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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.

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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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