout mit sich. Da das Fertigungslayout zumeist mehrere Wertströme umfasst, stellt sich die Frage, ab wann vom Ideal der Segmentierung der Wertströme abgerückt werden sollte, um durch die Nutzung von Skaleneffekten im Bereich Reinigung den Erfüllungsgrad unternehmerischer Zielgrößen zu maximieren.

Entscheidend ist dabei jedoch nicht nur der Sauberkeitszustand des Bauteils am Ende des Reinigungsprozesses, sondern ebenso der Zustand am Punkt der Weiterverarbeitung oder Nutzung. Sobald die Bauteile die Reinigungsanlage verlassen, können diese durch unterschiedliche produkt-, prozess- und ressourceninduzierte Einflussgrößen rückverschmutzt werden. Die TecSa eines Bauteils ist damit ein fragiler Zustand, der prozesssicher erzeugt und entlang des Wertstroms aufrecht zu erhalten ist.

Die räumliche Organisation von Reinigungsanlagen trägt entscheidend zur Erzeugung und Erhaltung der TecSa bei und beeinflusst die Erreichung unternehmerischer Zielgrößen des Betreibers im Spannungsfeld zwischen Kosten, Zeit, Qualität, Flexibilität und Stabilität. Da bisher keine Spezifikation und Operationalisierung relevanter Charakteristika und Wechselwirkungen für diese Planungsaufgabe erfolgen, ist es aktuell nicht möglich, eine quantitative Bewertung von Reinigungskonzepten durchzuführen. Zudem zeigt sich, dass es durch den starken Einfluss der Organisation der Reinigungsanlage auf die Leistungsfähigkeit der gesamten Fertigung einer wertstromübergreifenden Betrachtung bedarf, welche mehrere einander bedingenden und beeinflussenden Betrachtungsfelder umschließt. Diese Betrachtungsfelder umfassen die Identifikation und Charakterisierung von Sauberkeitslücken (Reinigungsfälle), die Auswahl von Reinigungsverfahren und -anlagen, die Bewertung von Materialflüssen sowie der räumlichen Organisationsform und sollen im vorliegenden Forschungsvorhaben untersucht und miteinander verknüpft werden (Abbildung).

CLean Projektübersicht © IPS​/​TU Dortmund

Die Verbindung dieser Betrachtungsfelder bildet das im Vorhaben fokussierte wertstromübergreifende Bauteilreinigungskonzept. Durch diesen ganzheitlichen Ansatz und durch eine analytische Gesamtsystematik wird es ermöglicht, unterschiedliche Bauteilreinigungskonzepte zu gestalten, quantitativ zu bewerten und so auszuwählen, dass die Zielgrößen und Anforderungen des Betreibers optimal erfüllt werden.

Zielsetzung

Insbesondere im Maschinenbau sowie in der Elektronikindustrie stellt die Bauteilreinigung einen essentiellen Fertigungsprozess zur Sicherstellung der Produktqualität dar. Beide Branchen unterscheiden sich dabei grundsätzlich in Fertigungsart und Fertigungsprinzip. Während der Maschinenbau i.d.R. nach dem Verrichtungsprinzip organisiert ist, erfolgt die Elektronikfertigung überwiegend nach dem objektorientierten Fertigungsprinzip. Für beide Organisationsformen gilt es einen Ansatz zu entwickeln, um wirtschaftlich mit steigenden Anforderungen an die TecSa umzugehen, diese effizient zu erzeugen und zu erhalten.

Um den komplexen Planungs- und Entscheidungsprozess handhabbar zu machen, zielt das Forschungsvorhaben auf die Konzeption einer ganzheitlichen Systematik ab, mit deren Hilfe sauberkeitskritische Wertströme analysiert sowie die Integration und Organisation von Reinigungsanlagen gestaltet und bewertet werden können. Das Ergebnis des Forschungsvorhabens besteht aus drei wesentlichen Aspekten:

  1. Erstellung einer Analysemethodik für sauberkeitskritische Wertströme zur systematischen Identifikation von Sauberkeitslücken entlang des Wertstroms sowie die Charakterisierung in Form von Reinigungsfällen
  2. Konzeption einer Logik zur Bewertung von Bauteilreinigungskonzepten, welche die angebotenen Verfahren und deren Zuordnung zu Reinigungsfällen in verschiedenen Wertströmen hinsichtlich Faktoren wie Gesamtkosten über Laufzeit, Durchlaufzeit, Rückverschmutzungsrisiko entlang der Materialflüsse etc. bewertet.
  3. Aufbau einer eBusiness-Plattform auf der Reinigungsfälle und Angebote für Reinigungskonzepte ausgetauscht und bewertet werden können.

Vorgehensweise

Für die aufgezeigten Betrachtungsfelder werden zunächst aufbauend auf einer Anforderungsanalyse singuläre Vorgehensweisen erarbeitet. Diese bilden die Grundlage für die anschließend entwickelte Gesamtsystematik zur quantitativen Planung und Bewertung wertstromübergreifender Reinigungskonzepte.

AP Bezeichnung Ergebnis
1 Anforderungsanalyse an eine Systematik zur Gestaltung von Reinigungskonzepten  
  • Katalog von praxisrelevanten, priorisierten Anforderungen seitens Betreiber und Hersteller hinsichtlich Anwendbarkeit und Detaillierungsgrad der Analysemethodik für sauberkeitskritische Wertströme
  • Anforderungen an eine eBusiness-Plattform zur Gestaltung und Bewertung von Reinigungskonzepten seitens Anlagenbetreiber und -hersteller
 
2 Betrachtungsfeld 1 – Identifikation und Charakterisierung von Reinigungsfällen  
  • Analysemethodik für sauberkeitskritische Wertströme zur systematischen Identifikation von Sauberkeitslücken entlang des Wertstroms
  • Charakterisierung von Reinigungsfällen und Auswahl von relevanten Informationen für die Beschaffung und Integration von Reinigungsverfahren und -anlagen
  • Leitfaden zur Charakterisierung von Reinigungsfällen
 
3 Betrachtungsfeld 2 – Bewertung und Auswahl von Reinigungsverfahren und
-anlagen
 
  • Überblick über K.O.-Faktoren für den Einsatz von Reinigungsverfahren, welche aus den Charakteristika der Reinigungsfälle resultieren
  • Formalisierung des Anfrage- und Angebotsprozesses
  • Definierte Kommunikationsflüsse- und
    -zeitpunkte zwischen Betreibern und Herstellern während der Produktionssystems Neu- und Anpassungsplanung
 
4 Betrachtungsfeld 3 – Beschreibung und Modellierung der räumlichen Organisationsform durch die Aggregation von Reinigungsfällen  
  • Methoden, die unter Einbeziehung der Leistungsfähigkeit einzelner Reinigungs-verfahren und der gewichteten Entfernung Reinigungsfälle aggregieren
 
5 Betrachtungsfeld 4 – Sauberkeitsgerechte Materialflussgestaltung und -bewertung  
  • Bewertung von Materialflüssen hinsichtlich Rückverschmutzungsrisiko, Pufferbildung- und Größe, Auswirkungen von Variabilität, Kosten für Verpackung und Transport
 
6 Gesamtsystematik zur Gestaltung und Bewertung von Reinigungskonzepten  
  • Verknüpfung der Betrachtungsfelder
  • Definierte Eingabegrößen und Informationsflüsse innerhalb der Systematik
  • Logik zur Bewertung von Bauteilreinigungskonzepten
 
7 Erstellung und Validierung des Demonstrators eines Planungs- und Entscheidungsunterstützungswerkzeugs für Reinigungskonzepte  
  • eBusiness-Plattform auf der Reinigungsfälle und Angebote ausgetauscht sowie Bauteilreinigungskonzepte bewertet werden können
 

Förderhinweis

Das IGF-Vorhaben (19110) der Forschungsvereinigung Gesellschaft für Verkehrsbetriebswirtschaft und Logistik e.V. - GVB, Wiesenweg 2, 93352 Rohr wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung und -entwicklung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Anfahrt & Lageplan

Der Campus der Technischen Universität Dortmund liegt in der Nähe des Autobahnkreuzes Dortmund West, wo die Sauerlandlinie A45 den Ruhrschnellweg B1/A40 kreuzt. Die Abfahrt Dortmund-Eichlinghofen auf der A45 führt zum Campus Süd, die Abfahrt Dortmund-Dorstfeld auf der A40 zum Campus-Nord. An beiden Ausfahrten ist die Universität ausgeschildert.

Direkt auf dem Campus Nord befindet sich die S-Bahn-Station „Dortmund Universität“. Von dort fährt die S-Bahn-Linie S1 im 20- oder 30-Minuten-Takt zum Hauptbahnhof Dortmund und in der Gegenrichtung zum Hauptbahnhof Düsseldorf über Bochum, Essen und Duisburg. Außerdem ist die Universität mit den Buslinien 445, 447 und 462 zu erreichen. Eine Fahrplanauskunft findet sich auf der Homepage des Verkehrsverbundes Rhein-Ruhr, außerdem bieten die DSW21 einen interaktiven Liniennetzplan an.
 

Zu den Wahrzeichen der TU Dortmund gehört die H-Bahn. Linie 1 verkehrt im 10-Minuten-Takt zwischen Dortmund Eichlinghofen und dem Technologiezentrum über Campus Süd und Dortmund Universität S, Linie 2 pendelt im 5-Minuten-Takt zwischen Campus Nord und Campus Süd. Diese Strecke legt sie in zwei Minuten zurück.

Vom Flughafen Dortmund aus gelangt man mit dem AirportExpress innerhalb von gut 20 Minuten zum Dortmunder Hauptbahnhof und von dort mit der S-Bahn zur Universität. Ein größeres Angebot an internationalen Flugverbindungen bietet der etwa 60 Kilometer entfernte Flughafen Düsseldorf, der direkt mit der S-Bahn vom Bahnhof der Universität zu erreichen ist.

Die Einrichtungen der Technischen Universität Dortmund verteilen sich auf den größeren Campus Nord und den kleineren Campus Süd. Zudem befinden sich einige Bereiche der Hochschule im angrenzenden Technologiepark. Genauere Informationen können Sie den Lageplänen entnehmen.

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Die Einrichtungen der Technischen Universität Dortmund verteilen sich auf den größeren Campus Nord und den kleineren Campus Süd. Zudem befinden sich einige Bereiche der Hochschule im angrenzenden Technologiepark.

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