Toleranzmanagement im Entwicklungsprozeß

Toleranzmanagement im Entwicklungsprozeszlig

Reduzierung der Auswirkungen von Toleranzen auf Zusammenbauten der Automobil-Karosserien

Zur Erlangung des akademischen Grades eines

Doktors der Ingenieurwissenschaften

von der Fakultaumlt fuumlr Maschinenbau der Universitaumlt Karlsruhe

genehmigte

Dissertation

von

Dipl-Ing Martin Bohn

aus Wuumlrzburg Tag der muumlndlichen Pruumlfung 23 November 1998 Hauptreferent o Prof Dr-Ing D Spath Korreferent Prof Dr-Ing H Birkhofer

Vorwort I

Vorwort Die vorliegende Arbeit entstand als externe Promotion in meiner Zeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter der Abteilung Prozeszligkette Produktentwicklung der Daimler-Benz Forschung in Ulm Der groumlszligte Teil der Arbeit wurde in Kooperation mit der Entwicklung PKW in Sindelfingen durchgefuumlhrt Herrn o Prof Dr-Ing D Spath Leiter des Instituts Werkzeugmaschinen und Betriebstechnik der Universitaumlt Karlsruhe betreute diese Arbeit und gab mir stets die erforderlichen Impulse An dieser Stelle bedanke ich mich herzlich dafuumlr Gleiches gilt fuumlr das kompetente Korreferat von Herrn Prof Dr-Ing H Birkhofer Leiter des Institut Maschinenelemente und Konstruktionslehre der TU Darmstadt Die Herren A Katzenbach R Eiszligrich P Schneider R Winterstein H Koumlble und A Epple waren wesentliche Treiber im Themengebiet Toleranzen bei der Daimler-Benz AG und haben mich hervorragend bei meiner Arbeit unterstuumltzt Daher gilt ihnen mein Dank Bei dem Toleranzarbeitskreis sowie allen Kollegen aus der Daimler-Benz AG bedanke ich mich fuumlr die fruchtbare Zusammenarbeit Ich danke den Studenten S Fuchszlig H Jakobs Th Moumlll und Th Walter die durch ihre Studien- und Diplomarbeiten wertvolle Beitraumlge zum Gelingen geleistet haben Besonders bedanke ich mich bei meinen Eltern Herrn Dr-Ing K-H Beelich und Frau A Muumlnch die mir waumlhrend meiner Promotion jederzeit mit Rat und Tat hilfreich und kompetent zur Seite standen Stuttgart im Dezember 1998 Martin Bohn

II

Inhaltsverzeichnis III

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung 1

2 Stand der Technik 6 21 Toleranzrepraumlsentation 6

211 Normen 6 212 Datenkonzepte 6

22 Qualitaumltsmanagement 7 23 Entwicklungsprozesse 9

231 Anforderungsprofil erstellen 11 232 Vorgehensweise zur Festlegung der toleranzrelevanten Groumlszligen 12 233 Toleranzanalyse 16 234 Optimierungsstrategien 16

24 Diskussion 20

3 Entwicklungsprozeszligintegriertes Toleranzmanagement 22 31 Ziel der Arbeit 22 32 Ansatz 23

4 Festlegen der toleranzrelevanten Groumlszligen 33 41 Besonderheiten des Karosseriebaus 33 42 Vorgehensweise 33 43 Aufbaureihenfolge 36

431 Reihenfolge der Einzelteile 39 432 Ausrichten der Teile 41 433 Ort der Erzeugung der Genauigkeit 41

44 Prozeszligdurchgaumlngige Bezugsstellen 42 441 Allgemeine Randbedingungen 43 442 Anforderungen aus Herstellung und Verwendung 45

5 Streuungen des Fertigungsprozesses 49 51 Streuungsentstehung 49 52 Statistische Grundlagen und Fehlerbetrachtungen 50

521 Fehler auf Einzelteil- Fertigungsverfahrensebene 50 522 Resultierende Fehler auf Zusammenbau-Ebene 61

53 Preszligteilstreuungen 62 531 Streuungsvorhersage 62 532 Art der Tolerierung 71

54 Rohbaustreuungen 73

6 Optimierungsstrategien 76 61 Generelle Prinzipien des toleranzgerechten Konstruierens 77 62 Checklisten 78 63 Konstruktionskataloge 79

631 Aufbau der Konstruktionskataloge 79 632 Handhabung der Konstruktionskataloge 84 633 Kataloge entlang der Prozeszligkette 88

7 Toleranzanalyse 86 71 Voraussetzungen 86 72 Guumlte der Ergebnisse 87

721 Numerische Genauigkeit 87 722 Modellgenauigkeit 89

IV Inhaltsverzeichnis

8 Verifikation und Nutzen 91 81 Allgemein 91 82 Konkrete Anwendung 93

9 Zusammenfassung und Ausblick 98

10 Literaturverzeichnis 100

Anhang I A Begriffsdefinitionen I B Integration in bzw Analogie zum Qualitaumltsmanagement II C Gegenuumlberstellung von Verteilungen bei verschiedenen Stichprobengroumlszligen III D Checkliste zum toleranzgerechten Konstruieren IV E Konstruktionskataloge zum toleranzgerechten Konstruieren V F Vergleichende Streuung der Meszligpunkte der A-Saumlule (unten) XXXI G Vergleich Messung und Toleranzsimulation XXXVI

Formelzeichen und Abkuumlrzungen V

Formelzeichen

Wahrscheinlichkeit Quantile der Chi-Quadrat Verteilung d Durchmesser I Vertrauensintervall Ki Konstante Faktoren n Stichprobengroumlszlige Auslenkung Verschiebung unter Einheitslast Theoretische Standardabweichung einer Grundgesamtheit s Bestimmte Standardabweichung einer Stichprobe V Standardabweichung durch Verkippung der Bezugsebenen X X-Richtung im Fahrzeugkoordinatensystem Y Y-Richtung im Fahrzeugkoordinatensystem Z Z-Richtung im Fahrzeugkoordinatensystem

Abkuumlrzungen

MMC Maximum Material Bedingung [DIN-2692] PW Preszligwerk RB Rohbau ZB Zusammenbau bzw Baugruppe

VI

1 Einleitung 1

1 Einleitung An moderne Fahrzeuge werden immer houmlhere Anforderungen gestellt denn der Kunde erwartet eine steigende Qualitaumlt Fuumlr ihn leicht erkennbare Qualitaumltsmerkma-le die sehr stark im Mittelpunkt der Medien stehen sind beispielsweise die Gleich-maumlszligigkeit und Breite der Spalte am Fahrzeug Sie betragen zur Zeit etwa 6 mm und sollen in Zukunft um eine houmlhere Qualitaumlt zu symbolisieren auf 3 bis 4 mm verrin-gert werden [Sel-97] Bild 1 zeigt daszlig demzufolge die Toleranzen im Karosseriebau mehr als halbiert werden muumlssen Treten in einer Klasse zwei Zahlen auf wie dies bei bdquoModul-Karosseriebauldquo der Fall ist so steht der kleinere Zahlenwert fuumlr die Stan-dardtoleranz in Ausnahmefaumlllen wird auch der groumlszligere Zahlenwert zugelassen

05 075 1

05 05 05

065

033

025 025 02

Ausgangspunkt[mm]

Ist-Zustand[mm]

Planungs-Ziel[mm]

Einzelteil Unter-gruppen

Modul-Karosserie-

bau

Bild 1 Zulaumlssige Toleranzen im Karosseriebau [Sel-97]

Zusaumltzlich soll das Preis-Leistungs-Verhaumlltnis von Modell zu Modell verbessert wer-den Zur Realisierung muumlssen die Herstellungskosten sinken was nur durch houmlhere Prozeszligstabilitaumlt und effizientere Fertigungsprozesse erreicht werden kann Viele die-ser im Fertigungsprozeszlig auftretenden Probleme haben ihre Ursache in dem Zusam-menwirken der Toleranzen von Einzelteilen Ausrichtoperationen und Fuumlgeverfahren Ein weiterer Aspekt ist die Laufzeit eines Modells in der Automobilindustrie welche sich in den letzten Jahrzehnten drastisch verkuumlrzt hat (Bild 2) Dies ist die Folge der Oumlffnung der Maumlrkte der allgegenwaumlrtigen Praumlsenz der Medien sowie nicht zuletzt der gestiegenen Kaufkraft einer breiten Bevoumllkerungsschicht

2 1 Einleitung

0

2

4

6

8

10

Golf I Golf II Golf III Golf IV

Bild 2 Laufzeit eines Modells

Betrug in den 70er Jahren die Laufzeit eines Modells (Golf I) ungefaumlhr 9 Jahre wer-den es fuumlr das Jahr 2000 nur noch etwa 4 Jahre sein (Golf IV) so daszlig damit auch wesentlich weniger Zeit fuumlr die Neuentwicklung zur Verfuumlgung steht Ebenfalls wichtig ist der Zeitpunkt des Markteintritts So haben Untersuchungen er-geben [Voe-97] daszlig ein um sechs Monate verzoumlgerter Markteintritt durch eine laumlnge-re Entwicklungszeit einen erheblichen Wettbewerbsnachteil darstellt Dies verdeut-licht das folgende Bild

Abweichung

Ergebnis-einbuszlige

Entwicklungs-zeit 6 Monate

laumlnger

50 houmlhereEntwicklungs-

kosten

30 5

Bild 3 Bedeutung der Entwicklungszeit [Voe-97]

Als Folge des haumlufigeren Modellwechsels und des moumlglichst fruumlhen Markteintritts haben sich die Entwicklungszeiten fuumlr neue Modelle stark verkuumlrzt Dieser Trend wird auch in Zukunft die Entwicklung bestimmen

Zusaumltzlich zur kurzen Entwicklungszeit ist eine steile Anlaufkurve sehr wichtig dh ein moumlglichst schnelles Erreichen der erforderlichen Produktionsstuumlckzahlen um die Nachfrage des Markts gleich zu Beginn befriedigen zu koumlnnen

1 Einleitung 3

Pro

du

ktio

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tuumlck

zah

l

Zeit

Ist-StandZiel

Bild 4 Steigung der Anlaufkurve zu Serienbeginn

Die Steigung der Anlaufkurve haumlngt im wesentlichen von den Problemen ab die zu Serienbeginn auftreten Ursache hierfuumlr sind vor allem Toleranzlagen von Teilen und Anlagen sowie Teile die auszligerhalb der maszliglichen Spezifikationen liegen

Das folgende Bild zeigt zusammenfuumlhrend den zu optimierenden Zustand den Weg und die Ziele aus Toleranzsicht auf

4 1 Einleitung

Ziel

Houmlhere Qualitaumlt

Niedrigere Kosten

Zeit Kuumlrzere Entwicklungszeit Steilerer Anlauf

Dur

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Maumlngel Anlagenstillstand Prozeszliginstabilitaumlten

Mehraufwendungen Zeit Ressourcen

Nacharbeit Aufwendigere

Anlagen Puffer

Mehraufwendungen

Qualitaumltsgrenzen

Produkt

Prozeszlig

MittelZu optimierenderZustand

Reproduzierbare Fertigungs-prozesseBessere Planbarkeit

Zusaumltzlicher Nutzen

Bild 5 Anforderungen Probleme und Potentiale

Um diese Ziele zu erreichen muszlig die zeitliche und oumlrtliche Entstehung von Fehlern und deren Auswirkungen betrachtet werden In Bild 6 ist die Fehlerentstehung und -behebung uumlber der Prozeszligkette dargestellt

1 Einleitung 5

60

50

40

30

20

10

0

Kostenanteilige Fehlerqoute in []

75 der Fehler 80 derFehler

Behebungder Fehler

Entstehungder Fehler

Def

initi

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klun

g

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Fe

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ung

Pruuml

fung

Fel

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satz

Bild 6 Tendenz der Fehlerentstehung und -behebung [VDI-2247]

Fehler entstehen waumlhrend des gesamten Produktentstehungsprozesses Mit Einzel-maszlignahmen kann ihre absolute Anzahl lokal abgesenkt werden waumlhrend mit einem prozeszligdurchgaumlngigen Ansatz die ganze Kurve insgesamt auf ein niedrigeres Niveau abgesenkt werden kann Toleranzen die waumlhrend des Produktentstehungsprozesses gewaumlhrleistet werden muumlssen resultieren aus den Anforderungen des gesamten Produktlebenszyklus (Bild 7)

Toleranzen

Herstellung Nutzung Recycling

Teile-fertigung

Rohbau Montage Kauf(Eindruck)

Betrieb Service Demontage

Bild 7 Toleranzen im Produktlebenszyklus

6 2 Prozeszlig

2 Stand der Technik Der Stand der Technik zum Thema bdquoToleranzenldquo gliedert sich in vier Gebiete Die Toleranzrepraumlsentation mit den enthaltenen Normungen und Datenkonzepten bildet die Grundlage Das Qualitaumltsmanagement sowie die Entwicklungsprozeszligbe-schreibungen enthalten Teilaspekte zu diesem Thema Daruumlber hinaus existiert ein Themenkomplex der sich mit dem Umgang mit der Toleranzinformation befaszligt Bild 8 zeigt die Gliederung der verschiedenen Blickwinkel auf Toleranzen

EntwicklungsprozeszligQualitaumltsmanagement

Toleranzen Anforderungsprofil erstellen Vorgehensweise zur Festlegung Fertigungsfaumlhigkeit Toleranzanalyse Optimierungsstrategien

Toleranzrepraumlsentation Bild 8 Gliederung des Stands der Technik

21 Toleranzrepraumlsentation Die verschiedensten Formen der geometrischen und mathematischen Toleranzre-praumlsentation sind von Weber [Web-94] gegenuumlbergestellt und bewertet worden

211 Normen In der Dissertation von Schuumltte [Sch-95] ist die Historie der Normung der Form- und Lagetoleranzen aufgezeigt Die Haumlufigkeit mit der sich die Normen aumlndern bzw neue hinzukommen zeigt daszlig sich dieses Thema in der Entwicklung befindet

212 Datenkonzepte Das aktuelle Ziel in der Softwareindustrie ist es die Durchgaumlngigkeit der Daten zu-mindest ansatzweise zu realisieren Ein Beispiel dafuumlr ist der Closed Loop Prozeszlig Die in der Konstruktion erzeugten CAD-Daten werden dabei in den nachfolgenden Bereichen genutzt Analog ist dies auch fuumlr die CAP-Daten guumlltig Aus der Qualitaumlts-kontrolle flieszligen die gewonnenen Informationen in Form von Meszligwerten in die Kon-struktion zuruumlck (Bild 9)

Konstruktion Arbeitsvorbereitung FertigungCNC-Verfahren

QualitaumltskontrolleCNC-Messung

CAD

CAP

Bild 9 Closed Loop Prozeszlig

2 Prozeszlig 7

Parallel dazu existieren in der Forschung die verschiedensten Ansaumltze fuumlr ein bdquoInte-griertes Produktmodellldquo das die Daten der verschiedenen CAX-Technologien zu-sammenfaszligt und somit eine Kopplung der CAX-Teilsysteme erreicht (Bild 10)

CAD (Konstruktion)

Festlegen von Geometrie Toleranzen Material

Bestimmen von Schneidkonturen

IntegriertesProduktmodell

GeometrieTechnologieToleranzenFertigungsmittel

CAP (Arbeitsplanung)

Bearbeitungsschritte definieren Bahn festlegen Technologie festlegen

Bearbeitungsreihenfolge festlegenNC Programm generieren undsimulierenPruumlfarbeitsgaumlnge festlegen

CAM (Fertigung)

DNC-Betrieb Einrichten Laserschneiden

CAQ (Qualitaumltskontrolle)

Maszlighaltigkeit Formgenauigkeit Sichtpruumlfung

Bild 10 Prinzip der datenbankorientierten Kopplung von bestehenden Teilsystemen

auf der Basis eines integrierten Produktdatenmodells [Mil-94]

Uumlber die geometrische Toleranzrepraumlsentation hinaus ist ein standardisiertes Kon-zept der Prozeszligbeschreibung erforderlich Hier hat sich noch kein Standard durch-gesetzt

22 Qualitaumltsmanagement Die DIN 55350 Teil 11 [DIN-55350] definiert das Qualitaumltsmanagement wie folgt bdquoQualitaumltsmanagement ist die Benennung fuumlr den Oberbegriff der Gesamtheit der qualitaumltsbezogenen Taumltigkeiten und Zielsetzungenldquo Nach der VDI 2247 [VDI-2247] und Pfeifer [Pfe-93] beschraumlnken sich die wesentli-chen Methoden des praumlventiven Qualitaumltsmanagements auf die in Bild 11 aufgefuumlhr-ten

8 2 Prozeszlig

Bild 11 Methoden des praumlventiven Qualitaumltsmanagements [VDI-2247]

Diese Methoden des praumlventiven Qualitaumltsmanagements sind dort ausfuumlhrlich be-schrieben Toleranzen sind dabei ein Teilaspekt des Themenkomplexes Qualitaumlt Sie sind hier auf die statistische Tolerierung (im Gegensatz zur bdquoworst-caseldquo Tolerierung) reduziert Laut [Pfe-93] gehoumlrt zweifellos die systematische Toleranzauslegung zu den wichtigen Methoden fuumlr ein erfolgreiches Qualitaumltsmanagement Schrems Hirschmann und Lechner gehen sogar noch etwas weiter und postulieren bdquoein Quali-taumltsinformations-System besteht aus den 3 Komponenten Toleranzanalyse-System Toleranzsynthese-System Toleranzinformations-Systemldquo [Sch-94c]

2 Prozeszlig 9

23 Entwicklungsprozesse Die Betrachtung des Entwicklungsprozesses erfolgt in zwei Stufen Zunaumlchst wird er global vorgestellt und dann werden die einzelnen toleranzrelevanten Schritte naumlher betrachtet Der Begriff der Produktentwicklung wird in der Literatur unterschiedlich definiert Spur [Spu-94] stellt die verschiedenen Definitionen von Kesselring [Kes-51] Opitz [Opi-71] Koller [Kol-85] VDI 2222 [VDI-2222] Pahl Beitz [Pah-93] VDI 2221 [VDI-2221] und Heyde [Hey-87] gegenuumlber die sich hauptsaumlchlich in ihrem Fokus unter-scheiden Bild 12 nach Spur zeigt den seiner Ansicht nach prinzipiellen Ablauf der Produktent-wicklung in einem sehr breiten Spektrum

Produktplanung

Produktkonstruktion

Prototypfertigung

Produktionsplanung

Produkterprobung

WissensbasisMarktwissen

WirkprinzipienwissenProduktionswissen

Modell derProdukteigenschaften

Gestaltetes funktionalesProduktmodell

Produktionswissen

Produktwissen

VollstaumlndigesProduktmodell

Mo

delli

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has

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Bild 12 Prozeszlig aus Sicht der Produktentstehung [Spu-94]

Dieser Ablauf beinhaltet sowohl das Produkt als auch den Fertigungsprozeszlig Konkre-tisierungen fuumlr den Produktplanungs- und Produktkonstruktionsprozeszlig finden sich ua bei Birkhofer [Bir-93]

10 2 Prozeszlig

In Anlehnung daran wird in Bild 13 die Vorgehensweise sowohl fuumlr Neu- als auch Anpassungskonstruktionen dargestellt

Erarbeiten eines maszligstaumlblichenGesamtentwurfs(Feingestalten)

Erstellen derAnforderungsliste

Klaumlren der Aufgabe

Aufgabe

Festlegen der Funktionen

Ermitteln der Loumlsungenfuumlr die Funktionen

Erarbeiten von prinzipiellen(Gesamt-) Loumlsungen

Erstellen derFertigungsunterlagen

Produktdokumentation

Erarbeiten einesgrobmaszligstaumlblichen Vorentwurfs

(Grobgestalten)

Anforderungsliste

Geklaumlrte Aufgabe

Funktionsstruktur

Wirkstruktur

BaustrukturErarbeiten eines maszligstaumlblichen

Gesamtentwurfs(Feingestalten)



Aufgabe




(Grobgestalten)

Anforderungsliste

Geklaumlrte Aufgabe

Baustruktur

AnpassungskonstruktionNeukonstruktion

ErgebnisseErgebnisse

Bild 13 Vorgehensweise fuumlr Neu- und Anpassungskonstruktionen

Der vollstaumlndige Ablauf einer Neukonstruktion wird ia in der Automobilindustrie nicht verwendet da in der Regel jedes Fahrzeug auf einem Vorgaumlnger basiert Daher kommt in der Praxis der Ablauf zur Anpassungskonstruktion zur Anwendung

2 Prozeszlig 11

Die Zehnerregel der Fehlerkosten [Pfe-93] zeigt sehr deutlich daszlig die Qualitaumltssi-cherung bereits zu Beginn des Entwicklungsprozesses einsetzen muszlig

Entwickelnund

Planen

Beschaffenund

Herstellen

-101-

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100-Kos

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Fehlerverhuumltung Fehlerentdeckung

Pla

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Bild 14 Zehnerregel der Fehlerkosten

Zur Zeit flieszligen die Toleranzinformationen vielfach nur in eine Richtung es fehlt der Informationsruumlckfluszlig in vorgelagerte Bereiche der Prozeszligkette (Bild 15) und somit wird der Schritt von der Fehlerentdeckung zur -verhuumltung unnoumltig erschwert

Konstruktion

FunktionalerforderlicheToleranzen

TFerf

Arbeitsvorbereitung

GeeigneteFertigungsprozesse

TProzeszligltTFerf

Fertigung

Teilefertigung nachVorgaben

Istmaszlige

Qualitaumltskontrolle

Maszligkonrolle

Maszligabweichungen

Toleranzinformationen

Fun

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Gu

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Bild 15 Einbahnstraszlige der Toleranzinformation [Hol-94]

Die Punkte innerhalb des Entwicklungsprozesses die detailliert aus Toleranzsicht betrachtet werden muumlssen sind die folgenden

Anforderungsprofil erstellen Vorgehensweise zur Festlegung der toleranzrelevanten Groumlszligen definieren Fertigungsfaumlhigkeit ermitteln Toleranzanalyse uumlberpruumlfen Optimierungsstrategien entwickeln

231 Anforderungsprofil erstellen Bei den Anforderungen an die Guumlte einer Gesamttoleranz ist zwischen technisch-funktionalen und visuell erforderlichen Toleranzen zu unterscheiden Die Wahl der Toleranzen erfolgt in der Regel erfahrungsbezogen seltener auf der Basis rechneri-scher Analysen [Fra-94] bei visuell erforderlichen Toleranzen wird die Rechnung in der Regel durch ein Experiment ersetzt Eine konstruktionsmethodische Unterstuumltzung bei der Quantifizierung der Anforde-rungen gegeneinander bietet das Verfahren der Quality Function Deployment (QFD) [Van-89]

12 2 Prozeszlig

232 Vorgehensweise zur Festlegung der toleranzrelevanten Groumlszligen

Fuumlr den Konstrukteur sind konkurrierende Anforderungen nach einer funktional opti-malen sowie einer fertigungstechnisch durchfuumlhrbaren und kostenguumlnstigen Loumlsung ein haumlufig schwierig zu loumlsender Konflikt [Jor-91] Daher wird eine Vorgehensweise benoumltigt die den Konstrukteur in diesem Konflikt unterstuumltzt Die methodische Tolerierung nach Jorden und Schuumltte laumluft folgendermaszligen ab

I Tolerierungsrelevante Formelemente

II Definition der Lagetoleranzen

III Definition der Bezuumlge

IV Definition der Formtoleranzen

V Variation der Toleranzzone

VI Anwendung des MMC

VII Festlegung der Toleranzwert

VIII Toleranzeintragung

Bild 16 Phasen der Methodik [Sch-94b]

Ein- und zweigliedrige Toleranzen (Toleranzketten) werden in den Normen behan-delt Hier sei zum Beispiel auf das Einheitswellesystem verwiesen [DIN-7155] [DIN-58700] Fuumlr die mehrgliedrigen Toleranzketten gibt es die beiden folgenden Vorge-hensweisen Die Festlegung nach Pfeifer [Pfe-93] beschreibt den Weg zur tolerierten Konstruktion sowohl fuumlr den Fall der konventionellen Tolerierung (bdquoworst-caseldquo) als auch fuumlr den Fall der statistischen Tolerierung (Bild 17)

2 Prozeszlig 13

Konstruktionszeichnung

Tolerierung derEinzelelemente

Mehrgliedrig

Berechnung derGesamttoleranz

Gesamttol zu eng

Toleranzfeldausgenutzt

Verengung derEinzeltoleranz

Erweiterung derEinzeltoleranz

KONVENTIONELL

Statistik

ENDE

Normen


Beibehaltung


Neue Gesamttolfestlegen

STATISTISCH

Feststellung derVerteilungsart

Untersuchung derFertigungsprozesse

ja

nein

nein

nein

ja

ja

nein

ja

ja

nein

neinja


Bild 17 Vorgehensweise bei der Toleranzermittlung [Pfe-93]

Das Ablaufdiagramm nach Franke [Fra-94b] bezieht sich zwar auf die rechner-unterstuumltzte Toleranzsynthese stellt aber dennoch eine allgemeine Vorgehensweise dar denn die Synthese kann mit dem Festlegen der relevanten Groumlszligen gleichgesetzt werden

Schlieszligmaszlig-toleranzkorrekt

Start

Toleranzketteanalysieren

Toleranzketteaufstellen

ja

nein

Ende

Einzeltoleranzen aufteilenund optimieren

Toleranzempfindlichkeitermitteln

Bild 18 Ablaufdiagramm der rechnerunterstuumltzten Toleranzsynthese [Fra-94b]

Auf einer houmlheren Abstraktionsebene beschreibt die Toleranzstrategie nach [Dcs-96] die Vorgehensweisen zur Festlegung der toleranzrelevanten Information und die Nutzung dieser

14 2 Prozeszlig

Unterstuumltzung

Serienanlauf und Serie

Analyse SerienteileWerkzeuge Aufnahmenund Aufbaufolge

Optimieren derEinzelteiltoleranzen undBezugsstellen

Umsetzen Absichern von

Konstruktion und Prozeszlig

Entwickeln verschiedenerAufbaufolgen

Auswahl

Zieldefinition Kollektives

Einverstaumlndnis

Managementbeschluszligund Unterstuumltzung

StrategischeVorgehensweise

Analyse PrototypenteileWerkzeuge Aufnahmenund Aufbaufolge

Feed-Back-Schleife

Modellierungder Simulation1-D und 3-D

Datenbeschaffung undAnalyse

Bild 19 Toleranzstrategie [Dcs-96]

Dieser Ablauf deckt die Vorgehensweise vom Managementbeschluszlig bis zur Serien-fertigung ab Die Kernpunkte sind Definition und Absicherung der Aufbaureihenfolge sowie Optimierung der Einzelteiltoleranzen und Bezugsstellen Die konkrete Vergabe der Einzeltoleranzen (Toleranzsynthese) kann auf verschiede-ne Arten erfolgen

1 Gleichmaumlszligige Aufteilung der zur Verfuumlgung stehenden Summentoleranz 2 Geometrische Aufteilung der zur Verfuumlgung stehenden Summentoleranz 3 Anwendung von Toleranz-Kosten-Modellen

Bei der Verwendung von Toleranz-Kosten-Modellen werden allen Toleranzen die Kosten in Abhaumlngigkeit von der Genauigkeit zugewiesen und das Kostenoptimum aller Toleranzen fuumlr die gewuumlnschte Zusammenbautoleranz gesucht In einem Toleranz-Kosten-Modell fuumlr die Fertigung sind die folgenden Aspekte be-ruumlcksichtigt [Zha-93a]

Genauigkeit der Maschine Genauigkeit der Aufnahme Genauigkeit des Werkzeugs Einstellfehler Verformung des Maschinensystems unter aumluszligerer Last Thermische Verformung Meszligfehler Materialunreinheiten

Das Diagramm in Bild 20 zeigt einen typischen Zusammenhang zwischen dem Ferti-gungsverfahren der Toleranz und den Kosten Die Kosten einer Toleranz sind defi-

2 Prozeszlig 15

niert als Ausgaben die notwendig sind um eine bestimmte Genauigkeit zu erreichen [Abd-94]

Bild 20 Toleranz ndash Kosten Zusammenhang [Xue-93]

Aumlhnliche Ansaumltze gibt es auch von Dong [Don-91] Zhang [Zha-93a] und Yeo [Yeo-96] Sie unterscheiden sich in den betrachteten Verfahren und der Darstellung Dong Xue und Yeo stellen Diagramme Zhang hingegen mathematisch beschriebe-ne Kurven zur Verfuumlgung Von Anderson [And-90] und Abdel-Malek [Abd-94] werden jeweils diskrete Kostenansaumltze mit einem Wert je Verfahren vorgestellt Die Berech-nungsverfahren bei der Suche nach dem Optimum werden von Dong [Don-91] Zhang [Zha-92] und Nagarwalla [Nag-94] beschrieben Prinzipiell sind Toleranz-Kosten-Modelle der sinnvollste Ansatz da die Berechnung und Bewertung der allen Qualitaumltselementen und Qualitaumltszielen zugeordneten Ko-sten stets eine wichtige Uumlberlegung sein muszlig mit dem Ziel der Minimierung von Qualitaumltseinbuszligen [DIN-9004] Bild 21 zeigt die bdquooptimale Toleranzsynthese durch einen generischen Algorithmus (GA)ldquo nach Kanai [Kan-95] die Toleranz-Kosten-Modelle beinhaltet

16 2 Prozeszlig

Type of tolerancesamp their values oneach component

Pair of features forstack-up evaluation

Assembly structuremodel

Conversion toconstraint condition

Search for featurechain

ObjectivefunctionInequalities

amp equalitiesFeature chainfor stack-up

Linear Programming

Worst-casestack-up values

Limit of stack-upvalue

Simplexmultipliers

Toleranceanalysis module

GAparameters

Genericoperators

Evaluation of fitnessfunction

Evaluation ofmanufacturing costs

Generation of initialallocation

Gene pool

Tolerance synthesis module

Lot size

Optimum toleranceallocation

Total manufacturingcosts

Processoptimization

Machiningcost-tolerance

model

Inspectioncost-tolerance

model

Assembliingcost-tolerance

model

Cost-tolerancemodel database

Bild 21 Optimale Toleranzsynthese durch einen generischen Algorithmus (GA)

Hier wird das Zusammenspiel von Toleranzanalyse -synthese und Kostenmodellen aufgezeigt

233 Toleranzanalyse Es existieren in der Literatur zu Dutzenden Algorithmen um Toleranzanalysen1 (Schlieszligmaszligrechnungen) durchzufuumlhren Ein Vergleich der gaumlngigsten Verfahren findet sich in [Ngo-94] In der kommerziellen Software hat sich die Monte Carlo Simu-lation wegen ihrer Einfachheit und der Freiheit der Verteilungsarten durchgesetzt Post Beiter und Busick [Pos-91] [Bus-95] belegen am Beispiel eines Spritzguszligteils daszlig die Toleranzsimulation nicht den exakten Wert der Streuung vorhersagen kann aber dennoch in einem sinnvollen Bereich liegt

234 Optimierungsstrategien Nach Ngoi [Ngo-97] beinhaltet die Toleranzoptimierung die folgenden Schritte

1 Identifikation und Formulierung der Toleranzketten 2 Definition der kritischen Einzelteiltoleranzen 3 Definition des mathematischen Modells das Anforderungen und Rand-

bedingungen enthaumllt 4 Loumlsung des mathematischen Modells mittels eines linearen Programmie-

rungsansatzes

1 Toleranzanalyse und Toleranzsimulation werden in der Literatur gleichbedeutend verwendet

2 Prozeszlig 17

Bei bekannten Zusammenhaumlngen der Wirkgroumlszligen (mit abzaumlhlbaren diskreten Wer-ten) auf die Toleranz kann nach Kapur [Kap-88] eine Optimierung der Produktkon-struktion und des Prozeszliganlaufs mittels des Design of Experiments [Tag-86a] und der Taguchi Methode [Tag-86b] durchgefuumlhrt werden Dieses Verfahren wird auch von Kusiak und Feng [Kus-95] zur Toleranzsynthese vorgeschlagen Daruumlber hinaus existieren noch allgemeine Prinzipien und Konstruktionskataloge zur toleranzgerechten Gestaltung die im Folgenden dargestellt werden

2341 Allgemeine Prinzipien Die toleranzgerechte Gestaltung von Bauteilen ist ein Teilaspekt der fertigungs- und montagegerechten Gestaltung Die Einengung der Toleranzen von Baugruppen um den Faktor zehn verursacht uumlblicherweise Kostensteigerungen um denselben Faktor oder mehr [Kol-95] Deshalb gilt bei der Vergabe von Toleranzen der Grundsatz bdquoSo eng wie noumltig und so grob wie moumlglichldquo [Abd-94] Neben den ganz allgemeinen Gestaltungsregeln wie zB bdquoDoppelpassung vermei-denldquo gibt es einige generelle Prinzipien des toleranzgerechten Konstruierens die eine besondere Bedeutung fuumlr den Karosseriebau haben Diese werden hier einge-hender erlaumlutert 3-2-1-Verfahren Um die sechs Freiheitsgrade eines starren Koumlrper im Raum statisch bestimmt einzu-schraumlnken werden sechs Punkte (Bezugsstellen) benoumltigt Die ersten drei spannen die Primaumlrebene auf Die naumlchsten zwei Punkte bilden die Sekundaumlrebene die nor-mal auf der Primaumlrebene steht Durch den letzten Punkt ist die Tertiaumlrebene die normal zu den beiden anderen Ebenen liegt definiert Dies visualisiert Bild 22

Primaumlr 1

Sekundaumlr 4

Primaumlrebene

Sekundaumlrebene

Tertiaumlrebene

Primaumlr 2

Primaumlr 3

Sekundaumlr 5

Tertiaumlr 6

Bild 22 Das 3-2-1-Verfahren

Die Bezugsstellen sollten so weit wie moumlglich voneinander entfernt angeordnet wer-den um eine stabile Auflage des Bauteils zu gewaumlhrleisten [Dcs-96] Bei labilen Bauteilen wie zum Beispiel groszligflaumlchigen Karosserieteilen kann es not-wendig sein mehr als sechs Bezugsstellen zur Freiheitsgradeinschraumlnkung zu waumlh-len um eine Verformung durch die Schwerkraft zu verhindern

Durchgaumlngige Aufnahme Um die Streuungen der verschiedenen Bezugsstellen zueinander zu minimieren ist es sinnvoll ein Bauteil innerhalb der verschiedenen Fertigungszellen immer an den-selben Stellen aufzunehmen Verschiedene Hersteller haben dazu Verfahren entwic-kelt zB hat die Volkswagen AG hierzu ein Referenzpunktsystem im Einsatz [VW-97] Nach jeder Fuumlgeoperation muumlssen zur statischen Bestimmtheit Bezugsstel-len wegfallen Die verbleibenden Bezugsstellen werden nach dem 3-2-1-Verfahren an bisher schon genutzten Bezugsstellen angeordnet Um die Streuungen des Bau-teils bestimmen zu koumlnnen muumlssen die selben Bezugsstellen auch fuumlr die Vermes-sung des Bauteils genutzt werden

18 2 Prozeszlig

Einstellbarkeit mit Schiebeflanschen Durch eine geeignete Konstruktion der Karosseriebauteile koumlnnen Moumlglichkeiten zum Ausgleich von Preszligteilstreuungen vorgesehen werden Bei Verbindungen von zwei Blechteilen kann der Ausgleich uumlber Schiebeflansche ermoumlglicht werden Sie muumls-sen allerdings in der Kontaktflaumlche eben sein damit sie sowohl exakt einstellbar sind als auch die Streuung nicht in andere Raumrichtungen uumlbertragen Zwei Beispiele fuumlr die Anwendung von Schiebeflanschen sind nachfolgend darge-stellt

Kritische Richtung

Ausgangssituation ToleranzoptimierterZustand

Bild 23 Anwendungsbeispiele fuumlr den Einsatz von Schiebeflanschen

Spannungsfreies Fuumlgen In der Rohbauanlage wird der Zusammenbau unter Vermeidung von Spannungen und Verformungen gefuumlgt Dies setzt voraus daszlig keine Verblockungen vorhanden sind

2342 Konstruktionskataloge Mit Konstruktionskatalogen lassen sich mehrere Aufgaben loumlsen [Rot94]

Das Spektrum moumlglicher Loumlsungen wesentlich vergroumlszligern Die Auswahl besonders geeigneter Loumlsungen erleichtern Das systematische und gezielte Vorgehen unterstuumltzen

Nach Franke [Fra-94] erscheint die Verarbeitung von empirischer Toleranzinformati-on in Konstruktionskatalogen nach VDI 2222 Blatt 2 sehr sinnvoll Gestaltungsregeln zur toleranzgerechten Gestaltung werden von Koller [Kol-94] in Form einer tabellarischen Loumlsungssammlung veroumlffentlicht (Auszug in Bild 24)

2 Prozeszlig 19

Bild 24 Tabellarische Loumlsungssammlung zur toleranzgerechten Gestaltung [Kol-94]

Die Sammlung enthaumllt Gestaltungsregeln zur Toleranzoptimierung im Maschinenbau die nur in bestimmten Faumlllen auf den Karosseriebau uumlbertragen werden koumlnnen Auch ist es nicht moumlglich die passende Gestaltungsregel schnell zu finden da die Sammlung nicht uumlber einen Gliederungs- bzw Zugriffsteil verfuumlgt

20 2 Prozeszlig

24 Diskussion Die Diskussion des Stands der Technik wird zweistufig durchgefuumlhrt Zunaumlchst wird das globale Bild beschrieben und danach auf die einzelnen Teilgebiete eingegangen Zu Toleranzen im Karosseriebau ergibt sich kein globales Bild zu dem sich die ein-zelnen Teilbereiche schluumlssig zusammenfuumlgen Statt dessen wirken die Ansaumltze zu Toleranzen wie ein Puzzle in dem einzelne Steine fehlen oder nicht zusammenpas-sen

Bild 25 Stand der Technik

In den vielen Teilbereichen finden rege Forschungsaktivitaumlten statt oder es haben sich bereits gaumlngige Standards Methoden etc herausgebildet Die Toleranzrepraumlsentation bildet die Basis auf der alle Aktivitaumlten zum Thema Tole-ranzen aufbauen Das Ziel eines maszlighaltigen Produkts beeinflussen die verschiede-nen Repraumlsentationsarten nur wenig da die Vorgehensweisen die zu einem maszlig-haltigen Produkt fuumlhren von der Repraumlsentationsart weitgehend unabhaumlngig sind Im Qualitaumltsmanagement wird bereits auf die statistische Vergabe (Repraumlsentation) von Toleranzen eingegangen Eine Vorgehensweise wie die Vergabe moumlglichst op-timal erfolgen kann fehlt Die globale Betrachtung der Entwicklungsprozesse fuumlhrt zu der Erkenntnis daszlig je fruumlher Toleranzen behandelt werden desto kostenguumlnstiger das Produkt wird und

2 Prozeszlig 21

desto fruumlher der Markteintritt stattfinden kann Wie sich die Effekte des Simultaneous Engineering auf die Toleranzvergabe auswirken wird nicht beschrieben Bei technischen Aspekten koumlnnen Toleranzrechnungen durchgefuumlhrt werden um das Anforderungsprofil zu erstellen Fuumlr visuelle und aumlsthetische Aspekte bleibt mo-mentan nur der physikalische Versuchsaufbau mittels Prototypen Die Vorgehensweise zur Festlegung der toleranzrelevanten Groumlszligen erstreckt sich auf die Bereiche des Toleranzeintrags und der Optimierung der Zahlenwerte fuumlr die einzelnen Toleranzen Besonders diese Optimierung ist fuumlr den Karosseriebau schwierig weil keine Toleranz-Kosten-Modelle fuumlr Umformverfahren existieren Da-bei muszlig beruumlcksichtigt werden daszlig nicht die Preszligteiltoleranz relevant ist sondern ein maszlighaltiges Endprodukt gefordert ist Daher muszlig der Schwerpunkt auf den Aus-wirkungen der Fuumlgeoperationen liegen Zur Toleranzanalyse gibt es die verschiedensten Rechenverfahren Die Uumlbertragbar-keit der Simulationsergebnisse auf die Realitaumlt im Bereich des Karosseriebaus ist noch zu zeigen Dies ist besonders unter Beruumlcksichtigung der Elastizitaumlten und des nicht vollstaumlndig umgesetzten spannungsfreien Fuumlgens zu verifizieren Optimierungsstrategien im Hinblick auf toleranzgerechte Gestaltung existieren nur fuumlr den spanenden Maschinenbau insbesondere fuumlr Welle-Nabe-Verbindungen Metho-dische Hilfsmittel die auf die Besonderheiten des Karosseriebaus Ruumlcksicht neh-men fehlen

22 3 Entwicklungsprozeszligintegriertes Toleranzmanagement

3 Entwicklungsprozeszligintegriertes Toleranzmanagement

31 Ziel der Arbeit Dem generellen Ziel der Optimierung der Produktentwicklung im Spannungsfeld von Zeit Kosten und Qualitaumlt wird in der vorliegenden Arbeit durch die Entwicklung eines durchgaumlngigen Toleranzmanagements Rechnung getragen Die Begriffsdefinition bdquoToleranzmanagementldquo ist in Analogie zu der Definition bdquoQualitaumltsmanagementldquo in VDI 2247 [VDI-2247] bzw DIN 55350 T11 [DIN-55350] und DIN ISO 8402 [DIN-8402] zu sehen Die Zusammenhaumlnge sind in Anhang B dargestellt Das konkrete Ziel der Arbeit hat zwei Aspekte die Verbesserung des Prozesses so-wie des Produkts durch die Beruumlcksichtigung von Toleranzen Der Prozeszlig besteht dabei vereinfacht aus den Teilen Entwicklung Serienanlauf und Serienproduktion Bild 26 zeigt die zugeordneten Ziele im einzelnen

Entwicklung kuumlrzere Entwicklungszeit

geringere Aumlnderungskosten

Entwicklungsprozeszligdurchgaumlngige Toleranzverarbeitung

Aktualitaumlt Nachvollziehbarkeit Transparenz Voll-staumlndigkeit Vorhersagbarkeit abgesicherte Aussagen

Serienanlauf steilerer Serienanlauf

Serienproduktion geringere Herstellungskosten

Prozeszlig

Produkt

houmlhere Produktqualitaumlt (impliziert houmlheren Kundennutzen)

Bild 26 Ziele der Arbeit

Das zu erarbeitende Toleranzmanagement beinhaltet alle Aktivitaumlten entlang des Entwicklungsprozesses die zu einem toleranzoptimierten Produkt und Prozeszlig bei-tragen Dazu werden bestehende Entwicklungsprozesse untersucht der Themen-komplex bdquoToleranzenldquo analysiert und das sich daraus ergebende Toleranzmanage-ment in den Entwicklungsprozeszlig integriert Daruumlber hinaus werden die zusaumltzlich erforderlichen Hilfsmittel und Optimierungsstrategien entwickelt

3 Entwicklungsprozeszligintegriertes Toleranzmanagement 23

32 Ansatz Die Anforderungen an das Toleranzmanagement koumlnnen erst nach der Untersu-chung eines realen Fahrzeugentwicklungsprozesses aufgestellt werden Damit ergibt sich die folgende Vorgehensweise zur Integration von Toleranzen in den Entwick-lungsprozeszlig

Untersuchen der Vorgaumlnge entlang der Entwicklungsprozeszligkette im Hinblick auf Toleranzen

Analyse der Defizite und Ableiten der Potentiale Erstellen von Anforderungen Erarbeiten eines entwicklungsprozeszligintegrierten Toleranzmanagements Einfuumlhrung des Toleranzmanagements

Im Rahmen eines Prozeszligaudits wurde der Fahrzeugentwicklungsprozeszlig eines deut-schen Automobilherstellers untersucht Waumlhrend des Entwicklungsprozesses laufen viele Aktivitaumlten parallel zueinander ab dh er ist stark von Simultaneous Engineering gepraumlgt Die einzelnen Aktivitaumlten sind durch einen mit der Zeit zunehmenden Detaillierungsgrad gekennzeichnet Dies ist vereinfacht in Bild 27 dargestellt

Detaillierungsgrad

0 1

bull

bull

bull

Werkzeugkonstruktion

Rohbauplanung

Preszligwerkplanung

Serienentwicklung

Vorentwicklung

Design

Zeitachse

Wechselwirkungen

Bild 27 Effekte des Simultaneous Engineering (Schwaumlrzungsgrad = Detaillierungsgrad)

Die starke Parallelisierung der Ablaumlufe erzeugt hohe Wechselwirkungen So bewir-ken zB Aumlnderungen der Konstruktion Planungsaumlnderungen und umgekehrt Im Mittelpunkt des Entwicklungsprozesses steht die Konstruktion des Fahrzeugmo-dell (siehe Bild 28) Parallel zu ihr laufen die Untersuchungen in denen die Konstruk-tion auf ein entwicklungsstandtypisches Merkmal wie zB Baubarkeit2 zur Erreichung bestimmter Meilensteine gepruumlft wird Diese Ergebnisse flieszligen zuruumlck in die Fahr-zeugkonstruktion und koumlnnen dort Aumlnderungen hervorrufen Toleranzen werden zu verschiedenen Zeitpunkten in verschiedenen Bereichen be-handelt Sie sind aber nicht in der Prozeszligkette verankert das bedeutet daszlig diese Bereiche nicht automatisch uumlber Konstruktionsaumlnderungen informiert werden und diese daher nicht beurteilen koumlnnen Ein Beispiel hierfuumlr sind die Toleranzspezifika-tionen der Rohbauplanung fuumlr das Spann- und Fixierkonzept Die Rohbauplanung wird nicht automatisch uumlber die Aumlnderungen des Fahrzeugs informiert Daher fehlt hier die Moumlglichkeit die geaumlnderten Anforderungen auf Machbarkeit zu uumlberpruumlfen 2 In der Baubarkeitsuntersuchung wird uumlberpruumlft ob die Teile eines Fahrzeugs statisch zusammen-

passen (Packaging) bzw sich ein- und ausbauen lassen


Zei

t

Meilensteine

Fah

rdy

nam

ik

Des

ign

DM

U3

Fah

rzeu

gm

od

ell

Cra

sh

Fah

rdy

nam

ik

D

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n

DM

U

Fah

rzeu

gm

od

ell

Cra

sh

Ist-Zustand Zielvorstellung

Kontinuierliches Anpassen anneue Staumlnde und Vorschlagenvon Verbesserungen

To

lera

nz

To

lera

nz

GesamterEntwicklungsprozeszlig


Untersuchungen

Bild 28 Ist-Zustand und Zielvorstellung des Entwicklungsprozesses aus Untersuchungssicht

Aus3 Bild 28 kann eine Zielvorstellung abgeleitet werden Toleranzen muumlssen durch-gaumlngig betrachtet werden und der Arbeitskreis der das Toleranzmanagement durch-fuumlhrt muszlig staumlndig die Aumlnderungen der Konstruktion beruumlcksichtigen sowie Verbes-serungen vorschlagen koumlnnen Die Anforderungen an das Toleranzmanagement im einzelnen sind Durchgaumlngige Integration in den Fahrzeugentwicklungsprozeszlig Quality Gates analog der Meilensteine der uumlbrigen Untersuchungen Kontinuierliches Beruumlcksichtigen der Effekte parallel laufender anderer

Prozesse Transparenz Uumlbersichtlichkeit Unterschiedliche CAD-Reifegrade Detaillierungsgrade beruumlcksichtigen

Aus den Anforderungen und den Zielen (Kap 31) wurde im Rahmen dieser Arbeit der folgende Ablauf fuumlr das entwicklungsprozeszligintegrierte Toleranzmanagement er-arbeitet angewendet und verfeinert

3 Digital Mock Up (DMU) ist ein digitaler Prototyp an dem vor allem Untersuchungen zur statischen

und dynamischen Baubarkeit durchgefuumlhrt werden


Aumlndern derAufbaureihenfolgeund Bezugsstellen

Variieren derAufbaureihenfolgeund Bezugsstellen

Aumlndern desKonzepts

MarketingVerkaufVorentwicklung

Konzeptphase

Vorentwicklung

GestaltungsphaseSerienentwicklung

Konstruktion

Produktion

Konstruktions-freigabe

LastenheftFreigabe

Projektbeschluszlig

Fer

tig

un

gs

-Kn

ow

-Ho

w

Beruumlcksichtigen derAnforderungen ausBaubarkeit Crash uswbei neuen Konstruktions-staumlnden ist Ruumlckspringenbis zu diesem Punkterforderlich

Design

Festlegen der Auszligenhaut (indirektes) Bestimmen des Toleranzverhaltens

Nutzen derToleranzinformation

Definieren vonAnforderungen

Validieren

Optimierender Aufbaureihenfolge

und Bezugsstellen

Konzipieren Entwerfen

Rahmenheft

EntwurfToleranzkonzept

Aufbaureihenfolgeerste Bezugsstellen

VorlaumlufigesToleranzkonzept

Detaillieren

DetailliertesToleranzkonzept

OptimiertesToleranzkonzept

Validieren

ValidiertesToleranzkonzept

Definieren vonMeszligstrategie

Meszligpunktdatei

MeszligstrategieMeszligpunktdatei

Bild 29 Entwicklungsprozeszligintegriertes Toleranzmanagement (Uumlbersicht)

Im Rahmenheft4 sind die festgelegten Anforderungen an ein neues Fahrzeug doku-mentiert Aus den Anforderungen und den gewonnenen Erfahrungen aus Vorgaumlnger-fahrzeugen wird in der Konzeptphase der Entwurf eines Toleranzkonzepts mit der Aufbaureihenfolge und den ersten Bezugsstellen (-bereichen) erarbeitet Dieses Konzept wird unter Beruumlcksichtigung anderer Einfluumlsse wie Baubarkeit Crash usw validiert und optimiert denn parallel zu dem dargestellten Toleranzmanagementpro-zeszlig verlaufen die Prozesse fuumlr die anderen Untersuchungen der fahrzeugrelevanten

4 Rahmenheft entspricht Pflichtenheft


Aspekte (DMU Crash Design ) So muszlig eine Vielzahl von Wechselwirkungen be-ruumlcksichtigt werden (vgl Bild 28) Das nach der Validierung abgesicherte vorlaumlufige Toleranzkonzept ist eine Eingangsgroumlszlige fuumlr die Gestaltungsphase Das Konzept der Vorentwicklung wird mit fortschreitendem Detaillierungsgrad der Konstruktion verfei-nert optimiert und uumlberpruumlft Auf der Basis des dann abgesicherten endguumlltigen To-leranzkonzepts werden die fuumlr die Qualitaumltssicherung und Produktion notwendigen Toleranzen und die Aufbaureihenfolge definiert Das gewonnene Fertigungswissen flieszligt in die naumlchsten Entwuumlrfe ein Dieses durchgaumlngige Konzept ist an den Fahr-zeugentwicklungsprozeszlig angepaszligt Die Effekte von Simultaneous Engineering wer-den in Bild 29 in den grau hinterlegten Prozeszligschritten beruumlcksichtigt Mittels eines dann einsetzenden Aumlnderungsmanagements kann das Toleranzkonzept stets auf dem aktuellen Stand gehalten werden

Fuumlr ein besseres Verstaumlndnis ist es notwendig diesen Prozeszligablauf in den Berei-chen der Konzeptphase und der Gestaltungsphase naumlher zu erlaumlutern

Konzeptphase

Da die Aufbaureihenfolge und die Lage der Bezugsstellen5 den groumlszligten Einfluszlig auf die Toleranz haben (siehe Kap 4) bilden sie den Schwerpunkt der Betrachtungen Es werden verschiedene prinzipielle Aufbaureihenfolgen (mit moumlglichst kurzen Tole-ranzketten) und unterschiedliche prinzipielle Bereiche der Bezugsstellen (den Stel-len an denen das Teil maszligbestimmend aufgenommen wird) erarbeitet analysiert und die guumlnstigste Kombination in Einklang mit den anderen Untersuchungsergeb-nissen (Baubarkeit Crash ) ausgewaumlhlt (Bild 30) Es sind nur grobe Eingrenzun-gen der Bereiche moumlglich da diese von vielen Randbedingungen abhaumlngig sind die erst spaumlter festgelegt werden koumlnnen Die Bestimmung der prinzipiellen Bereiche der Bezugsstellen muszlig in enger Zusammenarbeit mit der Fertigung erfolgen um bereits im Vorfeld deren Belange beruumlcksichtigen zu koumlnnen Die Toleranzwerte werden fuumlr die Toleranzanalyse standardmaumlszligig angenommen da zu diesem Zeitpunkt nur eine relative Konzeptbeurteilung (besser schlechter) durchgefuumlhrt wird Die an die Seri-enentwicklung weitergegebenen Ergebnisse sind die vorlaumlufige Aufbaureihenfolge und die prinzipiellen Bereiche der Bezugsstellen

5 Bezugsstellen sind die Stellen an denen das Teil waumlhrend der Fertigung und Messung maszligbestim-

mend aufgenommen wird


prinzipielleAufbaureihenfolge

Toleranzanalyse

Ergebnis Festgelegte prinzipielle Aufbaureihenfolge Festgelegte prinzipielle Bereiche der Bezugsstellen Information im 3-D CAD-Datensatz

Toleranzwerte werdenstandardmaumlszligig angenommen

Vorgaben aus Rahmenheft

Zusammen-arbeit mitFunktions-gruppen

Bereiche derBezugsstellen

Optimieren

Bild 30 Detailprozeszlig Konzeptphase

Ein Unternehmensbereich kann diesen Prozeszlig wegen des benoumltigten Fachwissens nicht alleine durchfuumlhren sondern es wird stets ein interdisziplinaumlres Team (Funkti-onsgruppe) aus den Bereichen Vorentwicklung Serienentwicklung Planung Roh-bau Preszligwerk Qualitaumltssicherung usw benoumltigt Dies gilt um so mehr fuumlr die an-schlieszligende Gestaltungsphase da hier die Untersuchungen viel staumlrker in die Tiefe gehen Gestaltungsphase

Die Serienentwicklung erhaumllt als Eingangsgroumlszligen von der Vorentwicklung das vorlaumlu-fige Toleranzkonzept In der Gestaltungsphase wird der Fahrzeugentwurf aus der Konzeptphase weiter de-tailliert Daher ist der nachfolgende Ablauf streng genommen keine Schleife sondern eine Spirale in der immer mehr Details und Informationen hinzugefuumlgt werden Die Aufbaureihenfolge wird weiter detailliert und die Bereiche der Bezugsstellen wer-den staumlrker eingegrenzt da mehr Bauteile hinzukommen und deren Gestalt konkre-ter wird Dies muszlig in enger Zusammenarbeit mit den interdisziplinaumlr zusammenge-setzten Funktionsgruppen erfolgen Hierbei werden jedes Mal die modifizierten Auf-baukonzepte und Bezugsstellen analysiert Da die Toleranzbetrachtung wesentlich feiner als in der Vorentwicklung ist muumlssen jetzt die Toleranzwerte von der Fertigung bestaumltigt werden Am Ende dieser Spirale liegen eine festgelegte Aufbaureihenfolge festgelegte Bezugsstellen und bestaumltigte Toleranzwerte vor Um den Toleranzverga-beprozeszlig abzuschlieszligen muumlssen zusaumltzlich noch die Meszligstrategie sowie die Meszlig-stellen festgelegt werden


Spirale derKonzept-

detaillierung

Ergebnis Festgelegte Aufbaureihenfolge Festgelegte Bezugsstellen Bestaumltigte Toleranzwerte Toleranzinformation im 3-D CAD-Datensatz

Toleranzwerte werdenvon der Produktion bestaumltigt

Eingang der Ergebnisse derVorentwicklung Prinzipielle Aufbaureihenfolge Prinzipielle Bereiche der Bezugsstellen

Abgeleitete MeszligstrategieAbgeleitete Meszligstellen


GenaueBezugsstellen

AbgestimmteToleranzwerte

Toleranzanalyse

DetaillierteAufbaureihenfolge


Optimierung

Bild 31 Detailprozeszlig Gestaltungsphase

Beide Ablaumlufe Konzept- und Gestaltungsphase koumlnnen auf folgende wesentliche Operationen reduziert werden

Definieren der toleranzrelevanten Eingangsgroumlszligen

Durchfuumlhren der Toleranzanalyse

Optimieren aller toleranzrelevanten Groumlszligen

In der Theorie ergibt sich damit nachstehender Ablauf

Definieren derEingangsgroumlszligen Geometrie Aufbaureihenfolge Bezugsstellen Toleranzen

Optimieren

Beurteilen

Toleranzanalyse

Bild 32 Toleranzvergabeprozeszlig theoretischer Ansatz


In der Praxis ist dieser Ablauf nicht durchfuumlhrbar die Gruumlnde dafuumlr sind

Jede Simulation setzt staumlndig aktuelle und konsistente CAD-Daten voraus

Zur CAD-gestuumltzten Simulation jeder Aumlnderung ist ein unverhaumlltnismaumlszligig hoher Aufwand (Zeit und Kapazitaumlt) erforderlich

Daher ergibt sich die folgende Konstellation

Definieren derEingangsgroumlszligen Geometrie Aufbaureihenfolge Bezugsstellen Toleranzen und

Streuungen

Absichern Variantenvergleich

durchvergleichende

Simulation

Optimieren

Toleranzanalyse

Bild 33 Praxisgerechter Ansatz zum Toleranzvergabeprozeszlig

Diese Vorgehensweise bewaumlhrt sich bereits in der Praxis denn die Optimierung der toleranzrelevanten Groumlszligen beginnt schon bei deren Definition auf der Basis einfa-cher Abschaumltzungen und nicht erst nach einer Simulation Besonders in sehr fruumlhen Projektphasen in denen kaum konsistente CAD-Daten zur Verfuumlgung stehen gibt es keine sinnvolle Alternative


Fuumlr die Ableitung des Forschungsbedarfs der sich aus dem Entwicklungsprozeszlig er-gibt muszlig dieser noch weiter detailliert werden Dazu eignet sich sehr gut die Darstel-lung nach Koch [Koc-83] Bild 34 zeigt das Grundprinzip

Operand (Odj) Operation (Opj) Operand (Odjlsquo)

Im Zustand Zj Im Zustand Zj+1

Umstaumlnde NebenwirkungenOperator (Orj)(Einwirkung auf Odj = Ausgangsgroumlszligedes tG bzw Mensch)

tG

Mensch

technisches Gebilde (und oder Mensch) durch das derOperator bereitgestellt und zur Wirkung gebracht wird

Bild 34 Generische Prozeszligdarstellung [Koc-83]

Um den Operanden Odj (Arbeitsgegenstand hier das Toleranzkonzept) vom Zustand Zj in den Zustand Zj+1 zu uumlberfuumlhren wird eine Operation durchgefuumlhrt dabei wirkt ein Operator auf den Operanden ein Auszliger diesem koumlnnen Umstaumlnde (Randbedin-gungen) den Operanden beeinflussen und es koumlnnen Nebenwirkungen nach der Operation entstehen Auf das Toleranzmanagement angewendet ergibt sich die in Bild 35 dargestellte Form


Vorgehensweise zum Festlegender toleranzrelevanten GroumlszligenWissenssammlung fuumlr Streuungenvon Preszligteilen und Anlagen

Toleranzkonzept


ToleranzkonzeptRahmenheft

Verfahren derMarkterhebung

tG

Mensch

Entwerfen Konzipieren derBereiche der Bezugsstellen

und prinzipielleAufbaureihenfolge

Umstaumlnde Markt-

anforderungen

tG

Mensch

InterdisziplinaumlrerArbeitskreis

Umstaumlnde Vorgaumlngerfahrzeug Erfordernisse neuer Technologien

Toleranzkonzeptoptimierter

Grobentwurf Validierenbei VersagenSpringen zu A

Toleranzkonzeptvalidierter

Grobentwurf

Toleranzanalyse

tG

Mensch

Rechner

Detaillieren derBezugsstellen

Aufbaureihenfolge undToleranzen


tG

Mensch


A

B

Konzeptphase

Gestaltungsphase

ToleranzkonzeptGrobentwurf Optimieren von

BezugsstellenAufbaureihenfolge und Toleranzen

Optimierungsstrategien

tG

Mensch


Umstaumlnde CAD-Reifegrad Einfluumlsse von anderen

Untersuchungen


Untersuchungen


Untersuchungen

Toleranzkonzeptdetaillierter

EntwurfOptimieren vonBezugsstellen

Aufbaureihenfolgeund Toleranzen


tG

Mensch



Untersuchungen

Konzeptphase

tG

Mensch

Rechner tG

Mensch

Gestaltungsphase

tG

Mensch

Toleranzkonzeptoptimierter Entwurf

Validierenbei VersagenSpringen zu B

Toleranzanalyse

Toleranzkonzeptoptimierter und

validierter Entwurf Definieren vonMeszligstrategie und

Meszligpunktdatei

Toleranzkonzeptvollstaumlndig

Bereich Meszligtechnik

Nutzen

Bereich Produktion

ToleranzkonzeptNutzung

Nebenwirkungen Erzeugung neuen

Wissens


Untersuchungen


Untersuchungen

Produktion

Bild 35 Forschungsbedarf am entwicklungsprozeszligintegrierten Toleranzmanagement


Die Hauptdefizite liegen in den grau hinterlegten Operatoren da sie entweder nicht vorhanden oder nicht abgesichert sind Dies sind im Einzelnen

Vorgehensweise zum Festlegen der toleranzrelevanten Informationen (Tolerieren)

Es ist ein Verfahren zu entwickeln das auf die Besonderheiten im Karos-seriebau (zB Elastizitaumlten) Ruumlcksicht nimmt

Fertigungswissen Zur Festlegung der toleranzrelevanten Informationen wird detailliertes Fertigungswissen benoumltigt Dieses muszlig ermittelt und in eine handhabba-re Form gebracht werden

Optimierungsstrategien Um das Toleranzkonzept zu optimieren werden die erforderlichen Stra-tegien entwickelt

Toleranzanalyse Zur Absicherung des Konzepts wird eine Toleranzanalyse durchgefuumlhrt Dafuumlr ist nachzuweisen daszlig die Toleranzsimulationssoftware der Theo-rie entspricht und daszlig die Simulationsergebnisse mit den realen Meszligwer-ten korrelieren

Diese Punkte werden in den folgenden Kapiteln untersucht Das globale Ziel der Reduzierung der Auswirkung von Streuungen das die Entwick-lung eines Toleranzmanagements erfordert wird vor allem durch die Optimierungs-strategien und die methodische Vorgehensweise erreicht Alle anderen Forschungs-gebiete zB die Toleranzanalyse haben eine unterstuumltzende und absichernde Auf-gabe

4 Festlegen der toleranzrelevanten Groumlszligen 33

4 Festlegen der toleranzrelevanten Groumlszligen Das Festlegen der toleranzrelevanten Groumlszligen bildet den Ausgangspunkt der weite-ren Betrachtungen da Optimierungsstrategien und die Toleranzanalyse auf diesen Groumlszligen basieren

41 Besonderheiten des Karosseriebaus Der Karosseriebau erfolgt in zwei aufeinanderfolgenden Bereichen Zunaumlchst werden die Preszligteile durch Umform- und Trennoperationen im Preszligwerk hergestellt Danach werden die Preszligteile meist mittels Punktschweiszligen im Rohbau in verschiedenen Aufbaustufen zur Karosserie gefuumlgt Das Preszligteil selbst hat eine geringe geometrische Steifigkeit Durch Veraumlndern der Lage der Bezugsstellen und die Aumlnderung der Orientierung im Schwerefeld verformt sich jedes Preszligteil In der Folge kann ein beliebiges Maszlig gemessen werden Dies weist auf die hohe Bedeutung der Bezugsstellen hin Die Fertigungsgenauigkeit von Preszligteilen ist gut dh die Streuung ist relativ gering Das Problem besteht darin den Sollwert als Mittelwert zu treffen Hier koumlnnen Para-meter wie Hubzahl und Schmierfilmdicke variiert werden Sollte dies nicht ausrei-chen wird versucht diese maszliglichen Abweichungen im Rohbau zu kompensieren da Aumlnderungen an Preszligwerkzeugen teuer und zeitaufwendig sind Waumlhrend des Fuumlgens nimmt die Steifigkeit der Zusammenbauten durch die Bildung von geschlossenen Profilen zu Da auf Grund bestimmter Anforderungen wie zB Crash nicht uumlberall spannungsfreies Fuumlgen realisiert werden kann kommt es in den Rohbauanlagen zu Verformungen der Zusammenbauten

42 Vorgehensweise Die Aufbaureihenfolge ist die Basis des Toleranzverhaltens denn durch die in ihr enthaltene Reihenfolge der Teile und Art der Ausrichtung zueinander bestimmt sie welche Toleranzen mit welchem Einfluszlig in die Toleranzketten eingehen Die Streuungen an einem Zusammenbau ergeben sich aus den Streuungen der Ein-zelteile und denen des Fuumlgeverfahrens Bei den Streuungen des Fuumlgeverfahrens wird vor allem die Genauigkeit der Positionierung der Teile zueinander betrachtet Sonstige Effekte wie Schweiszligverzug etc werden in dieser Arbeit vernachlaumlssigt da bewuszligt Punkt- oder Laserschweiszligen verwendet wird um den Verzug zu moumlglichst gering zu halten Die Streuungen des Einzelteils sind abhaumlngig von den Bezugsstel-len auf die sie bezogen sind Das Bild 36 zeigt zusammenfassend die toleranzrelevanten Groumlszligen welche eng mit-einander verzahnt sind

34 4 Festlegen der toleranzrelevanten Groumlszligen

Aufbaureihenfolge Reihenfolge Ausrichtung

Bezugsstellen Preszligwerk Rohbau

Toleranzen Streuungen Preszligteil Anlage

Bild 36 Toleranzrelevante Groumlszligen

Bezugsstellen werden nur auf der Einzelteil- bzw der Unterzusammenbauebene be-noumltigt Wenn der Gesamtzusammenbau (zB ein Fahrzeug) nur Toleranzen zu sich selbst einhalten muszlig dann werden die globalen Bezugsstellen nicht mehr benoumltigt Dies gilt fuumlr die Nutzung durch den Endverbraucher Zu Reparaturzwecken zB beim Richten des Rahmens werden die Bezugsstellen des Gesamtzusammenbaus wie-derum benoumltigt An dem folgenden Ausschnitt des Fertigungsprozesses kann der Zusammenhang zwischen der Festlegung und Auswirkung der toleranzrelevanten Groumlszligen dargestellt werden

Rohbauanlage

ZB I ZB II ZB III ZB X

Rohbauanlage

Teil I ZB 1 ZB 2 ZB

Rohbauanlage

Teil 1 Teil 2 Teil 3 Teil N

Presse

Geometrie1 Stufe

Geometrien Stufe

To

lera

nze

n

DurchgaumlngigeBezugsstellen

Str

eu

ung

en

WegfallendeBezugsstellen

Bild 37 Richtung von Toleranzen Streuungen und Bezugsstellen


Die Toleranzen koumlnnen unter Umstaumlnden fuumlr eine feste Aufbaureihenfolge und feste Bezugsstellen vom Gesamten auf die Teile abgeleitet werden Die bdquodurchgaumlngigen Bezugsstellenldquo koumlnnen aus der Ausrichtstrategie in den Rohbauanlagen abgeleitet werden Die bdquowegfallenden Bezugsstellenldquo werden bis zu der Zusammenbaustufe benoumltigt in der sie wegfallen um die weiteren Freiheitsgrade zu definieren die nicht von den bdquodurchgaumlngigen Bezugsstellenldquo eingeschraumlnkt werden Fuumlr die feststehende Aufbaureihenfolge und die feststehenden Bezugsstellen kann von den Streuungen der Preszligteile ausgehend die Streuung des Fahrzeugs ermittelt werden Die Aufbaureihenfolge und die Bezugsstellen sind die Stellhebel um die Streuung eines Zusammenbaus auf die Groumlszlige der geforderten Toleranz oder darunter zu re-duzieren Um dies zu erreichen sind Iterationsschritte erforderlich Die Vorgehensweise fuumlr ei-nen Zusammenbau zeigt Bild 38

UntersuchungszielFunktionale Anforderungen ZB

Bezugsstellen ZB (RB)

Toleranzen ZB (RB)

Aufbaureihenfolge

Priorisierung der Anforderungen

Bezugsstellen TeilRohbau

Streuung ZB (RB)

Bezugsstellen TeilPreszligwerk

Bezugsstellen Unter-ZB

Toleranzen Teil (PW)Toleranzen Unter-ZB (RB)

Toleranzen Teil (RB)

Abgleich

Toleranzanalyse

Toleranzanalyse

(RB) =bezogen auf Rohbaubezugsstellen(PW) =bezogen auf PreszligwerkbezugsstellenPreszligwerkbezugsstellen und Rohbaubezugsstellen sollen nach Moumlglichkeit identisch sein

KonvertierungStreuung Unter-ZB (RB)

Abgleich

Streuung Teil (PW)

Streuung Teil (RB)

Abgleich

Toleranzen Fuumlgeverfahren(Streuung Bezugsstellen

Rohbauanlage)

Streuung Fuumlgeverfahren(Streuung Bezugsstellen

Rohbauanlage)

Abgleich

Abgleich

Konvertierung

Bild 38 Vorgehensweise zur Festlegung aller toleranzrelevanten Informationen

Zu Beginn ist es erforderlich die funktionalen Anforderungen an den Zusammenbau zu stellen Da diese widerspruumlchlich sein koumlnnen und in der Regel auch sind muumls-sen sie priorisiert werden Ein Beispiel ist der untere und obere Tuumlrspalt Sobald der eine optimiert wird streut der andere staumlrker Da das Augenmerk des Endkunden auf dem oberen Spalt liegt wird dieser priorisiert Aus den Anforderungen koumlnnen die Bezugsstellen des Zusammenbaus die moumlglichst an den Funktionsstellen sitzen sollten und dessen Zusammenbautoleranzen abgeleitet werden


Aufbaureihenfolge Bezugsstellen und Toleranzen sind ganzheitlich zu betrachten Die Aufbaureihenfolge legt die Fuumlgetoleranzen fest und beeinfluszligt die Wahl der Be-zugsstellen welche wiederum die Groumlszlige der Toleranzen der Teile bestimmen Aus den Streuungen der Teile sowie der Bezugsstellen der Rohbauanlagen werden mit Hilfe der Toleranzanalyse die Streuungen des Unterzusammenbaus ermittelt Dies wird mit den Toleranzen des Unterzusammenbaus abgeglichen Das Spannungsfeld Aufbaureihenfolge Bezugsstellen und Toleranzen wird so lange optimiert bis die Anforderungen an das Gesamtergebnis erfuumlllt werden Diese Zusammenhaumlnge wie-derholen sich bis hin zum Gesamtzusammenbau Das Besondere ist daszlig hier der Wechsel der Bezugsstellen von Rohbau und Preszlig-werk beruumlcksichtigt wird denn es kommt vor daszlig die Rohbaubezugsstellen auf Ge-ometrien liegen die erst in einer spaumlten Operation im Preszligwerk erzeugt werden koumln-nen Falls die Rohbaubezugsstellen von denen des Preszligwerks abweichen ist es erforder-lich die Toleranzen und Streuungen aus dem Preszligwerkbezugssystem in das Be-zugssystem des Rohbaus umzurechnen

43 Aufbaureihenfolge Die Aufbaureihenfolge ist stark gepraumlgt von den Belangen der Fertigung Die Gruumlnde fuumlr die Wahl einer bestimmten Reihenfolge sind unter anderem

Zugaumlnglichkeiten Modulbauweise (Vorbau Boden Seitenwaumlnde etc) Taktzeit in einer Fertigungszelle transportierbare steife Zusammenbauten Kosten

Das folgende Bild zeigt einen mehrstufigen (hierarchischen) Zusammenbau An die-sem Beispiel werden alle Strategien fuumlr die Aufbaureihenfolge verdeutlicht

Unter-ZB-Ebene

Zusammenbau-Ebene

Einzelteil-Ebene

Schnittstelle

Schnittstelle Bild 39 Hierarchischer Zusammenbau

Ein Zusammenbau besteht aus mehreren Unterzusammenbauten die wiederum aus mehreren Einzelteilen bestehen Wenn Einzelteile oder Unterzusammenbauten ge-fuumlgt werden besitzen sie Schnittstellen zu den angrenzenden Bauteilen


Damit der Zusammenbau maszlighaltig wird existieren verschiedene Varianten fuumlr die Aufbaureihenfolge

1 die Unterzusammenbauten muumlssen im Inneren toleranzkompensierend aufge-baut sein und koumlnnen im Zusammenbau auf Block6 gefuumlgt werden

oder

2 die Unterzusammenbauten sind im Inneren auf Block gefuumlgt und muumlssen tole-ranzkompensierende Uumlbergaumlnge zu ihren Nachbarn im Zusammenbau besitzen

oder

3 die Unterzusammenbauten sind im Inneren toleranzkompensierend aufgebaut und haben zusaumltzlich toleranzkompensierende Uumlbergaumlnge zu ihren Nachbarn

In einem Zusammenbau koumlnnen alle drei Varianten kombiniert werden Dann muszlig die Schnittstelle zwischen den einzelnen Unterzusammenbauten genau betrachtet werden Die Merkmale und Merkmalsauspraumlgungen der drei Varianten sind in der folgenden Tabelle gegenuumlbergestellt

Tabelle 1 Gegenuumlberstellung verschiedener Konzepte der Aufbaureihenfolge

Merkmal Variante 1 Variante 2 Variante 3 Einsatzgebiet Billige Variante fuumlr sehr

stabile Unter-ZBacutes geeig-net wenn Funktionsmaszlige nur innerhalb der Unter-ZB auftreten

Geringe Anzahl von Bezuuml-gen zwischen Unter-ZBacutes keine Bezuumlge innerhalb der Unter-ZBacutes

Sehr hohe Gesamtanforde-rungen

Beispiel Montage des Scheinwer-fers ins Frontmodul

Fuumlgen des Heckmittelstuumlck an den Boden

Fuumlgen der Tuumlre (Bild 43)

Genauigkeit Unter-ZB Hohe Anforderungen

6 Pkt pro Teil innerhalb Rohbauanlagentoleranz

Muszlig nur geringe Anforde-rungen erfuumlllen

Erfuumlllt hohe Anforderungen6 Pkt pro Teil innerhalb Rohbauanlagentoleranz

ZB Genuumlgt mittleren Anforde-

rungen Mittlere Anforderungen 6 Pkt pro Unter-ZB inner-halb Rohbauanlagen-toleranz

Erfuumlllt hohe Anforderungen6 Pkt pro Unter-ZB inner-halb Rohbauanlagen-toleranz

Aufwand mittel gering hoch Der dazugehoumlrige Ablauf ist im Fluszligdiagramm in Bild 40 dargestellt und zeigt die drit-te Variante Fuumlr die ersten beiden entfaumlllt je eine Einstellmoumlglichkeit fuumlr die Fuumlgeflauml-chen

6 Wenn auf Block gefuumlgt wird gibt es keine Einstellmoumlglichkeit Daher entfallen die Einstelltoleranzen

und der Prozeszlig wird bei ausreichender Genauigkeit stabiler und kostenguumlnstiger


ja

ja

ausreichende undprozeszligsichere Genauigkeit

nein

nein

Einzelteile

Unterzusammenbau

Zusammenbau

auf Block fuumlgenEinstellmoumlglichkeit

nutzen


nutzen


Bild 40 Aufbaureihenfolge fuumlr maszlighaltigen Zusammenbau

Da in einem Zusammenbau nicht alle Unterzusammenbauten nach der gleichen Me-thode hergestellt werden muumlssen kann die Notwendigkeit bestehen mit benachbar-ten Unterzusammenbauten auf die Abweichungen aus auf Block gefuumlgten Unterzu-sammenbauten zu reagieren Dies kann mittels eines kleinen Regelkreises gesche-hen Die Einschraumlnkungen hierfuumlr sind

Keine groszligen Puffer Lager des zu regelnden Unterzusammenbaus vorhanden

Nur Mittelwertverschiebungen sind ausregelbar Das Bild 41 zeigt den dazugehoumlrigen kleinen Regelkreis


Aumlnderung der Maszlighaltigkeits-anforderungen durch Nachbarteile

janein

Einzelteile

bdquopassenderldquoUnterzusammenbau

Einstellmoumlglichkeitder Rohbauanlage

nutzen

Fuumlgen

Bild 41 Kleiner Regelkreis zur Regulierung der Anforderungen an einen Unterzusammenbau

Die Aufbaureihenfolge beinhaltet mehr als lediglich die Information welches Teil nach welchem verbaut wird Sondern zB auch die Angabe uumlber die Art der Ausrich-tung der Teile zueinander welche von wesentlicher Bedeutung ist

431 Reihenfolge der Einzelteile Fuumlr die Reihenfolge ist die Priorisierung der Anforderungen an einen Zusammenbau ausschlaggebend Je wichtiger eine Anforderung ist desto spaumlter im Zusammenbau muszlig sie gefuumlgt (eingestellt) werden damit moumlglichst wenige Glieder mit ihren Tole-ranzen auf sie einwirken koumlnnen Unwichtigere Toleranzen werden in Unterzusam-menbauten verlagert Daher existieren 2 Moumlglichkeiten

1 Binaumlre Priorisierung (nur bdquowichtigldquo bzw bdquounwichtigldquo) 2 Gestufte Priorisierung (Hierarchie der Anforderungen)


Binaumlre Priorisierung Ein Beispiel fuumlr diesen Fall zeigt Bild 42 In Y-Richtung sind die Abstaumlnde der beiden Rahmenteile des Frontmoduls zueinander sowie zum Kombihalter gleich relevant Alle weiteren Maszlige sind von geringer Bedeutung

Y YY

Rahmenteil Rahmenteil

Kombihalter

Bild 42 Beispiel 1 Anforderungen an einen Zusammenbau

Die beiden Rahmenteile (links und rechts) muumlssen zur Gewaumlhrleistung einer gerin-gen Streuung zusammen mit dem Kombihalter in einer Anlage gefuumlgt werden Dies muszlig so spaumlt wie moumlglich erfolgen da dann der Zusammenbau die houmlchste Steifigkeit besitzt und so die Positionierung erhalten bleibt Die Voraussetzung dafuumlr ist eine Y-Verschiebbarkeit aller drei Teile Die restliche Aufbaureihenfolge ist unerheblich Gestufte Priorisierung Bei dem Zusammenbau einer Tuumlr hat die Lage der Scharnierverstaumlrkung zur Sicher-heitstuumlrfuge die houmlchste Prioritaumlt Die Lage des Tuumlrinnenteils zur Beplankung ist von niederer Prioritaumlt

Unterzusammenbau

X Prioritaumlt 1

X Prioritaumlt 2Indirekter

Bezug


Daraus folgt die Aufbaureihenfolge unter der Voraussetzung einer X-Verschiebbarkeit der drei Bauteile

Innenteil an Scharnierverstaumlrkung (indirekter Bezug) Dieser Unterzusammenbau an die Beplankung


432 Ausrichten der Teile Die Teile werden an den Bezugsstellen ausgerichtet Diese liegen ndash soweit es moumlg-lich ist ndash an den Funktionsstellen da dann die Toleranz von der Bezugsstelle zu der Funktionsstelle entfaumlllt Zur Erreichung des optimalen Ergebnisses der Prioritaumlt 1-Anforderung aus dem vor-hergehenden Beispiel muszlig der Unterzusammenbau in X-Richtung an der Scharnier-verstaumlrkung ausgerichtet werden sowie die Beplankung an der Sicherheitstuumlrfuge in X-Richtung Die Prioritaumlt 2-Anforderung muszlig indirekt behandelt werden Bei der Erstellung des Unterzusammenbaus werden beide Teile an den jeweils kritischen Stellen in X-Richtung ausgerichtet

433 Ort der Erzeugung der Genauigkeit Der Ort an dem die Genauigkeit eines Funktionsmaszliges erzeugt wird ist von groszliger Relevanz Dies ist dann besonders wichtig wenn die Zusammenbau-Bezugsstellen wechseln oder Teile groszliger Masse hinzugefuumlgt werden Bild 44 zeigt die Veraumlnde-rung der Maszlighaltigkeit in Abhaumlngigkeit von den Bezugsstellen und von der Aumlnderung der Biegelinie durch den Massezuwachs (Fahrwerksmontage)

M o t o r h a u b e n s p a l t

S p a l t b r e i t e

Haumlu

fig

keit

O b e r f lauml c h e b e h a n d e ln



Haumlu

fig

keit



Haumlu

fig

keit

F a h rw e rk m o n t ie r e n

B e z u g s s te l le n auml n d e rn

M o to r h a u b e n s p a l t


Haumlu

fig

keit

Bild 44 Ort der Erzeugung der Genauigkeit

Es ist deutlich zu erkennen daszlig die im Rohbau erzeugte Genauigkeit verloren geht Zum einen verschiebt sich der Mittelwert der Verteilung dies ist weniger kritisch denn dann kann entsprechend vorgehalten werden Zum anderen vergroumlszligert sich die Streuung Dies bedeutet daszlig die Genauigkeit so spaumlt wie moumlglich erzeugt werden sollte bzw falls der Zusammenhang zwischen der urspruumlnglichen Mittelwertlage und dem Endergebnis bekannt ist muszlig entsprechend vorgehalten werden


44 Prozeszligdurchgaumlngige Bezugsstellen Die Bezugsstellen bilden die Basis der Tolerierung denn auf das durch sie aufge-spannte Bezugssystem werden die Toleranzen (zB Profil einer Flaumlche) bezogen Laut DIN ISO 5459 [DIN-5459] sind die Bezuumlge theoretisch exakt Dies bedeutet daszlig die Lage der Bezugselemente die die Bezugsebenen aufspannen unerheblich ist Es kann somit zu keinem Verkippen der Ebenen kommen Die Realitaumlt zeigt aber daszlig die Lage der Bezugsstellen sehr wohl einen Einfluszlig hat Je weiter diese ausein-ander liegen desto geringer sind die Effekte der Verkippung der Ebenen Aus die-sem Grund ist im Beiblatt 1 zum Entwurf der Neufassung der DIN ISO 1101 [DIN-1101] folgender Passus eingefuumlgt bdquoEin Bezugselement sollte fuumlr seinen Zweck genuumlgend formgenau sein Es kann deshalb notwendig sein fuumlr die Bezugselemente Formtoleranzen festzulegenldquo Dies ist eine sehr hohe Anforderung an Preszligteile Des weiteren muszlig der Satz aus der ISO auch auf Lagetoleranzen ausgedehnt werden da auch Bezugsstellen Form- und Lagetoleranzen zur CAD-Null-Geometrie (lagerichtig und toleranzfrei) besitzen koumlnnen Die Auswirkungen der Verkippung welche nicht vernachlaumlssigbar sind koumln-nen mit dem im Kapitel 442 vorgestellten Programm zur Berechnung der Auswir-kungen eines Bezugsstellenwechsels berechnet werden Zusammenfassend laumlszligt sich sagen daszlig die Lage der Bezugsstellen durch deren Streuung und damit der Verkippungen der Bezugsebenen entgegen DIN 5459 einen groszligen Einfluszlig auf die Streuungen des gesamten Teils hat

Daruumlber hinaus wird die Ausrichtung der Teile fuumlr das Fuumlgen mittels der Ausrichtung der Bezugsstellen durchgefuumlhrt Dies ist ein weiterer Grund fuumlr die groszlige Bedeutung der Wahl der geeigneten Bezugsstellen Sie befindet sich im folgenden Spannungs-feld zwischen den allgemeinen Randbedingungen und den Anforderungen

Bezugsstellen Rohbau

Preszligwerk

Stabile Flaumlchen

Flexiblitaumltseinfluumlsse Anforderungenaus Herstellung

und Verwendung

AllgemeineRandbedingungen

Bezugsstellen im ZB

Bezugsstellen-wechsel

Bild 45 Spannungsfeld Bezugsstellen am Einzelteil


441 Allgemeine Randbedingungen Generell ist bei flaumlchigen Bezugsstellen die nicht denen des Preszligwerks entspre-chen zu beachten daszlig sie auf stabilen Flaumlchen liegen um die Streuungen und da-mit die Verkippungen der Bezugsebenen gering zu halten Stabile Flaumlchen zeichnen sich durch eine hohe Prozeszligsicherheit aus Dazu muumlssen die folgenden Regeln eingehalten werden

Mindestabstand von Umformkanten Mindestdurchmesser von Loumlchern Mindestumformgrad Lage auf gezogener (nicht abgekanteter) Geometrie

Bei Blechteilen duumlrfen die Flexibilitaumltseinfluumlsse nicht unterschaumltzt werden Um sie zu beherrschen gibt es zwei Ansaumltze

Gleiche Lage Wird das Preszligteil in der gleichen Lage gefuumlgt und gemessen in der es spauml-ter verwendet wird kann der Flexibilitaumltseinfluszlig vernachlaumlssigt werden

Kraftbegrenzter Ansatz Um jegliche Elastizitaumlt des Bauteils zu verhindern wird es statisch uumlberbe-stimmt aufgenommen Wenn diese Spanner starr sind wird das Bauteil in eine beliebige Form gezwungen Dann ist keine realistische Aussage uumlber die Maszlighaltigkeit des Bauteils mehr moumlglich Daher muumlssen die Spanner kraftbegrenzt werden und die Bezugsstellen meszligbar sein Die eingebrachte Kraft soll die Schwerkraft gerade aufheben

Die Bezugsstellen muumlssen im Hinblick auf ihre Verwendung im Zusammenbau aus-gewaumlhlt werden dabei sind zwei wesentliche Punkte zu beachten

Verspannungen und Verwindungen der Zusammenbauten durch Streuungen Wegfallende Bezugsstellen

Verspannungen und Verwindungen durch Streuungen koumlnnen dann auftreten wenn die Bezugsstellen einen Freiheitsgrad einschraumlnken der auch durch Blockbildung eingeschraumlnkt ist Daher muumlssen die Bezugsstellen so gewaumlhlt sein daszlig sie tatsaumlch-lich die Lage im Raum definiert bestimmen Dies wird in Bild 46 veranschaulicht


Streuung verursachtVerspannung

= Bezugsstelle

GeringeProzeszligsicherheitund Genauigkeit

HoheProzeszligsicherheitund Genauigkeit


Bild 46 Verspannungen durch die Wahl der Bezugsstellen

In der Richtung in der im Zusammenbau eine Blockbildung vorliegt muumlssen die Be-zugsstellen auf dem Flansch liegen um Verspannungen zu vermeiden Sie duumlrfen dabei aber keinesfalls auf einem Schweiszligpunkt liegen In den anderen Richtungen ist die Wahl der Lage der Bezugsstellen nicht eingeschraumlnkt Falls diese Anordnung der Bezugsstellen funktional unguumlnstig ist muszlig die Fuumlgegeometrie konstruktiv geaumlndert werden Ein Einzelteil wird in seiner Lage durch sechs Punkte eindeutig (statisch) bestimmt Aus diesem Grund hat jedes Preszligteil sechs Bezugsstellen Beim Fuumlgen mehrerer Preszligteile haumltte der Zusammenbau insgesamt sechs mal Preszligteilanzahl Bezugsstel-len Daher muumlssen nach dem Fuumlgen alle Bezugsstellen bis auf sechs wegfallen da-mit der Zusammenbau wieder statisch bestimmt ist Die Wahl der verbleibenden Bezugsstellen muszlig unter drei Aspekten getroffen wer-den und es ist dabei der guumlnstigste Kompromiszlig zu waumlhlen

Bezugsstellen an Funktionsstellen (ggf ist hier eine Priorisierung notwendig) Stabile Lage der Bezugsstellen gegen Verkippungen Verschleiszlig der Bezugsstellen


Untersuchungen an Blechteilen haben gezeigt daszlig Loumlcher die mehrfach (10-15 mal) als Aufnahme dienen sich vor allem bei duumlnnen Blechen um bis zu 05mm auf-weiten Daher kann es sinnvoll sein diese Loumlcher als wegfallende Bezugsstellen zu waumlhlen oder hier kann sogar ein Bezugsstellenwechsel zu einem Genauigkeitsge-winn fuumlhren Alternativ koumlnnen die Loumlcher konstruktiv steifer ausgefuumlhrt werden (vgl Kap 6 Optimierungsstrategien)

442 Anforderungen aus Herstellung und Verwendung Wenn ein Bauteil in einem Zusammenbau eine Funktionsstelle besitzt sollte hier ei-ne Bezugsstelle vorgesehen werden Dies wird am folgenden Beispiel an den X-Bezugsstellen fuumlr den bereits vorgestellten Zusammenbau deutlich

Unterzusammenbau

X Prioritaumlt 1


Bezug

X

X X

X

X

Bild 47 Funktional gewaumlhlte Bezugsstellen

Die Bezugsstellen aller Einzelteile in diesem Beispiel liegen an den jeweiligen Funk-tionsstellen Damit wird der Effekt der Streuung der Preszligteile von den Bezugsstellen zu den Funktionsstellen eliminiert Die Toleranzketten bestehen somit ausschlieszliglich aus den Toleranzen der Rohbauanlagen Waumlhrend der Fertigung kann ein Wechsel der Bezugsstellen erforderlich sein Dies sollte soweit es moumlglich ist vermieden werden da jeder Wechsel einen zusaumltzlichen Toleranzterm bewirkt denn eine neue Bezugsstelle streut in bezug auf eine alte Am haumlufigsten tritt ein Bezugsstellenwechsel von Preszligwerk und Rohbau auf Es ist aus Fertigungsgruumlnden sehr wichtig Bezugsstellen beim Fuumlgen an die funktionsrele-vanten Flaumlchen bzw Loumlcher zu legen Wenn diese erst in einer spaumlten Pressenstufe erzeugt werden kann im Preszligwerk an diesen Stellen nicht aufgenommen werden Daher werden preszligwerkspezifische Bezugsstellen erforderlich Das Preszligteil ist bezuumlglich der Preszligwerkbezugsstellen toleriert zu diesen streut die gesamte Geometrie Um die Toleranzwerte zu ermitteln die fuumlr dieses Teil in bezug auf die Rohbaubezugsstellen guumlltig sind ist eine statistische 3-D Toleranzrechnung erforderlich


Diese Umrechnung der Toleranzen zwischen verschiedenen Bezugssystemen an einem Preszligteil wird momentan von keiner Software unterstuumltzt und in der gaumlngigen Literatur wird dieses Problem ebenfalls nicht behandelt Der Ablauf zur Berechnung diese Effekte ist wie folgt

Monte Carlo-Simulation mit 2000 Durchlaumlufen

Neue Bezugsstellen und zu betrachtendePunkte gemaumlszlig Toleranzen streuen lassen

Aus den neuen Bezugsstellen neuesBezugssystem bestimmen

Punkte in neuem Bezugssystem messen

Streuungen der Punkte aus Meszligreihenermitteln

Bild 48 Ablauf Berechnung des Bezugssystemwechsels

Den neuen Bezugsstellen und den zu betrachtenden Punkten werden per Zufallsge-nerator Streuungswerte aus ihrer Toleranz zu den alten Bezugsstellen zugewiesen Die streuenden Bezugsstellen bilden ein neues Bezugssystem In diesem wird der Abstand der Punkte gemessen Dieser Vorgang wird 2000 mal wiederholt Aus den 2000 Meszligwerten in allen drei Raumrichtungen wird fuumlr jeden Punkt die neue Streu-ung errechnet Um diesen Ablauf zu automatisieren wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Programm zur Berechnung der Auswirkungen des Bezugsstellenwechsels entwickelt Die benoumltigten Eingangsgroumlszligen sind

Neue Bezugsstellen (Koordinaten Wirkrichtung und Toleranz zu den alten Be-zugsstellen)

Zu untersuchende Punkte (Koordinaten Wirkrichtung und Toleranz zu den alten Bezugsstellen)

Normalenrichtung (X Y Z) der neuen Bezugsebenen (primaumlr sekundaumlr tertiaumlr) Es faumlllt auf daszlig die urspruumlnglichen Bezugsstellen nicht benoumltigt werden da Bezugs-systeme (Koordinatensysteme) ineinander umgewandelt werden Es ist ausreichend allein die Toleranzen zu ihnen zu kennen Die Berechnung nach Bild 48 laumluft wie folgt ab (Beispiel Bild 49)

Die Bezugspunkte 1-3 werden in die neue Primaumlrebene gelegt Die Bezugspunkte 4 und 5 werden in die neue Sekundaumlrebene gelegt Schleife uumlber 2000 Simulationsdurchlaumlufe

Alle Punkte (neue Bezugsstellen und zu untersuchende Punkte) streuen ent-lang ihren Wirkrichtungen


Durch die streuenden Bezugsstellen werden die Bezugsebenen gelegt die in der Folge kippen

Die Abstaumlnde der Punkte werden normal zu den streuenden Ebenen gemes-sen

Aus den streuenden Abstaumlnden werden die Streuungen der Punkte zu den neuen Bezugsstellen bestimmt

Das Ergebnis sind die Streuungen der Punkte zu den neuen Aufnahmestellen in Ko-ordinaten- und in Wirkrichtung Am Beispiel eines Quaders wird das Programm vorgestellt Die Lage der neuen Be-zugsstellen der zu untersuchenden Punkte sowie die Toleranzen sind in der Skizze dargestellt

05 alte Bezugsstellen

X

YZ

(10000)

Z=PrimaumlrebeneY=SekundaumlrebeneX=Tertiaumlrebene

1

2

(100015)(0015)

(000)

(1001000)

(1005015)

(50015)

(505030)

Bezugsstellen

Zu betrachtende Punkte1 2

4 35

6



Bild 49 Testbeispiel fuumlr Effekte des Bezugsstellenwechsels

Die Bezugsstellen 1 2 3 spannen die neue Primaumlrebene (Z) mit einer Toleranz von 0mm auf Dies bedeutet daszlig sie identisch mit den urspruumlnglichen Bezugsstellen sind Die Stellen 4 und 5 schraumlnken die Y-Ebene ein Diese Flaumlche auf der auch der Meszligpunkt 1 liegt hat eine Toleranz von 05mm Die Tertiaumlrebene (X) wird durch die Bezugsstelle 6 mit einer Toleranz von 05mm aufgespannt Der Meszligpunkt 2 liegt auf der gegenuumlberliegenden Seite der Primaumlrebene des Quaders mit einer Toleranz von 05mm Die Berechnungsergebnisse der Streuung der Meszligpunkte zu den neuen Bezugsstel-len zeigt der folgende Bildschirmausdruck


Bild 50 Programm zur Umrechnung der Bezugssysteme

Auffaumlllig sind die starken Zunahmen der Streuung in die Richtungen in die der Punkt vorher keine Toleranz besaszlig In diesem speziellen Beispiel mit ebenen achsparalle-len Flaumlchen haben sie jedoch keine Wirkung da die Toleranz bdquoProfil einer Flaumlcheldquo nur normal zu dieser definiert ist Am Punkt 1 wird deutlich daszlig die Streuung in Wirk-richtung auch in einfachen Faumlllen schnell um mehr als 20 zunehmen kann

5 Streuungen des Fertigungsprozesses 49

5 Streuungen des Fertigungsprozesses Die Kenntnis der Streuungen des Fertigungsprozesses ist erforderlich um zu einem realistischen Toleranzkonzept zu gelangen denn die geforderten Toleranzen sollen mit einer definierten Prozeszligsicherheit eingehalten werden Diese wird in der Regel unter Beruumlcksichtigung der Mittelwertverschiebung als Quotient zwischen Toleranz und Streuung ausgedruumlckt

51 Streuungsentstehung Die Entstehung von Streuungen hat zwei Aspekte Die Streuung entsteht einerseits durch den Fertigungsprozeszlig andererseits erhaumllt sie ihren Wert von der Gestalt des Produkts Im physikalischen Produktentstehungsprozeszlig vom Rohstoff zum fertigen Produkt werden verschiedene Fertigungsschritte und Transportvorgaumlnge durchlaufen Diese haben alle Einfluumlsse auf die Streuung des fertigen Produkts Das Fluszligdiagramm (Bild 51) zeigt die prinzipielle Reihenfolge der Operationen In dieser Betrachtungs-weise werden Mehrfachoperationen vernachlaumlssigt Die Transport- und Ausrichtope-ration die vor jeder geometrieerzeugenden Operation durchgefuumlhrt wird ist hier der Einfachheit halber nur als Umstand dargestellt in Realitaumlt sind dies zusaumltzliche Operationen

W erkstoff

Um form en

Halbzeug

tG

Mensch

Um staumlnde

tG

Mensch

Mehrstufen-presse

Um staumlnde Ausrichtgenauigkeit Transporteinfluumlsse

Zusamm en-bau

tG

Mensch

E inzelteil

tG

Mensch

Rohbau-anlage


Um form enTrennen Fuumlgen

Bild 51 Physikalischer Produktentstehungsprozeszlig

Bevor auf die Streuungen der Preszligteile sowie der Rohbauanlagen eingegangen wird muumlssen die statistischen Grundlagen betrachtet werden um abschaumltzen zu koumlnnen welche Parameter relevant sind bzw vernachlaumlssigt werden koumlnnen

50 5 Streuungen des Fertigungsprozesses

52 Statistische Grundlagen und Fehler-betrachtungen

Die Sammlung des Fertigungswissens ist die Grundlage auf der die Toleranzrech-nung bzw die Abschaumltzung der Varianten durchgefuumlhrt werden soll Die Genauigkeit des Rechenergebnisses haumlngt stark von der Guumlte der Eingangsgroumlszligen ab

Um das Ergebnis zu beurteilen ist es notwendig die in einer Toleranzrechnung liegenden Fehler und deren Auswirkungen zu kennen Am Ende des Abschnitts wird auf deren Auswirkungen hinsichtlich des Zusammen-baus eingegangen

521 Fehler auf Einzelteil- Fertigungsverfahrensebene Unter Voraussetzung eines mathematisch exakten Verfahrens sind die Fehler aus dem Fertigungswissen die folgenden

Fehler durch bdquofalsche Verteilungsannahmeldquo der Streuung

Statistische Fehler durch beschraumlnkte Stichprobengroumlszlige

Meszligfehler

Fehler durch elastische Verformung

5211 Fehler durch bdquofalsche Verteilungsannahmeldquo

Fuumlr unimodale Verteilungen wie sie in der industriellen Massenfertigung auftreten gibt es drei Varianten [Die-96]

1 Normalverteilung

2 Betragsverteilung 1 Art


3 Betragsverteilung 2 Art (Rayleigh-Verteilung)

632

Des Weiteren besteht nach Dietrich [Die-96] die in Bild 52 gezeigte allgemeine Abhaumlngigkeit zwischen der Toleranzart und der Art der Verteilung

Merkmal Auswerte-verfahren


Formtoleranzen Lagetoleranzen

Symbol Tolerierte Eigenschaft


Geradheit B1 Parallelitaumlt B1

Ebenheit B1 Rechtwinkligkeit B1

Rundheit B1 Neigung B1

Zylinderform B1 Position B1

Linienform B1 Koaxialitaumlt B1

Flaumlchenform B1 Symmetrie B1

Rundlauf B1B2

Planlauf B1

Sonstige

N = Normalverteilung Rauheit B1

B1 = Betragsverteilung 1 Art Unwucht B2

B2 = Betragsverteilung 2 Art Drehmoment N

Laumlngenmaszlig N

Bild 52 Zusammenhang Toleranzart und Verteilung

Diese Aussage ist noch zu uumlberpruumlfen da sie ohne ein zu Grunde liegendes Ferti-gungsverfahren aufgestellt wurde Die Annahme aus Bild 52 daszlig die zu Grunde liegende Verteilung eine Betragsverteilung ist laumlszligt sich durch die Auswertungen von Meszligreihen heuristisch bestaumltigen Als Beispiel sind hier die Verteilungen von zwei Meszligwerten an einem umgeformten Teil dargestellt


Haumlufigkeitsverteilung Punkt 27

0

10

20

30

40

50

-02

-01

-01

00

1

00

8

01

5

Abweichung vom Mittelwert [mm]

Hauml

ufi

gk

eit


0

5

10

15

20

25

30

35

-03

-02 -0

01

2

02

6

04


Hauml

ufi

gk

eit

Bild 53 Verteilungen am realen Bauteil

Bei beiden Beispielen faumlllt eine leichte Einseitigkeit und die Beschraumlnktheit an mindestens einer Seite auf Es handelt sich somit um Betragsverteilungen Eine Betragsverteilung repraumlsentiert iA einen Fertigungsprozeszlig besser als eine

Normalverteilung die bis streut So muszlig untersucht werden welcher Fehler auftritt wenn statt der Betragsverteilung eine Normalverteilung zur Summation zu Grunde gelegt wird Dazu wurden Simula-

tionen mit der Stichprobengroumlszlige n 6600 7660 durchgefuumlhrt Vorgehensweise

Erzeugen dreier normalverteilter Datensaumltze mit =01

Aussortieren der Werte die kleiner bzw groumlszliger als ein bestimmter Grenzwert sind

Ermitteln der Streuung und des Mittelwerts

Addition der Verteilungen

Erzeugen dreier normalverteilter Datensaumltze mit entsprechender Streuung und Mittelwert


Vergleich Die Grenzwerte wurden folgendermaszligen gewaumlhlt

Symmetrisch 02 norm=0088 xmittelnorm=0001

Asymmetrisch ndash01 +025 norm=0077 xmittelnorm=0028


Die folgende Tabelle zeigt die bei der Summation auftretenden Unterschiede

Tabelle 2 Vergleich der Summationen von Normal- und Betragsverteilungen

Verteilung Datensatz Mittelwert Streuung 6s

bv02a 0001 0088 0528

bv02b 0001 0089 0534 Betragsverteilung symmetrisch

bv02c 0001 0088 0528

Summe dreier Betragsverteilungen

SABC_BV 0003 0153 0918

NVA 0002 0087 0522

NVB 0001 0090 0540 Normalverteilung

NVC 0002 0088 0528

Summe dreier Normalverteilungen

SABC_NV 0006 0152 0912

a-125 0028 0077 0462

b-125 0028 0078 0468 Betragsverteilung asymmetrisch

c-125 0028 0076 0456


S_ABC_BV 0083 0134 0804

A_NV 0028 0076 0456

B_NV 0027 0077 0462 Normalverteilung

C_NV 0028 0078 0468


S_ABC_NV 0082 0133 0798

lt1

lt1

Der Unterschied im Bereich der auftretenden Maszligabweichung (6s) ist deutlich kleiner als ein Prozent und somit gegenuumlber dem Fehler durch kleine Stichproben vernachlaumlssigbar Die Diagramme in Bild 54 auf der folgenden Seite zeigen dies anschaulich Ebenso ergibt sich durch die Addition von Betragsverteilungen fast eine Normalverteilung Dies resultiert aus dem groszligen Einfluszlig des mittleren Bereichs der Verteilungen


Betragsverteilung mit symmetrischen Grenzwerten von s=02

3 = Normalverteilung mit norm=0088 und xmittelnorm=0001

3 = Betragsverteilung mit asymmetrischen Grenzwerten von ndash01 +025


3 =

=

=

=

=

3

3

3

3

s=009 s=015

s=009 s=015

s=008 s=013

s=008 s=013

Bild 54 Verteilungsaddition


5212 Bestimmung des notwendigen Stichprobenumfangs

Zu einer Aussage uumlber die Streuung einer Grundgesamtheit ist es notwendig eine Stichprobe zu messen und daraus die Streuung zu errechnen Durch die Be-schraumlnktheit der Stichprobe wird ein statistischer Fehler verursacht Die Mindestanzahl von Messungen zur Bestimmung der Streuung kann durch die Berechnung des Vertrauensintervalls (zulaumlssiger statistischer Fehler) fuumlr die unbe-kannte Streuung einer Normalverteilung in Abhaumlngigkeit von der Stichprobengroumlszlige ermittelt werden [Die-96]

221

2

2

1

)1(

)1()(

nn

nnn

snsnxxI

22

weichnungStandardab s

Verteilung-Quadrat

- Chider Quantile

lichkeitWahrscheinα

ngroumlszligeStichproben

intervallVertrauens I

Fuumlr das Beispiel n=100 und =5 sowie s=01 gilt

0115 0087 274

)1100(

5129

)1100()(

2100

2100

1001

ssxxI

Bild 55 zeigt den Verlauf der unteren und oberen Vertrauensgrenzen um einen visuellen Eindruck des Fehlers zu vermitteln

Vertrauensgrenzen

0000

0020

0040

0060

0080

0100

0120

0140

0160

0180

10 50 90 130

170

210

250

290

330

370

410

450

490

Stichprobengroumlszlige

Soll

obere Grenze

untere Grenze

Bild 55 Vertrauensgrenzen der Streuung

Zur Abschaumltzung des Verhaumlltnisses Nutzen Aufwand ist im nachstehenden Bild die Ableitung des Verlaufs der Vertrauensintervallkurven dargestellt


Gewinn an Genauigkeit

-0020

-0015

-0010

-0005

0000

0005

0010

20 60 100

140

180

220

260

300

340

380

420

460

500


obere Grenze

untere Grenze

Bild 56 Gewinn an Genauigkeit

Dies wird zusaumltzlich mit einer Simulation untersucht Es werden mit dem Statistikpro-gramm SPSS jeweils 20 normalverteilte Datensaumltze zu den Stichprobenumfaumlngen

n=50 100 200 mit dem Mittelwert Null und der Standardabweichung =01 erzeugt Aus diesen Simulationsdaten ergeben sich die statistischen Groumlszligen fuumlr die Normal-verteilung und die Ergebnisse des Kolmogorov-Smirnov Goodness of Fit Test7 Diese sind in Tabelle 3 zusammengefaszligt

Tabelle 3 Kolmogorov-Smirnov Goodness of Fit Test zur Erkennung der zu Grunde liegenden Verteilung

n Streuung Absoluter Abstand (K-S Distance)

Mittlere Min Max Mittlerer Min Max

Anzahl K-S Distance gt01 dh keine Normalverteilungs-

annahme zulaumlssig

50 009545 0078 0116 0085331 006323 011035 5

100 009870 0088 0118 0058377 004474 008876 0

200 010065 0092 0108 0042989 002556 006738 0

Der Test des ersten Versuchs (n=50) ergibt daszlig die zu Grunde liegende Verteilung in 5 von 20 Faumlllen nicht als Normalverteilung erkannt wird Dies ist auf die zu kleine Stichprobe zuruumlckzufuumlhren Ab einem Umfang von ca 100 wird die zu Grunde liegende Normalverteilung erkannt Im Anhang C sind die Histogramme der jeweils ersten drei Testreihen zu sehen und im Vergleich dargestellt An ihnen wird die Schwierigkeit deutlich aufgrund eines Histogramms auf eine Verteilung zu schlieszligen Zur weiteren Fehlerbetrachtung ist es notwendig die Verteilung der Streuung innerhalb des Vertrauensintervalls zu bestimmen da die einzelnen Fehler addiert werden muumlssen

7 Der Kolmogorov-Smirnov Goodness of Fit Test ist ein mathematisches Standardverfahren um zu

uumlberpruumlfen wie gut eine Verteilung einer Normalverteilung entspricht


Dazu wurden 100 Meszligreihen mit jeweils 50 bzw 100 Stichproben erzeugt und die Streuung bestimmt Die folgenden Diagramme in Bild 57 zeigen die Haumlufigkeitsver-teilung der errechneten Streuungen

s=001 n=50

s=001 n=100

Bild 57 Verteilung des Vorhersagefehlers

Es faumlllt auf daszlig der Fehler wiederum normalverteilt ist

5213 Meszligfehler

In der Regel wird das Preszligteil in einer Aufnahme mit Spannern fixiert Zur Ausrichtung des Preszligteils gibt es drei Konzepte

Es werden ca 10- 20 Punkte angetastet dann wird eine Transformation des Meszligmaschinenkoordinatensystems in das des Einzelteils mit einer Genauig-keit von 01mm durchgefuumlhrt so daszlig es zur bestmoumlglichen Uumlbereinstimmung der Meszligpunkte mit dem Datensatz kommt

Um die sechs Freiheitsgrade einzuschraumlnken werden sechs Punkte angeta-stet Dies ist nur zulaumlssig unter den Voraussetzungen daszlig einerseits diese Punkte als Aufnahmestellen uumlber den gesamten Fertigungsprozeszlig erhalten bleiben sowie auf sie alle Toleranzen bezogen sind und daszlig andererseits das Teil eigensteif ist Der theoretische Ausrichtungsfehler ist dann gleich dem Maschinenfehler

Das Werkstuumlck wird an sechs Punkten physikalisch aufgenommen Diese Bezugsstellen haben per Definition keinen Fehler Zusaumltzliche Bezugsstellen koumlnnen zur Vermeidung der Schwerkrafteinfluumlsse erforderlich werden Der Aufnahmefehler ergibt sich aus der Nichtreproduzierbarkeit des Einlegevor-gangs Zur Untersuchung wurde das selbe Bauteil 50 mal in die Meszligaufnah-me eingelegt und an zehn Punkten gemessen Bild 58 zeigt die Haumlufigkeits-verteilung des Aufnahmefehlers der den Meszligmaschinenfehler mit enthaumllt


Haumlufigkeitsverteilung Einlegefehler (n=50)

0

5

10

15

20

25

-00

35

-00

26

-00

17

-00

08

000

1

001

0

001

9

002

8

003

7

004

6

Abweichung in mm

Bild 58 Haumlufigkeitsverteilung des Einlegefehlers

Die dargestellte Streuung gilt nur an einem Meszligpunkt da hier die Verkippung des Bauteils eine groszlige Rolle spielt Die weiter verwendete Streuung von s=003mm ist als Abschaumltzung nach oben zu verstehen

Der darin enthaltene Fehler aus der Genauigkeit der Maschine laumlszligt sich ermitteln indem ein Preszligteil in einer Aufspannung mehrmals gemessen wird ohne daszlig es neu eingelegt wird Zur Uumlberpruumlfung der Genauigkeit der Koordinatenmeszligmaschine wurde ein Preszligteil 100 mal in einer Aufspannung vermessen Das folgende Bild zeigt die mittlere Haumlufigkeitsverteilung des Meszligmaschinenfehlers

Haumlufigkeitsverteilung Meszligmaschinefehler

0

5

10

15

20

25

30

35

-00

25

-00

20

-00

15

-00

10

-00

05

000

0

000

5

001

0

001

5

002

0

002

5

Abweichung in mm

Bild 59 Meszligmaschinenfehler

Die mittlere Streuung durch den Meszligmaschinenfehler betraumlgt s=0008mm


Da der Meszligmaschinenfehler wesentlich kleiner als der Einlegefehler ist wird auf eine Unterteilung des Meszligfehlers in den der Werkstuumlckaufnahme und den der Meszligma-schine verzichtet In den weiteren Betrachtungen wird fuumlr den Meszligfehler der Einlegefehler mit einer mittleren Streuung (s) von 003mm angenommen

5214 Fehler durch die elastische Verformung

Durch die Schwerkraft unterliegen Blechteile einer elastischen Verformung daher muumlssen die Teile entsprechend der spaumlteren Einbaulage gemessen werden Wenn alle Messungen in der gleichen Einbaulage durchgefuumlhrt werden spielt die elastische Verformung durch das Eigengewicht fuumlr die Streuung keine Rolle Dies ist fuumlr den Fall kraftfreier bzw kraftbegrenzter Aufnahmen guumlltig


5215 Gesamtfehler

Der gesamte Fehler fuumlr die Annahme der Streuung eines Preszligteils setzt sich wie folgt zusammen

Fehler = Vertrauensintervall + Meszligfehler

Da den Fehlern Verteilungen zu Grunde liegen werden diese statistisch addiert und der Fehler mit einer definierten Wahrscheinlichkeit angegeben Fuumlr die Stichprobengroumlszlige n=100 und einer Standardabweichung sMessung=01 ergibt sich der folgende Fehler

2Meszligfehler

2intervallVertrauensSumme sss

Annahme Normalverteilung

0076000300070 22Summe s

Um feste Grenzen fuumlr den Fehler anzugeben muszlig eine Wahrscheinlichkeit fuumlr die richtige Bestimmung des Fehlers festgelegt werden Dafuumlr sind nach Erfahrungswer-

ten 95 (=2sausreichend genau Der Fehler ergibt sich fuumlr s Messung=01 zu

Fehler = 2sSumme15 mit 95 Vorhersagewahrscheinlichkeit (=5 n=100) Dies ist im Bild 60 fuumlr den Bereich der Stichprobengroumlszlige zwischen n=10 und n=500 aufgetragen

Gesamtfehler bei 95 Vorhersagegenauigkeit

-50-40-30-20-10

01020304050

10

40

70

10

0

16

0

22

0

28

0

34

0

40

0

46

0


Ab

we

ich

un

g in

[

]

oben

unten

Bild 60 Gesamtfehler


522 Resultierende Fehler auf Zusammenbau-Ebene Entscheidend fuumlr die Zielsetzung eines maszlighaltigen Fahrzeugs ist die Streuung des Zusammenbaus Daher wird die Auswirkung der Fehler der Einzelteil- Verfahrens-streuung auf die Streuung des Zusammenbaus (Summe) untersucht Vereinfachend werden die Toleranzen linear addiert und keine geometrischen Einfluumlsse beruumlcksichtigt da mit diesen jedes beliebige Ergebnis erzeugt werden koumlnnte Dies wird fuumlr die Faumllle der Summation von fuumlnf bzw drei Einzelstreuungen durchgefuumlhrt da die Anzahl der relevanten Beitragsleister meist in diesem Bereich

liegt Die Referenz ist jeweils die Summation von fuumlnf drei Streuungen mit =01 In den Tests 1-5 in Tabelle 4 wird jeweils um 20 nach unten und oder oben davon abgewichen

Tabelle 4 Zusammenbaustreuung in Abhaumlngigkeit verschiedener Eingangsfehler

Referenz Test 1 Test 2 Test 3 Test 4 Test 5

Streuung 1 01 008 008 008 008 008

Streuung 2 01 01 008 008 012 012

Streuung 3 01 01 01 008 01 008

Streuung 4 01 01 01 01 01 012

Streuung 5 01 01 01 01 01 01

Summe 0224 0215 0207 0198 0225 0227

Abweichung in 4 7 11 1 2


Streuung 1 01 008 008 008 008 008

Streuung 2 01 01 008 008 012 012

Streuung 3 01 01 01 008 01 008

Summe 0173 0162 0151 0139 0175 0165


Nur wenn alle Einzelstreuungen in eine Richtung abweichen ergibt sich der maxima-le Fehler von 20 Bei gemischten bzw nur teilweise abweichenden Einzelstreuun-gen ist der Fehler wesentlich geringer Der Effekt ist um so ausgepraumlgter je laumlnger die Toleranzkette ist Dies liegt in der bdquoGutmuumltigkeitldquo der Addition von Verteilungen Alle Einfluszligfaktoren die einen Effekt kleiner als 01mm haben koumlnnen fuumlr die Modellbildung zur Ermittlung der Streuung vernachlaumlssigt werden


53 Preszligteilstreuungen Der Themenkomplex Preszligteilstreuungen gliedert sich in zwei Bereiche Zum einen in ein Streuungsvorhersagekonzept und zum anderen in die Art der Tolerierung von Preszligteilen

531 Streuungsvorhersage Fuumlr Konzeptvergleiche ist die exakte Streuung unerheblich denn fuumlr relative Aussagen koumlnnen Standardwerte angenommen werden Fuumlr moumlglichst genaue Streuungsvorhersagen an Zusammenbauten wird eine houmlhere Genauigkeit der einzelnen Streuungswerte benoumltigt Da es zum einen nicht moumlglich ist an allen relevanten Stellen aller Bauteile die Streuung durch Meszligreihen zu bestimmen und zum anderen diese Bauteile eventuell erst Jahre spaumlter gefertigt werden besteht die Notwendigkeit ein Konzept zu entwickeln wie die Streuung auf ihre Einfluszligfaktoren zuruumlckgefuumlhrt werden kann Mittels des Konzepts zur Streuungsvorhersage sollen Aussagen uumlber die Streuung zweier Geometrieelemente zueinander getroffen werden Diese Aussagen sollen eine ausreichende Genauigkeit fuumlr die Berechnung der Zusammenbaustreuungen besitzen wenn Geometrie Material Bezugsstellen und Fertigungsprozeszlig bekannt sind Die Notwendigkeit der Beziehung zwischen verschiedenen Geometrieelementen entsteht durch einen eventuellen Wechsel der Bezugsstellen von Preszligwerk und Rohbau Um diese Komplexitaumlt aufzuloumlsen werden alle Geometrieelemente auf die Preszligwerkbezugsstellen der Erstzugflaumlche bezogen Die relative Beziehung ergibt sich aus der Addition der Streuungen beider Geometrieelemente zur Preszligwerkbezugsstelle Im Bild 61 ist als Beispiel die Beziehung zwischen einem Loch und einer Zweitzugflaumlche hervorgehoben Diese laumlszligt sich auf die Beziehungen beider zu den Bezugsstellen der Erstzugflaumlche reduzieren

Loch

1 Zugflaumlche Beschnitt

2 Zugflaumlche

Abkantung

Loch

Loch

1 Zugflaumlche

Loch

Bezugsstellen1 Zugflaumlche

Loch

1 Zugflaumlche

Beschnitt

2 Zugflaumlche

Abkantung

Nachform-flaumlche

Nachform-flaumlche

Beziehung zwischenGeometrieelementen

Bezug auf Erstzugflaumlche

Bild 61 Relative Beziehungen

Dies ist zulaumlssig fuumlr den Fall daszlig beide Geometrieelemente unabhaumlngig von-einander erzeugt wurden Werden sie abhaumlngig voneinander erzeugt zB zwei mit dem gleichen Werkzeug erzeugte Loumlcher muszlig eine gesonderte Betrachtung durchgefuumlhrt werden


Ein Preszligteil wird heute in automatisierten Pressenstraszligen gefertigt in denen bis zu fuumlnf Stufen dh fuumlnf Pressen aufeinander folgen Das folgende Bild zeigt den Ablauf der Operationen bei der Preszligteilfertigung

X

Tiefziehen

Tiefziehwerkzeug

X

tG

Mensch

Greifer

tG

Mensch

FormzentrierungAnschlaumlge Stifte

tG

Mensch

Gesamtverbundwerkzeug

tG

Mensch

tG

Mensch

tG

Mensch


tG

Mensch

Transportieren Ausrichten

AbkantenBeschneiden

LochenNachschlagenTransportieren

AbkantenBeschneiden

LochenNachschlagen

tG

Mensch

2 Stufe1 Stufe

2 Stufe 5 Stufe

Bild 62 Operationen der Preszligteilfertigung

Drei dieser Operationen haben einen maszliggeblichen Einfluszlig auf die Streuung des Preszligteils Diese sind

Tiefziehen Kombinierte Operationen (Abkanten Beschneiden Lochen und Nach-

schlagen) im Gesamtverbundwerkzeug Ausrichten in jeder Stufe

Dazu sind die fuumlr die Streuung relevanten Parameter der geometrieerzeugenden Verfahren zu bestimmen Aus diesen Parametern koumlnnen die Streuungen einer Stufe abgeleitet werden Hinzu kommen noch die Streuungen die durch Positionierungsfehler (Ausrichten) von einer Stufe zur nachfolgenden entstehen Schon hier ist ersichtlich daszlig es das Ziel sein sollte ein Werkstuumlck in moumlglichst wenig Stufen zu fertigen

Die Einfluszligfaktoren auf die Streuung eines Preszligteils sind

Material Materialeigenschaften (Rp02 Rm E-Modul Querkontraktionszahl Anisotropie-

werte) Fertigungsprozeszlig

Ausrichtgenauigkeit Schmierung Pressentemperatur Art des Umformprozesses bzw Umformverfahrens Niederhalterkraumlfte Maschinengenauigkeit Umformgeschwindigkeit (Hubzahl) Umformgrad Anzahl der Umformstufen


Geometrie Geometrie mit Lage zur Umformrichtung Geometrische Steifigkeit Bezugselemente

Aus diesen Einfluszligfaktoren muumlssen die wesentlichen isoliert werden deren Effekte im sinnvoll meszligbaren Bereich liegen Dazu wird eine Meszligreihe an einem Bauteil mit einem Stichprobenumfang n=100 untersucht Die Streuung an den einzelnen Meszligpunkten mit ihrem Fehler ist im Diagramm in Bild 63 dargestellt

Vertrauensbereich der Streuung am Flansch

0

002

004

006

008

01

012

014

016

018

02

27 41 66 52 49 36

Meszligpunkt

2 7

3 6

4 9

5 2

4 1

6 6

Bild 63 Vertrauensbereiche der Streuung

Bei dem direkten Vergleich der Streuung der Meszligpunkte 27 41 66 mit 52 49 36 wird der starke Einfluszlig der Geometrie dh der Steifigkeit deutlich denn die Punkte 36 49 und 52 streuen auf Grund der groumlszligeren Steghoumlhe wesentlich staumlrker Den groumlszligten Einfluszlig haben somit

Geometrische Steifigkeit Werkstoffparameter Rm Rp 02 E-Modul Querkontraktionszahl (vgl S-Rail aus

ST14 ZE340 und AC120 Seite 66) Ausrichtgenauigkeit

Unter der Annahme daszlig dies die wesentlichen Parameter sind und sich die Verteilungen fuumlr die Ausrichtgenauigkeit und Steifigkeit linear superponieren lassen ergibt sich der folgende Ansatz Die Gesamtstreuung ergibt sich aus der geometrischen Summe8 der Streuungen aus der Ausrichtgenauigkeit (Verkippung) und der Steifigkeit

8 Root Sum Square dies entspricht der Verteilungsaddition von Normalverteilungen Zulaumlssigkeit

siehe Kap 52


22tSteifigkeiVerkippunggesamt SSS

Da die Funktion fuumlr die Streuung in Abhaumlngigkeit von der Steifigkeit nicht bekannt ist wird sie durch eine Potenzreihe angenaumlhert

0

)(i

iitSteifigkei KS

Damit ergibt sich die Streuung zu

2

0

2 )(

i

iiVerkippung KSS

Hierin soll S die zu erwartende Streuung sein SVerkippung ist die Streuung des Meszligpunkts durch das Verkippen der Bezugsstellen K0 K sind Faktoren die aus dem Zusammenhang zwischen der Streuung und der Auslenkung der FEM-Simulation und den Meszligreihen gewonnen werden Die Reihenentwicklung kann bei eins beendet werden da wesentlich kleiner als eins ist und die houmlheren Potenzen somit gegen Null streben Vorgehensweise

1 Uumlberpruumlfen des Ansatzes an einem S-foumlrmigen Hutprofil (S-Rail) mit verschiedenen Materialien (ST 14 ZE 340 AC120)

2 Anwenden auf ein reales Bauteil 3 Anwenden auf ein weiteres reales komplexeres Bauteil uumlber mehrere

Materialchargen und Werkzeugwechsel hinweg S-Rail Das S-Rail wird in einer Pressenstufe hergestellt Dabei faumlhrt der Stempel nicht ganz in die Matrize ein sondern stoppt 2mm fruumlher Die Lage der Bezugsstellen (P1-P6) und Meszligpunkte (P7-P16) sind in Bild 64 dargestellt

Bild 64 Meszligpunkte und Bezugsstellen des S-Rails

Von diesem Bauteil werden pro Werkstoff 34 Teile gemessen Parallel dazu wird die Verformung an Meszligpunkten bei vorgegebener Kraft mittels einer FEM-Rechnung bestimmt Die Kraft wurde so bestimmt daszlig sie bei Stahl eine Verformung im


Bereich der Streuung erzeugt Sie bleibt fuumlr alle weiteren Bauteile und Materialien konstant Die Groumlszlige der zu Beginn gewaumlhlten Kraft ist von sekundaumlrer Bedeutung da bei der FEM-Berechnung ein linearer Ansatz zu Grunde liegt dh es wird angenommen daszlig nur elastische Verformungen vorliegen und im gesamten Bereich das Hookesche Gesetz gilt Das folgende Bild zeigt diese Parameter fuumlr das Material ZE 340

S-Rail untere Flaumlche

000

010

020

030

040

050

060

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Meszligpunkte

Streuung (gemessen s)

FEM-Streuung(errechnet s)

FEMVerschiebungen

Bild 65 Gegenuumlberstellung Verschiebung berechneter und gemessener Streuung

Aus diesem Bild ist deutlich der Zusammenhang von Streuung und Steifigkeit zu erkennen Analoge Gesetzmaumlszligigkeiten gelten ebenso fuumlr die anderen Materialien da ihre gemessenen Streuungsverlaumlufe aumlhnlich sind Dabei ist zu beachten daszlig fuumlr verschiedene Materialien andere Parameter Ki gelten

Vergleich der Streuung verschiedener WerkstoffeS-Rail untere Flaumlche

0

05

1

15

2

25

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Meszligpunkte

Str

euu

ng

(6

s) [

mm

]

St14

ZE 340

AC120

Bild 66 Gemessene Streuungen verschiedener Materialien


Damit ist die prinzipielle Anwendbarkeit des Konzepts belegt Zur Verifizierung wird die A-Saumlule (innen oben) eines Fahrzeugs als komplexes mehrstufig hergestelltes Bauteil betrachtet A-Saumlule (innen oben) Die A-Saumlule wird in drei Stufen aus ZE 340 hergestellt Die Lage der Bezugsstellen (NR1-6) und Meszligpunkte (L1-L32) veranschaulicht Bild 67

Bild 67 Lage der Meszligpunkte und Bezugsstellen der A-Saumlule innen oben

Die Bezugsstellen bilden die Einspannungen fuumlr das FEM-Modell die Meszligpunkte stellen die Lastfaumllle dar Aus dem folgenden Bild ist die Guumlte des Netzes erkennbar


Bild 68 FEM-Netz mit durchschnittlicher Kantenlaumlnge von 2mm

In Bild 69 sind die gemessene Streuung die FEM-Verschiebungen und Streuungen durch die Verkippung der Bezugsstellen dargestellt Der Fehlerbalken der gemessenen Streuung entspricht dem Gesamtfehler zur Bestimmung der Streuung (vgl Kap 52)

000

002

004

006

008

010

012

014

016

018

020

L02

L04

L06

L08

L10

L15

L17

L19

L21

L28

L31

Meszligpunkte

Str

euu

ng

(s

) [m

m]

Ver

sch

ieb

un

g [

mm

]

Streuung(gemessen s)

Streuung(errechnet s)

FEM-Verschiebungen

Bild 69 Gegenuumlberstellung der gemessenen und berechneten Streuungen bereinigt

Dieser Ansatz zur Streuungsvorhersage laumlszligt sich gut verwenden um Fehler im Fertigungsprozeszlig aufzudecken Die teilweise nicht so gute Uumlberdeckung zwischen Messung und Realitaumlt wurde mit Hilfe einer Messung nach jeder Stufe untersucht


Dadurch wurde ein Positionsfehler des Nachschlagewerkzeugs gefunden der einen Verzug des Preszligteils bewirkte Bei einem Vergleich der Streuungen und FEM-Verschiebungen des S-Rails und der A-Saumlule faumlllt auf daszlig die A-Saumlule wesentlich geringere Streuungen aufweist die durch die geringeren Verschiebungen (houmlhere Steifigkeit) verursacht werden Zur Bestimmung des Einflusses verschiedener Chargen wird die A-Saumlule (unten) uumlber mehrere Chargen hinweg mit einer Stichprobengroumlszlige groumlszliger als 100 Stuumlck gemessen Zwischen den einzelnen Chargen findet ein Werkzeugwechsel und Materialwechsel statt Die Meszligpunkte sind auf Flanschen und Schnitten am Bauteil angeordnet

E -E

EE

Bild 70 Meszligpunkte der A-Saumlule (unten)

Die Meszligergebnisse des Schnitts E-E sind exemplarisch in dem naumlchsten Diagramm (Bild 71) dargestellt Die uumlbrigen Meszligergebnisse und die Streuungsvorhersage finden sich im Anhang F


Streuung Schnitt E-E

0

02

04

06

08

1

12

14

16

51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Meszligpunkte

Charge 1

Charge 2

Charge 3

Charge 4

Charge 5

Bild 71 Vergleichende Streuung von fuumlnf Chargen

Die geringe Abweichung der Streuung der einzelnen Chargen zueinander faumlllt auf Die einzelnen Streuungen unterscheiden sich um weniger als 20 und in dieser Groumlszligenordnung liegt der Fehler zur Bestimmung der Streuung (vgl Kap 52) Anders verhaumllt sich der Mittelwert an den einzelnen Meszligpunkten Dies zeigt fuumlr den gleichen Schnitt Bild 72

Mittelwert Schnitt E-E

-1

-05

0

05

1

51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Meszligpunkte

Charge 1

Charge 2

Charge 3

Charge 4

Charge 5

Bild 72 Vergleichende Mittelwerte von fuumlnf Chargen

Die Unterschiede hier sind auf jeweils einen Werkzeugwechsel sowie unterschiedliches Material zuruumlckzufuumlhren Aus dieser Erkenntnis erwaumlchst die Notwendigkeit die gaumlngige Tolerierungspraxis zu aumlndern


532 Art der Tolerierung Bislang werden die Flaumlchen mit der Toleranz bdquoProfil einer Flaumlcheldquo versehen Im folgenden Beispiel ist ein typischer Fall dargestellt

6 6

0 5 A B C

Bild 73 Toleranz an einem Preszligteil

Der Toleranzeintrag bedeutet daszlig der Flansch um 025mm gegenuumlber seiner CAD-NULL-Lage streuen kann Messungen belegen daszlig die tatsaumlchliche Streuung wesentlich kleiner ist Am Meszligpunkt 66 der exemplarisch im naumlchsten Bild dargestellt ist betraumlgt der Streubereich 6s=03mm

Meszligwerte am Punkt 66

-02

-015

-01

-005

0

005

01

015

02

1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91

Preszligteilnummer

Abw

eich

ung

vom

Mitt

elw

ert i

n m

m

Bild 74 Meszligwerte an einem Meszligpunkt uumlber mehrere Preszligteile

Die Differenz zu dem Toleranzwert wird benoumltigt damit der Mittelwert innerhalb des Toleranzbands liegt Mit der zu Grunde liegenden Art der Tolerierung berechnet die Toleranzanalyse nicht das richtige Ergebnis und die Realitaumlt verhaumllt sich ebenfalls


nicht der Tolerierung entsprechend Als Konsequenz muszlig die Tolerierung geaumlndert werden

6 6

0 5 A B C

0 3

Bild 75 Kombinierte Tolerierung

Dies bedeutet daszlig die Geometrie um 03mm in einem Gesamtband von 05mm streut Die Methode der kombinierten Tolerierung entspricht somit wesentlich besser den realen Meszligergebnissen


54 Rohbaustreuungen Im Rohbau werden aus Einzelteilen bzw Unterzusammenbauten durch Fuumlgen Zusammenbauten hergestellt Dieser Ablauf ist schematisch im naumlchsten Bild dargestellt

Transportieren

Einzelteil inRohbauanlage

Ausrichten

Flaumlchenanschlaumlgeund oder Stifte

tG

Mensch

Einzelteil inRohbauanlageausgerichtet

Fuumlgen

Zusammenbau

Punktschweiszligroboter

tG

Mensch

Einzelteil

Greifer etc

tG

Mensch

Bild 76 Rohbauprozeszlig

Fuumlr die Streuung des Zusammenbaus gibt es zwei Ursachen

1 Aufnahme und Ausrichtung der Teile 2 Effekte des Fuumlgeverfahrens

Die Effekte des Fuumlgeverfahrens werden vernachlaumlssigt da bewuszligt Verfahren wie zB Punktschweiszligen mit moumlglichst geringen Toleranzeffekten verwendet werden Zur Aufnahme werden in der Regel Loch-Stift-Paarungen oder flaumlchige Anschlaumlge mit Spannern verwendet Die Streuung der beiden Moumlglichkeiten ergibt sich bei Normalverteilungsannahme zu Loch-Stift-Paarung

2

StiftLoch2StiftrDurchmesse

2Lochspiel im Lage

222gAusrichtun

6

dds s smit

s s ss

LochrDurchmesse

Lochs desPosition Stifts desPosition Lochspiel im Lage

Der Term entspricht der Nominalspielstreuung unter der

Annahme daszlig eine Normalverteilung mit 6s zu Grunde liegt

6StiftLoch dd

Flaumlchige Anschlaumlge mit Spannern

222gAusrichtun Preszligteil Flaumlche einer Profil AnschlagFlaumlche einer Profil Anschlagsdes Position

s s s s


Die einzelnen Streuungsterme muumlssen daraufhin untersucht werden ob Streuungen tatsaumlchlich vorliegen Im Fall einer Positionstoleranz eines Stifts von zB 02mm tritt bei wiederholter Verwendung dieses Stifts keine Streuung sondern nur eine Mittelwertverschiebung auf Werden fuumlr diese Paarung viele verschiedene Stifte verwendet geht die Toleranz in die Streuung ein Tabelle 5 enthaumllt alle erforderlichen Informationen zur Loch-Stift-Paarung

Tabelle 5 Stift in der Anlage (Positionierung im Fahrzeugnetz)

Positionstoleranz des Stifts in der

Anlage

Bezeichnung Skizze

Min

imal

es L

ochs

piel

[m

m]

Dur

chm

esse

rtol

eran

z de

s S

tifts

[m

m]

starr [mm]

heraus-fahrbar [mm]

Ber

eich

der

Q

uerv

ersc

hieb

bark

eit i

m

Loch

[mm

]

Verfahrens-grenzen

Zus

aumltzl

iche

A

ufw

endu

ngen

Schwertstift

01 005 01 02 lt2

Nur bedingt in Untergruppen ohne Funktion Beschaumldigungen =gt nicht fuumlr Lack-ablaufloumlcher die wasserdicht verschlossen werden muumlssen

Richtarbeiten je nach Material-staumlrke und Einsatzort notwendig

Langloch-aufnahme

01 005 01 02 2

Beschaumldigung auf der langen Flaumlche bei groszligen Kraumlften Kosten Baugroumlszlige

Schwimmender Stift

01 005 015 02 2 Bauraum teuer

Runder Stift

01 005 01 02 -

Kegelstift

- - 01 02

Spreizstift - - 01 02

werden vermieden

Bei der prozeszligsicheren Verwendung von Stiften ist generell folgendes zu beachten Mindestblechdicke 088mm um Lochbeschaumldigungen zu vermeiden Kragenloumlcher oder Doppler falls duumlnnere Bleche verwendet werden Einfaumldelautomatik bei Stiftdurchmessern kleiner als 20mm damit das Teil

prozeszligsicher in die Anlage eingelegt werden kann


Die flaumlchigen Anschlaumlge unterteilen sich gemaumlszlig der Kruumlmmung ihrer Kontaktflaumlche die relevanten Informationen sind in der nachstehenden Tabelle enthalten

Tabelle 6 Flaumlchige Anschlaumlge

Bezeichnung Skizze Toleranz

Profil einer Flaumlche [mm]

Position [mm]

Ebenes Formstuumlck 01 05 01 02

1-D gekruumlmmtes Formstuumlck

01 -05 01 02


01 05 01 02

Bei Anschlaumlgen ist in der Regel die Verwendung von Spannern erforderlich damit das Bauteil auch wirklich am Anschlag anliegt Liegt eine kombinierte Aufnahme vor bei der sowohl durch ein Loch und eine Form aufgenommen wird muszlig genau gepruumlft werden wodurch die Positionierung erfolgt In der Regel dient das Loch der Vorzentrierung und die Flaumlche bestimmt die exakte Position (Bild 77) In diesem Fall ist dem Katalog der Wert fuumlr eine Formaufnahme zu entnehmen

Vorzentrierung

MaszligbestimmendeAusrichtung

Bild 77 Kombinierte Aufnahme

76 6 Optimierungsstrategien

6 Optimierungsstrategien Durch Optimierungsstrategien soll die Konstruktion weniger anfaumlllig gegen die Aus-wirkungen von Toleranzen gestaltet werden Fuumlr diese Strategien gibt es zwei moumlgli-che Anwender

Der fuumlr ein Einzelteil oder Zusammenbau verantwortliche Konstrukteur

Die das Toleranzmanagement durchfuumlhrende Arbeitsgruppe Bild 78 zeigt schematisch die Anwendung der Optimierungsstrategien auf einen Teilausschnitt des Entwicklungsprozesses

Validieren

Konstruktions-katalog

ValidierterEntwurf

Ausarbeiten

Konstruktionskatalog

tG

Mensch

Produkt-dokumentation

GeklaumlrteAufgabe

Konzipieren

tG

Mensch

Prinzipielle Loumlsung(Konzept)

Validieren

Validierteprinzipielle Loumlsung

Checkliste und oderArbeitsgruppe

tG

Mensch

Entwerfen


tG

Mensch

Entwurf


tG

Mensch

Bild 78 Anwendung der Optimierungsstrategien durch den Konstrukteur

Dieser Prozeszlig beinhaltet den kreativen Anteil des Konzipierens und Entwerfens Mittels Konstruktionskatalogen kann der Konstrukteur bei diesen Taumltigkeiten unter-stuumltzt werden Fuumlr die uumlberpruumlfenden Operationen gibt es im wesentlichen zwei Arten der Unterstuumltzung zum einen koumlnnen Checklisten eingesetzt werden zum anderen kann die Arbeitsgruppe (vgl Kap 3) die Uumlberpruumlfung durchfuumlhren und Verbesse-rungsvorschlaumlge unterbreiten

Checklisten

Konzept

Analysieren

tG

Mensch

Analyse desIst-Zustands

Konzipieren vonBezugsstellen Toleranzen

Aufbaureihenfolge

Konzept und konstruktiveVerbesserungsvorschlaumlge

Konstruktionskataloge

tG

Mensch

Validieren

Checklisten

tG

Mensch

Validiertes Konzept undkonstruktive Ver-

besserungsvorschlaumlge

Bild 79 Anwendung der Optimierungsstrategien durch die interdisziplinaumlre Arbeitsgruppe

In diesem Fall fuumlhrt die Arbeitsgruppe zunaumlchst eine Ist-Zustandsanalyse durch In einem kreativen Schritt werden die zusaumltzlich erforderlichen Informationen generiert und die Verbesserungsvorschlaumlge erarbeitet Nach einer Validierung flieszligen die Ergebnisse zum Konstrukteur zuruumlck

6 Optimierungsstrategien 77

Beiden Anwendungsgebieten ist gemeinsam daszlig mit Checklisten sowohl Konstrukti-onsuumlberpruumlfungen durchgefuumlhrt werden koumlnnen als auch die Kreativitaumlt angeregt wird und mit Konstruktionskatalogen kreative Taumltigkeiten zur Loumlsungsfindung unter-stuumltzt werden wenn sie entsprechend verwendet werden zB beim Browsen Eine Kreativitaumltseinengung findet nur statt wenn rein uumlber den Zugriffsteil Loumlsungen gesucht werden Beide Hilfsmittel werden unter dem Gesichtspunkt des Toleranzmanagements entwickelt Doch zuvor werden die allgemeinen Prinzipien des toleranzgerechten Konstruierens vorgestellt

61 Generelle Prinzipien des toleranzgerechten Konstruierens

Steife Bauteile Messungen haben ergeben daszlig Bauteilsteifigkeit und Streuung im Zusammenhang stehen Daher ist in toleranzkritischer Richtung eine moumlglichst hohe Steifigkeit anzu-streben bzw im allgemeinen durch die Formgebung eine moumlglichst hohe Steifigkeit zu erzielen (vgl Kap 531) Groszligvolumige MAG-Naumlhte Beim MAG-Schweiszligen kann ein Toleranzausgleich durch das groszlige Volumen der Naht erzielt werden Dabei muszlig die Gefahr des Schweiszligverzugs durch die hohe Waumlrmeeinbringung beruumlcksichtigt werden Beispielsweise kann ein solcher Tole-ranzausgleich bei der Anbindung des Frontmodultraumlgers an den Laumlngstraumlger vorge-sehen werden Die angeschweiszligte Haltekonsole kann in allen Raumrichtungen frei positioniert werden bevor sie geschweiszligt wird


62 Checklisten Mit Hilfe von Checklisten koumlnnen Konstruktionen auf die Erfuumlllung bestimmter Anfor-derungen hin gepruumlft werden Durch Fragen werden Denkprozeszlig und Intuition ange-regt [Pah-97] Checklisten sind nur dann zweckmaumlszligig wenn sie auch laumlngere Zeit aktuell bleiben Deshalb sollten fuumlr das entsprechende Gebiet nur allgemeinguumlltige Prinzipien enthal-ten sein Fuumlr einen einfachen Einsatz sollte ihr Umfang uumlberschaubar sein Umfang-reiche Listen wirken ermuumldend und verringern daher die Akzeptanz der Anwender Checklisten sollten nach Moumlglichkeit leicht einpraumlgsam sein und den Denkprozeszlig des Anwenders so steuern daszlig er ohne weitere Hilfsmittel von sich aus auf die wesentlichen Fragen stoumlszligt [Pah-97] Ziel ist es den Konstrukteur auf die wesentlichen Punkte der toleranzgerechten Gestaltung aufmerksam zu machen sowie Fehler und Probleme mit Hilfe der Check-liste zu erkennen Die vollstaumlndige Abdeckung des Loumlsungsspektrums ist dann im naumlchsten Schritt mit Hilfe der Konstruktionskataloge moumlglich Zur Erstellung der Checkliste wurde der Produktionsprozeszlig im Karosseriebau auf wichtige nach Moumlglichkeit wiederkehrende Merkmale der toleranzgerechten Gestal-tung hin untersucht Weiterhin wurden bestehende Checklisten aus der Literatur auf ihre Guumlltigkeit fuumlr die toleranzgerechte Gestaltung von Karosserien uumlberpruumlft [Ehr-79] [Koh-95] [Rot-94] Aus den gefundenen Merkmalen wurden anschlieszligend die Fragen gebildet Sie sind nach den Funktionen der Produktionsprozeszligkette Karosse-riebau (sa Bild 80) geordnet Prinzipien welche fuumlr mehrere Funktionen relevant sind werden nur einmal unter dem Stichpunkt bdquoAllgemeinldquo erwaumlhnt um den Umfang der Checkliste zu begrenzen Zur Uumlberpruumlfung einer Konstruktion sowohl eines Einzelteils als auch eines Zu-sammenbaus sollte die komplette Checkliste durchgearbeitet werden Die Be-schraumlnkung auf einzelne Punkte ist nicht sinnvoll da Streuungen waumlhrend des ge-samten Produktionsprozesses entstehen Die Checkliste ist im Anhang D aufgefuumlhrt


63 Konstruktionskataloge Mit Konstruktionskatalogen lassen sich mehrere Aufgaben loumlsen [Rot-94]

Vergroumlszligern des Spektrums moumlglicher Loumlsungen

Erleichtern der Auswahl besonders geeigneter Loumlsungen

Unterstuumltzen des systematischen und gezielten Vorgehens Zur generellen und optimalen Verfuumlgbarkeit von toleranzgerechten Gestaltungsre-geln im Karosseriebau wurden fuumlr die vorliegende Arbeit Gestaltungsregeln aus der Literatur und der industriellen Praxis abgeleitet sowie neue Regeln generiert und in Form von Konstruktionskatalogen gesammelt

631 Aufbau der Konstruktionskataloge Der im Folgenden beschriebene Aufbau der Konstruktionskataloge gliedert sich in die Einteilung in verschiedene Kataloge sowie den prinzipiellen Aufbau der einzel-nen

6311 Gliederung in verschiedene Kataloge

Der Aufbau der Konstruktionskataloge orientiert sich am Produktionsprozesses im Karosseriebau der in dem folgenden Bild dargestellt ist

Speichern Transportieren Vorausrichten

Trennen

Fuumlgen

Umformen

Messen

Tra

nspo

rtie

ren

Zustand Einfrieren

Ausrichten

EndeTransportieren

Bild 80 Produktionsprozeszligkette Karosseriebau

Die verwendeten Bezeichnungen fuumlr die Operationen orientieren sich an der Nor-mung Es wurde lediglich stellenweise zur leichteren Verstaumlndlichkeit in der betriebli-chen Praxis davon abgewichen Die verschiedenen Operationen werden nacheinan-der durchlaufen wobei zur Fertigung eines Einzelteils oder Zusammenbaus ia mehrere Iterationszyklen durchlaufen werden Ausgangspunkt ist das gespeicherte Blechcoil Halbzeug Einzelteil oder der Zusammenbau Daran schlieszligt sich der


Transport an Unter Transportieren wird hier das Bewegen eines Teils von seinem Ausgangsort zur Maschine verstanden In der Anlage wird das Teil nicht maszligbe-stimmend vorausgerichtet Bei der anschlieszligenden Operation des Ausrichtens wird das Teil in die maszligbestimmende Lage gebracht dieser Zustand wird dann eingefro-ren Es schlieszligen sich nun alternativ die Operationen Umformen Trennen Fuumlgen Messen oder Beschichten an bei denen die Geometrie beeinfluszligt oder uumlberpruumlft wird Nachdem die jeweilige Operation beendet ist werden die Teile zum erneuten Vorausrichten oder zum Speichern transportiert Die Unterteilung der Produktionsprozeszligkette in der oben genannten Form ist fuumlr eine Untergliederung der vorhandenen Beispiele gut geeignet da die Fertigung einer Fahrzeugkarosserie mit den genannten Operationen komplett beschrieben werden kann Die Untergliederung mit den genannten Merkmalen ist abzaumlhlbar und eindeu-tig Zu allen Prozeszligschritten wurde ein Uumlbersichtskatalog erstellt In jedem Uumlbersichtska-talog wird ein breites Spektrum von Loumlsungen erfaszligt Die Kataloge Ausrichten und Umformen erfordern wegen ihres Umfangs eine Untergliederung in Detailkataloge

6312 Gliederungsteil

Um die Gliederungsmerkmale und -werte zu finden die sich zur eindeutigen Gliede-rung der Gestaltungsregeln eignen wurden alle Regeln die thematisch einem Pro-zeszligschritt zuzuordnen sind auf ihre Gemeinsamkeiten und ihre Unterschiede unter-sucht Um ein moumlglichst vollstaumlndiges Feld von Merkmalen zu erhalten wurde neben der Methode des Brainstormings auch eine Tabelle mit Gliederungs- und Zugriffs-merkmalen zu Hilfe genommen [Die-81] sowie die Fachliteratur auf weitere Merkma-le hin untersucht In den Gliederungseigenschaften muumlssen die wesentlichen Eigenschaften der Ge-staltungsregeln erfaszligt werden Die Gliederung der Kataloge wurde nach Moumlglichkeit hierarchisch mit der Verfahrensart auf der ersten Gliederungsebene durchgefuumlhrt Die verschiedenen Verfahren wurden entsprechenden Normen oder Richtlinien entnommen und sind somit vollstaumlndig Auf der naumlchsten Ebene wurde die Region als Gliederungsmerkmal verwendet Die relevanten Regionen sind im allgemeinen Bauteil und Vorrichtung Auf der dritten Gliederungsebene wurden generelle Eigen-schaften der Gestaltungsregeln zur Untergliederung verwendet Dies koumlnnen zum Beispiel Verfahrenseigenschaften sein Auf dieser Ebene ist die Vollstaumlndigkeit der Gliederungswerte nicht in jedem Fall eindeutig nachweisbar da die meisten techni-schen Objekte von einer Vielzahl von Eigenschaften beschrieben werden Allerdings wurde Wert darauf gelegt alle Merkmale zu erfassen die die Toleranzproblematik im vorliegenden Fall vollstaumlndig beschreiben Um noch eine weitere Untergliederung der Gestaltungsregeln vornehmen zu koumlnnen wurden spezielle Eigenschaften wie zB Geometrieelemente oder Anzahl der Fuumlge-stellen verwendet Fuumlr die Vollstaumlndigkeit der Werte gilt analog zur dritten Gliede-rungsebene daszlig versucht wurde alle toleranzrelevanten Werte zu erfassen Auf-grund der Vielzahl moumlglicher Werte ist dies aber nicht immer realisierbar Zur besse-


ren Verdeutlichung sind hier noch einmal die Untergliederungsebenen der Gestal-tungsregeln dargestellt

Tabelle 7 Gliederungskonzept der Konstruktionskataloge

Gliederungsebene Einsatzbereich Beispiel

Prozeszligschritt Uumlbersichts-kataloge

Ausrichten Umformen

Verfahrensart Detailkatalog Teile auf Teil Ziehen

Verfahrensart Gliederungsteil Umformen Schweiszligen

Region Gliederungsteil Vorrichtung Bauteil

generelle Eigenschaf-ten

Gliederungsteil Verfahrenseigenschaften

spezielle Eigenschaf-ten

Gliederungsteil Geometrieelemente Anzahl der Fuumlge-stellen

Nicht in jedem Fall ist allerdings eine Unterteilung der Gestaltungsregeln in fuumlnf bzw sechs Ebenen notwendig Aus diesem Grund wurden fuumlr einige Kataloge nur ein Teil der Gliederungsebenen verwendet

6313 Hauptteil

Im Hauptteil der Konstruktionskataloge sind die eigentlichen Informationen gesam-melt Sie bestehen aus einer textuellen Gestaltungsregel und einer Skizze Fuumlr Optimierungsregeln bietet sich die Vorher-Nachher-Darstellung an Der Aufbau nach Koller [Kol-95] (vgl Kap 2 Stand der Technik) hat sich bei Untersuchungen des Anwenderverhaltens als nicht optimal erwiesen da die Testanwender sofort auf die Beispiele geschaut und die textuelle Gestaltungsregel somit uumlbersprungen haben Die Testpersonen waren die Teilnehmer eines interdisziplinaumlr zusammengesetzten Toleranzarbeitskreises da sie ua die potentiellen Anwender sind Dabei wurden ca 50 Personen befragt In einer Funktionsdarstellung (Ausgangszustand Gestaltungs-regel optimierter Zustand) hingegen wird die Gestaltungsregel vom Anwender we-sentlich staumlrker wahrgenommen

Ausgangszustand G estaltungsregel O ptimierterZustand

G estaltungsregelUnguumlnstiges

BeispielAufbau nach Koller [Kol-94]

Untersuchung des Anwenderverhaltens

G uumlnstigesBeispiel

Optimierter Aufbau

Bild 81 Unterteilung des Hauptteils als Nachbildung des Optimierungsprozesses


Der Grund fuumlr die gewollt starke Betonung der Gestaltungsregel beruht auf der Tatsache daszlig die Gestaltungsregel einen groumlszligeren Bereich abdeckt als die flankie-renden Skizzen

6314 Zugriffsteil

Im Gegensatz zu Gliederungs- und Hauptteil der Konstruktionskataloge die formal streng gehandhabt werden muumlssen kann der Zugriffsteil eher an die Beduumlrfnisse des Anwenders angepaszligt werden [Rot-94] Er soll dem Anwender das Auffinden der fuumlr ihn relevanten Loumlsung mittels des Ausschluszligverfahrens erleichtern Fuumlr den Anwender der Konstruktionskataloge zum toleranzgerechten Gestalten im Karosseriebau ist in erster Linie wichtig zu wissen welche Arten von Toleranzen mit einer Gestaltungsregel beeinfluszligt werden koumlnnen Es wurden fuumlr den Zugriffsteil der Konstruktionskataloge deshalb Zugriffsmerkmale gewaumlhlt die das Optimierungspo-tential der einzelnen Toleranzarten aufzeigen siehe auch Bild 82

Profil einer Liniebezogen auf A B C

Profil einer Flaumlchebezogen auf A B C

Positionbezogen auf A B C

x A B C

x A B C

x A B C

Bild 82 Toleranzbezeichnungen fuumlr Form- und Lagetoleranzen

Zu diesen Form- und Lagetoleranzen kommen noch die Maszligtoleranzen hinzu Mit den entsprechenden Regeln koumlnnen Laumlnge und Winkel optimiert werden Die ge-nannten Zugriffsmerkmale wurden mit den dazugehoumlrigen Toleranzsymbolen im Konstruktionskatalog dokumentiert und unter der Bezeichnung Toleranzoptimierung zusammengefaszligt Weiterhin wurde die Moumlglichkeit der Beeinflussung von Streuungen in den Zugriffsteil der Konstruktionskataloge aufgenommen Die drei Moumlglichkeiten sind

Streuungen vermeiden

Streuungen ausgleichen

Streuungen in nicht sichtbare Bereiche verlegen

Um dem Konstrukteur noch eine weitere Hilfe zu geben wurde das Optimierungspo-tential der Gestaltungsregeln bewertet Dies erleichtert das Auffinden der geeigneten Gestaltungsregeln Fuumlr die Bewertung wurde eine Wertskala mit fuumlnf Werten gemaumlszlig VDI-Richtlinie 2225 [VDI-2225] verwendet (Tabelle 8) Fuumlr diese relativ kleine Wert-skala spricht die Tatsache daszlig das Potential sehr stark vom konkreten Anwen-dungsfall abhaumlngt


Tabelle 8 Wertskala fuumlr den Zugriffsteil

Wert Effekt auf Toleranzoptimierung und Streuungsbeeinfluszligung

-- stark negativer Effekt

- negativer Effekt

o kein Effekt

+ positiver Effekt

++ stark positiver Effekt

6315 Anhang

Im Anhang der Konstruktionskataloge werden Begruumlndungen und Bemerkungen zu den Gestaltungsregeln des Hauptteils gesammelt Zur leichteren Verstaumlndlichkeit sind zu den Regeln noch zusaumltzliche Begruumlndungen gegeben worden In einer weiteren Spalte des Anhangs wird auf die zu beachtenden Randbedingun-gen bei Verwendung einer bestimmten Gestaltungsregel hingewiesen Diese stellt den erforderlichen Praxisbezug her In untenstehender Tabelle sind die Randbedin-gungen enthalten

Tabelle 9 Liste der zu beachtenden Randbedingungen

Akustik Dichtigkeit Logistik

Anbindung Einrichtzeit Materialkosten

Anlagenverfuumlgbarkeit Ergonomie Montagefolge

Ausrichtung Festigkeit Netzparallelitaumlt

Ausrichtzeit Formfehler in Loumlchern Orientierungsaumlnderung

Automatisierung Fuumlgefolge Reparatur

Bauraum Fuumlgeverfahren Sicherheit

Bauteilbeschaumldigung Funktion Steifigkeit

Bauteilgeometrie Genauigkeit Teilezahl

Bauteilgewicht Gewicht Verschnittgroumlszlige

Bauteilgroumlszlige Fertigbarkeit Werkzeugkosten

Bauteilkomplexitaumlt Kraftbegrenzung

Bauteilkosten Lagerflaumlche (Platzbedarf)

Design Lochdurchmesser

Zugaumlnglichkeit

Soweit eine signifikante Aumlnderung der Randbedingungen erkennbar ist wird diese in den Konstruktionskatalogen durch einen Pfeil gekennzeichnet () So wird zB verdeutlicht ob lokal Kosten steigen oder fallen Die Produktherstellungskosten muumlssen in der Summe sinken Dies wird durch Einsparung von Nacharbeit houmlhere Anlagenverfuumlgbarkeit etc erreicht Mit dem Stichpunkt Sicherheit sind Einfluumlsse auf das Crashverhalten des Fahrzeugs bezeichnet


632 Handhabung der Konstruktionskataloge Die vorliegenden Konstruktionskataloge zum toleranzgerechten Konstruieren sollen eine Hilfestellung zur Loumlsung von Toleranzproblemen im Karosseriebau geben Die Palette moumlglicher Loumlsungen kann wesentlich erweitert werden wenn der Produkti-onsprozeszlig systematisch mit den Katalogen untersucht wird Dabei ist zu beruumlcksich-tigen daszlig durchaus Widerspruumlche zwischen Regeln oder konkurrierenden Zielen auftreten koumlnnen Zur Loumlsungsfindung koumlnnen die Vorgehensschritte nach Bild 83 abgearbeitet werden Widerspruumlche lassen sich am einfachsten im interdisziplinaumlren Toleranzarbeitskreis aufklaumlren da hier das erforderliche Know-How zur Bewertung der verschiedenen Moumlglichkeiten vorhanden ist

Formulieren der Aufgabenstellung

Durcharbeiten des Katalogs mit Hilfe dergefundenen Gliederungs- und

Zugriffsmerkmale unter Beruumlcksichtigungder zu beachtenden Randbedingungen

Auswaumlhlen der relevanten Konstruktions-kataloge anhand von Bild 78

Untersuchen der Aufgabenstellung aufMerkmale die im Gliederungs- und

Zugriffsteil des Konstruktionskatalogsenthalten sind

Suchen von Randbedingungen die durchdie Zugriffsmerkmale des Katalogs nicht

erfaszligt werden

Vergleich relevanter Loumlsungenuntereinander

Auswaumlhlen und Weiterverfolgen vonLoumlsungen

Bild 83 Anwendung der Konstruktionskataloge

Alle Kataloge sind auf dieselbe Weise durchzuarbeiten Nicht nur das systematische Vorgehen anhand der genannten Arbeitsschritte fuumlhrt zu Loumlsungen Um sich ein Bild von den moumlglichen Loumlsungen fuumlr Toleranzprobleme zu verschaffen ist es auch sinnvoll die Kataloge zur Kreativitaumltsanregung einmal kom-plett durchzuarbeiten Besonders die Kataloge zum Ausrichten enthalten hier wert-volle Anregungen fuumlr die konstruktive Praxis


633 Kataloge entlang der Prozeszligkette Die in Bild 80 dargestellte Prozeszligkette bildet die Operationen des Prozeszligablaufs in der Karosseriefertigung nach Bild 84 zeigt als Illustration der vorangegangenen Kapitel einen Ausschnitt aus dem Konstruktionskatalog bdquoAusrichtenldquo

Gliede-

rungsteil Hauptteil Zugriffsteil Anhang

Toleranz- optimierung

Streuungen

Reg

ion

Eige

nsch

aft

Einf

luszlig

Ausgangszustand Optimierter

Zustand

Nr

x A

B C

x A

B C

x A

B C

Maszlig

tole

ranz

Verm

eide

n

Aus

glei

chen

Vers

teck

en Begruumlndung

zu beachtende Rand-bedingungen

Grouml

szlige d

er

Kont

aktf

laumlch

e

Auszligenhautteile groszligflaumlchig

unterstuumltzen 5 o + o o + o o

Beschaumldigung der Oberflaumlche vermeiden

Vorrichtungs- kosten

Besc

haumldi

gung

Verm

eide

n

Aufnahmen mit einem freien Freiheitsgrad mit schwimmend

gelagertem Aufnahmestift

ausfuumlhren

6 o + ++

+ o + o

Beschaumldigung des Lochs durch Schwertstifte vermeiden

Genauigkeit Vorrichtungs- kosten Anlagen-verfuumlgbarkeit

Art

der

Auf

nahm

e

Besc

haumldi

gung

Gestal ngs-regel

n A

usgl

eich

e

Aufnahmebolzen von durch mehrere

Aufnahmevorgaumlnge beschaumldigten

nahmeloumlchern Spreizstift ausfuumlhren Auf als

7 o + + + o + o Aufweitung des

hen

Bauteilgroumlszlige

ngs-

Lochs ausgleic

Genauigkeit Lochdurch- messer Vorrichtukosten

Vor

richt

ung

selb

st

Bild 84 Katalogausschnitt bdquoAusrichtenldquo

tu

Die einzelnen Kataloge zu den entsprechenden Operationen befinden sich im Anhang E

86 8 Verifikation und Nutzen

7 Toleranzanalyse Unabhaumlngig von der Art der Durchfuumlhrung des Toleranzmanagements wird in jedem Fall die Auswirkung von Streuungen mittels einer Toleranzrechnung analysiert Diese Untersuchung kann unter zwei Gesichtspunkten durchgefuumlhrt werden

Qualitative Analyse (Variantenvergleich) Die Genauigkeit des Rechenverfahrens ist von untergeordneter Bedeutung da nur die Relation zwischen den einzelnen Varianten relevant ist und nicht der absolute Wert der Streuung

Quantitative Analyse In diesem Fall ist die Genauigkeit des Rechenverfahrens von hoher Wichtigkeit da der absolute Wert der Streuung zu bestimmen ist

Bei beiden Untersuchungen wird in der Regel ein Software-Tool eingesetzt Bei diesen Werkzeugen ist kritisch zu pruumlfen welche Voraussetzungen fuumlr deren Einsatz gegeben sein muumlssen und welche Guumlte die Ergebnisse haben werden

71 Voraussetzungen Die Voraussetzungen fuumlr die Berechnung resultieren aus dem angewandten Re-chenverfahren Dies ist in der Regel eine Monte Carlo-Simulation Das Hauptproblem ist daszlig weder elastische und plastische Verformungen noch statisch uumlberbestimmte Bauteile beruumlcksichtigt werden koumlnnen Dies ist besonders im Bereich der Blechver-arbeitung wegen der geringen Steifigkeit der Einzelteile und teilweise auch der Zu-sammenbauten von Nachteil Die Voraussetzungen sind somit

Starre Bauteile

Statisch bestimmte Aufnahmen Ein Verlassen dieser beiden Annahmen waumlre dann zulaumlssig wenn die Toleranzana-lyse mit einer FEM-Rechnung gekoppelt wird Dies ist in absehbarer Zeit wegen des hohen Zeitbedarfs einer FEM-Rechnung nicht moumlglich da dann fuumlr eine Toleranz-analyse 1000-5000 FEM-Rechnungen durchgefuumlhrt werden muumlssen Der Zeitbedarf resultiert nicht nur aus der Rechenzeit sondern auch aus der geforderten houmlheren Qualitaumlt das CAD-Modells und der erforderlichen Netzgenerierung

8 Verifikation und Nutzen 87

72 Guumlte der Ergebnisse Bei der Ergebnisqualitaumlt muszlig zwischen zwei Aspekten unterschieden werden

a) Wie gut wird ein theoretischer Sachverhalt berechnet (Numerische Genauigkeit)

b) Wie gut spiegelt das Rechenergebnis die Realitaumlt wieder (Modellgenauigkeit)

721 Numerische Genauigkeit Um sich auf das Ergebnis einer Rechnung verlassen zu koumlnnen wird ein Testszena-rio entwickelt und das Rechenergebnis der Toleranzanalysesoftware (CATVSA) mit dem eines Statistikprogramms (SPSS) verglichen Dieser Vergleich sichert sowohl die Streuung als Zahlenwert als auch die Art der Verteilung und die Einfluszliggroumlszligen ab Die Staumlrke von CAD-gestuumltzten Programmen ist die 3-D Toleranzrechnung Daher wird ein uumlberschaubares 3-D Testmodell entwickelt Dazu werden drei identische Bauteile rechtwinklig aufeinandergestellt Das Bild zeigt die Gestalt eines der Bauteile

10

10

5

100

C

06 A B C

00001 CA B

Bild 85 Testbauteil

Ausgenommen einer Flaumlche sind alle toleranzfrei Damit bleibt das Modell sehr uumlbersichtlich Nachstehendes Bild zeigt den raumlumlichen Zusammenbau der drei Teile Daszlig anstatt des Toleranzsymbols bdquoProfil einer Flaumlcheldquo das Positionstoleranzsymbol angezeigt wird ist ein Fehler in Catia 418 welcher bei ebenen Flaumlchen auftritt Die zusaumltzliche Einschraumlnkung der Parallelitaumlt bewirkt daszlig keine signifikanten Verkippungen auftre-ten


Maszlig

Bild 86 Zusammenbau der drei Testbauteile

Unter der Annahme einer Normalverteilung werden die Streuungen der drei Bauteile

raumlumlich addiert Das Referenzergebnis von SPSS ist 6middot=06 Dies ist in Bild 87 dargestellt

Bild 87 Simulationsergebnis SPSS


Die Auswertung mit CATVSA ergibt 6middot=05993

stab3d 5500 samples

-gt D istance Between Two Points

Nominal 1620185

Mean 1620188

Standard Deviation 00999

Lower Spec Lim it NA

Upper Spec Lim it NA

Cp NA

Cpk NA

Distribution Tested Normal

Sample Est Sample Est

lt Low Lim it NA NA Low 1616661 1617192

gt High Lim it NA NA High 1624048 1623185

Out of Spec NA NA Range 07387 05993

95 CI for Out of Spec Est Range 997300

F R E Q

0

400

600

800

10k

12k

1616500 1618500 1620500 1622500 1624500

-3S +3S

Bild 88 Simulationsergebnis CATVSA

Da die Abweichung erst in der vierten Nachkommastelle auftritt ist dieses Verfahren hinreichend genau

722 Modellgenauigkeit Die Realitaumltsnaumlhe der Simulationsergebnisse wird am Beispiel eines Vorbaus als komplexer Zusammenbau untersucht Der Zusammenbau wird zu 100 im Produkti-onsprozeszlig gemessen Daher steht ausreichend statistisches Material fuumlr den Ver-gleich zur Verfuumlgung Mittels einer Toleranzsimulation wird der Vorbau an den Meszlig-punkten (Ausschnitt in Bild 89) untersucht Weitere Punkte finden sich in Anhang G

Bild 89 Meszligpunkte Vorbau Ansicht A

Fuumlr alle Meszligpunkte wurde die prozentuale Abweichung der Simulationsergebnisse von den Messungen (n=1000) ermittelt (Bild 90)


Vergleich Simulation - Messung

00000

01000

02000

03000

04000

05000

06000

07000

08000

AH AI

AL

AM

AO

P

AQ

R

AS

AZ

BH

BJ

BK

BM

BO

P

BQ

R

BS

BZ

CB

CD

CF

CK

CT

CU

CW

CX

Meszligpunkte

Messung

VSA-Simulation

VSA-Sim Kombinierte Callouts

Bild 90 Abweichung zwischen Messung und Simulation

In der Mehrzahl der Punkte stimmt die Simulation gut mit den Meszligwerten uumlberein Teilweise ist die Abweichung sehr groszlig dies ist auf plastische und elastische Ver-formungen in der Rohbauanlage zuruumlckzufuumlhren In diesem Beispiel ist kein signifi-kanter Unterschied zwischen der herkoumlmmlichen und der kombinierten Tolerierung (vgl Kap 532) zu erkennen Die Ursache ist daszlig hauptsaumlchlich Loch-Stift-Paarungen verwendet wurden Die Toleranzsimulation kann daher fuumlr die Vorhersage des Streuungswerts nur in spannungsfrei gefuumlgten Zonen verwendet werden Sie ist ein geeignetes Hilfsmittel fuumlr den Vergleich von Varianten wenn bei diesen aumlhnliche Verformungszustaumlnde angenommen werden koumlnnen


8 Verifikation und Nutzen

81 Allgemein Der Nutzen der Anwendung eines entwicklungsprozeszligintegrierten Toleranzmanage-ments gliedert sich in den Nutzen eines optimierten Entwicklungsprozesses und den eines stabilen reproduzierbaren Fertigungsprozesses

WenigerAumlnderungen

FruumlhereAumlnderungen

AbgesicherterHerstellungsprozeszlig

OptimierterEntwicklungsprozeszlig

WenigerNacharbeit

KleinerePuffer

HoumlhereAnlagenverfuumlgbarkeit

SteilererSerienanlauf

HoumlhereProduktqualitaumlt

Stabiler reproduzierbarerFertigungsprozeszlig

Bild 91 Unmittelbarer Nutzen des Toleranzmanagements

Dieser Nutzen laumlszligt sich letztendlich auf die drei Zielgroumlszligen Kosten Qualitaumlt und Zeit reduzieren (Bild 92) Aus dem Punkt Produktqualitaumlt resultiert ferner eine houmlhere Kundenzufriedenheit

Kosten

QualitaumltZeit

Ist-Zustand

Zustand mit Toleranzmanagement

Bild 92 Nutzen der Toleranzmanagements

Zur quantitativen Abschaumltzung des Nutzens eines Toleranzmanagements auf die Fahrzeugentwicklung muszlig theoretisch der gesamte Entwicklungsprozeszlig je einmal mit und ohne Anwendung des Toleranzmanagements durchlaufen werden Die Vergleichbarkeit mit vorhergehenden Entwicklungsprozessen ist nicht gegeben da sich die Prozesse veraumlndert haben und neue Technologien wie zB DMU eingefuumlhrt wurden die ebenfalls in diesem Spannungdreieck optimierend wirken Eine qualitative Abschaumltzung des Nutzens uumlber den gesamten Entwicklungsprozeszlig ist dennoch moumlglich


Das finanzielle Potential liegt in der Differenz der Einsparungen durch das Toleranz-management zu den verursachten zusaumltzliche Aufwendungen Dies ist in Bild 93 gegenuumlbergestellt

Aufwendungen Toleranzmanagement Kosten des Arbeitskreises

Personal Hardware Software

Kosten der Aumlnderungen ausToleranzgruumlnden

Einsparungen Toleranzmanagement Spaumlte Planungen (Vorverlegung) Weniger Konstrunktionsaumlnderungen Weniger Werkzeug-

Anlagenaumlnderungen Weniger Nacharbeit Houmlhere Prozeszligstabilitaumlt Steilere Anlaufkurve Fruumlherer Markteintritt

Bild 93 Kosten Einsparungen durch das Toleranzmanagement

Die Aufwendungen die durch das Toleranzmanagement entstehen sind gleich oder kleiner als diejenigen fuumlr spaumlte Planungen um die Toleranzprobleme in den Griff zu bekommen Durch die fruumlhe Beruumlcksichtigung von Toleranzen kann die Konstruktion dem ent-sprechend gestaltet werden Anderenfalls kann es zu aufwendigen Notloumlsungen am Fahrzeug kommen Selbst bei pessimistischer Abschaumltzung dh Vernachlaumlssigung aller Potentiale aus einem besseren Produkt (Qualitaumltsverbesserung) bleibt allein aus der Reduzierung und Vorverlegung von Aumlnderungen ein betraumlchtliches Potential da die Aumlnderungsko-sten im zweistelligen Millionenbereich liegen Werden im Extremfall Aumlnderungen vom Serienanlauf in die Konzeptphase verschoben entfallen alle Werkzeugaumlnderungen sowohl fuumlr Preszligteile als auch fuumlr Rohbauanlagen Das Einsparungspotential durch Verringerung der Nacharbeit liegt in aumlhnlicher Grouml-szligenordnung Eine houmlhere Anlagenverfuumlgbarkeit traumlgt zu einer steileren Anlaufkurve bei Am Bei-spiel A-Klasse und Golf IV wird sehr deutlich welche Folgen ein flacher Anlauf hat denn das Fahrzeug ohne Lieferzeit haumltte sich am Markt wesentlich besser durchge-setzt Mittels des Einsatzes eines Toleranzmanagements ist es moumlglich die Produktqualitaumlt und damit den Kundennutzen zu steigern Nur so sind die gesteigerten Anforderun-gen an das Produkt bei sinnvollem Aufwand zu realisieren (vgl Kap 82) Das Toleranzmanagement wurde in einer fruumlhen Entwicklungsphase auf ein komplet-tes Fahrzeug (E-Klasse-Nachfolger) angewendet Die vorgeschlagenen Ablaumlufe und Vorgehensweisen haben sich in der Praxis bewaumlhrt Das Hauptproblem bestand in der erforderlichen Qualifizierung der Projektbeteiligten in der Bereitschaft vorhande-ne Prozesse zu veraumlndern und das Toleranzmanagement in einen Prozeszlig zu inte-grieren der keine Zeit- Kapazitaumltsreserven fuumlr diese Zusatzaufgabe besaszlig Das


Ergebnis sind uumlber 200 Konstruktionsaumlnderungen zur toleranzgerechten Gestaltung der Karosserie

82 Konkrete Anwendung Da die Inhalte des Toleranzprojekts fuumlr den E-Klasse-Nachfolger der sich noch in der Entwicklung befindet nicht veroumlffentlicht werden koumlnnen wurde die Anwendbar-keit der Vorgehensweisen und Optimierungsstrategien exemplarisch in einem ge-sonderten Projekt an einem bestehenden Fahrzeug untersucht Das in einem Fall ein neues Fahrzeug entwickelt und im andern ein bestehendes optimiert wird bewirkt keinen nennenswerten Unterschied in der Vorgehensweise Es ist lediglich der Konstruktionsstand eingefroren dh es koumlnnte ein beliebiger Stand innerhalb der Entwicklung sein und die Ausgangssituation ist nicht hypothetisch sondern bereits bekannt Der Fokus in diesem Projekt lag auf den Spalten und Uumlbergaumlngen der Heckleuchte zu den umliegenden Bauteilen Aus der Darstellung (Bild 94) ist ersichtlich wie die Heckleuchte von den drei Baugruppen Seitenwand Ruumlckwandtuumlr und Stoszligfaumlnger eingeschlossen wird

Bild 94 Heckansicht der A-Klasse

In Realitaumlt wuumlrde der Ausgangszustand von Konstruktion Qualitaumltssicherung Preszlig-werk- Rohbau- und Montageplanung beurteilt hier wurde dies von der Qualitaumltssi-cherung Preszligwerk Rohbau Montage und den dazugehoumlrigen Planungen durchge-fuumlhrt Die Ergebnisse sind in Bild 95 verdeutlicht Die Pfeile symbolisieren eine Ver-drehung der Leuchte in der y-z-Ebene (im Uhrzeigersinn) eine Verschiebung nach oben und eine Verschiebung der Unterseite der Heckleuchte nach hinten Dadurch


ergibt sich bei einzelnen Fahrzeugen ein negativer visueller Eindruck da die Leuchte relativ zu Ruumlckwandtuumlr und Karosserie verdreht ist

Pkt 1 65 mm

Pkt 2 6 mmPkt 7 75 mm

Pkt 6 55 mm

Pkt 5 45 mm Pkt 4 4 mm

Pkt 3 7 mm

z

x y

Bild 95 Mittelwerte der gemessenen Fugenbreiten (Werte auf 05 mm gerundet)

CNC-Messungen bestaumltigen die Verschiebung der Leuchtenunterseite um +076mm nach hinten An der Oberseite ist die Leuchte mit +017mm nicht so deutlich nach hinten verschoben wodurch sich eine Neigung der Heckleuchte ergibt Nach der meszligtechnischen Analyse des Zustandes im Bereich der Heckleuchte wird die Situation nun systematisch mit der Checkliste zum toleranzgerechten Konstruie-ren gemeinsam mit den vorgenannten Bereichen untersucht Es folgt ein Auszug aus der beantworteten Checkliste


Wo liegen die FunktionsmaszligeAls Funktion wird hier die richtige Position der Leuchte im Vergleich zu denumliegenden Bauteilen betrachtet Fuumlr die richtige Positionierung der Heckleuchte istdie Lage der Schraubenbolzen zueinander ebenso wie ihre Lage zurLeuchtenauszligenkontur entscheidend Angeordnet sind die Bolzen recht weit in derMitte der Leuchte Abweichungen der x-Position der Befestigungsloumlcher werdendurch den Hebel verstaumlrkt der sich aus dem Abstand zwischen Bolzen undAuszligenkontur ergibt Sie werden auf die x-Position der Leuchtenauszligenkonturuumlbertragen haben aber auch Abweichungen in y-Richtung und z-Richtung zur FolgeDurch das geringe Uumlbermaszlig der Befestigungsloumlcher von 05mm ist die Leuchte beiAbweichungen der Loumlcher zueinander nicht mehr montierbar

Aufnahmestellen so weit wie moumlglich voneinander entfernt angeordnetIm Rahmen der durch die 3-2-1-Regel und die durchgaumlngige Aufnahme gesetztenGrenzen sind die Bezugsstellen der untersuchten Bauteile so weit wie moumlglichvoneinander entfernt angeordnet

Aufnahmestellen netzparallel und eben ausgefuumlhrtBis auf wenige Ausnahmen sind die Bezugsstellen der Vorrichtungen zur Fertigungder Seitenwand innen netzparallel ausgefuumlhrt Die Geometrie der Bezugsstellen istan die jeweilige Oberflaumlchengeometrie angepaszligt und im allgemeinen nicht eben

Bild 96 Auszug aus der Checkliste

Nach der Uumlberpruumlfung wurden die gefundenen Schwachstellen mit Hilfe der Kon-struktionskataloge zum toleranzgerechten Konstruieren uumlberarbeitet Dabei wurde um den Konstruktionsprozeszlig zu simulieren die Loumlsungsfindung alleine durchgefuumlhrt Exemplarisch werden einige der gefundenen Loumlsungen dargestellt

Vergroumlszligern des Abstands der Befestigungspunkte der Heckleuchte Durch die Checklistenfrage bdquoWo liegen die Funktionsmaszligeldquo fiel der geringe Ab-stand der Befestigungspunkte der Heckleuchte zueinander und zur Auszligenkontur der Heckleuchte auf Diese Hebelwirkung verstaumlrkt Streuungen der Lage der Be-festigungspunkte und fuumlhrt zu verstaumlrkten Streuungen der Lage der Auszligenkontur der Heckleuchte zu den umliegenden Baugruppen Auf diese Problemstellung trifft die Gestaltungsregel 9 ldquoAufnahmestellen weit auseinander anordnenrdquo aus dem Katalog ldquoAusrichten ndash Einzelnrdquo zu Durch die Vergroumlszligerung des Abstands der Befestigungspunkte kann der Einfluszlig der Hebelwirkung minimiert werden Auftretende Streuungen der Lage der Befe-


stigungspunkte werden dann nicht mehr im bisherigen Maszlige verstaumlrkt Bild 97 verdeutlicht die Anwendung der Regel

Bild 97 Abstand der Heckleuchtenbefestigungspunkte

Wegen der geringen Breite der Aufnahme Heckleuchte kann es notwendig wer-den die Befestigungsloumlcher in die benachbarten Preszligteile zu stanzen Dies ist mit relativ geringen Kosten verbunden da die Befestigungsloumlcher erst nach dem Fuumlgen der Aufnahme Heckleuchte gestanzt werden und somit eine kosteninten-sive Aumlnderung des Preszligwerkzeugs entfaumlllt

Justieren des Stanzroboters Eine weitere Moumlglichkeit der Streuungskompensation wurde waumlhrend der Unter-suchung der Fertigungsanlagen gefunden Sie kann als Abwandlung der Gestal-tungsregel Nr11 ldquoAusrichten ndash Teil in Vorrichtungrdquo ldquoFunktionsmaszlige mit Flaumlchen-anschlaumlgen positionierenrdquo eingeordnet werden Nach dieser Regel sollen sich Bezugsstellen an den relevanten Funktionen orientieren um den Einfluszlig von Streuungen nicht relevanter Bauteile auszuschlieszligen Im behandelten Beispiel werden die Befestigungsloumlcher der Heckleuchte erst in die Rohkarosserie gestanzt nachdem die Aufnahme der Heckleuchte gefuumlgt wurde Alle drei Befestigungsloumlcher werden mit demselben Werkzeug in einem Fertigungsschritt gestanzt Eine Streuungskompensation ist moumlglich wenn das Stanzwerkzeug in Abhaumlngigkeit von den tatsaumlchlich am Fahrzeugen auftretenden Streuungen positioniert werden kann Die Justierung des Roboterarms der das Stanzwerkzeug traumlgt sollte sich am Mittelwert der vorliegenden Streuungen ori-entieren Verdeutlicht wird die Anwendung der oben erlaumluterten Gestaltungsregel in dem folgenden Bild

Lage derBefestigungspunkte

vom R ohbauabhaumlngig

Funktionsmaszlige anFunktion orientieren

Lage der Befestigungspunkte

von R ohbau undOptik des Heckend

abhaumlngig

Bild 98 Justierung des Roboterarms

Montage von Heckleuchte und Ruumlckwandtuumlr mit Spaltkeilen


Zum Ausgleich von Streuungen kann die Ausrichtung der Heckleuchte mit Hilfe von Distanzstuumlcken (Spaltkeile) durchgefuumlhrt werden wie von Regel Nr 7 ldquoZu-saumltzliche Distanzstuumlcke zum Ausrichten von Bauteilen verwendenrdquo im Konstrukti-onskatalog ldquoAusrichten ndash Teil auf Teilrdquo vorgeschlagen wird

Insgesamt wurden 15 Loumlsungen gefunden Sie sind nach dem Aufwand der Realisie-rung und dem Nutzen klassifizierbar Die Aufwandsklassifizierung untergliedert sich in kurzfristige Loumlsungen die in die laufende Serie eingebracht werden koumlnnen sowie mittel- und langfristige Loumlsungen die erst bei einer Modellpflege oder einem Nach-folgetyp realisierbar sind Diese Loumlsungen wurden allen beteiligten Bereichen vorgestellt Die Vertreter waren positiv uumlberrascht in welch kurzer Zeit und mit welch geringem Aufwand neue Louml-sungen gefunden wurden Die Effizienz der Optimierungsstrategien beruht auf den vielfaumlltigen Arten der unterstuumltzten Loumlsungsfindung Diese sind

Checkliste und Konstruktionskatalog

Checkliste und intuitive Loumlsung


98 9 Zusammenfassung

9 Zusammenfassung und Ausblick Innerhalb des Qualitaumltsmanagements wird der Themenkomplex Toleranzen kaum beachtet Im Hinblick auf Toleranzen sind insbesondere das Fehlen geeigneter Vorgehensweisen zur deren Vergabe und Optimierung das Fehlen von erforderli-chem Fertigungswissen und die Einbindung in den Entwicklungsprozeszlig die beste-henden Problemfelder

Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Konzept zum Toleranzmanagement entwickelt Dieses ist in den Entwicklungsprozeszlig integriert worden und enthaumllt in verschiedenen Detaillierungsstufen die Vorgehensweise von der Idee bis zum abgesicherten Tole-ranzkonzept Daruumlber hinaus wurden die in der Vorgehensweise enthaltenen Hilfs-mittel entwickelt

Diese Vorgehensweise beschreibt zum einen wann im Entwicklungsprozeszlig welche Aktivitaumlten in bezug auf Toleranzen stattfinden muumlssen und zum anderen wie die toleranzrelevanten Groumlszligen festgelegt werden

Die Streuungen der Einzelteile und Anlagen sind ein wesentlicher Bestandteil des Toleranzkonzepts Zur Bestimmung der Streuung der Preszligteile wurde ein FEM-gestuumltztes Konzept entwickelt mit dem unter Beruumlcksichtigung des Bezugsstellen-wechsels die Streuung an Preszligteilen vorhergesagt werden kann Zusaumltzlich sind die Streuungen bei der Zusammenbau-Erstellung aufgefuumlhrt

Um zu einer moumlglichst toleranzgerechten Konstruktion zu gelangen wurden Optimie-rungsstrategien in Form von Konstruktionskatalogen und Checklisten die sich in ihrem Aufbau am Fertigungsprozeszlig orientieren entwickelt

Die Beurteilung des Toleranzverhaltens findet auf der Basis von Toleranzanalysen statt Hier wurde die Anwendbarkeit des verwendeten Verfahrens fuumlr den Bereich des Karosseriebaus validiert

Insgesamt wurde sowohl durch die Vorverlegung und Reduzierung von Aumlnderungen als auch mittels der toleranzgerechten Gestaltung als Folge des hier entwickelten Toleranzmanagements ein wesentlicher Beitrag zur Verkuumlrzung der Entwicklungszeit und zur Kostenreduzierung geleistet Durch die toleranzgerechte Gestaltung wird daruumlber hinaus eine weitere Qualitaumltssteigerung moumlglich

Die intensive Anwendung und Uumlbertragung auf breitere Anwendungsgebiete traumlgt dazu bei das bestehende Fertigungswissen zu vergroumlszligern Dadurch wird zum einen die Wissensbasis des Toleranzmanagements ausgebaut und zum anderen wird die Ferigungsprozeszligbeherrschung verbessert Dabei koumlnnen weitere Rationalisierungs-potentiale identifiziert werden Durch die Forcierung des Einsatz von tolerierten CAD-

9 Zusammenfassung 99

Modellen kann der Digital Mock Up (DMU) realitaumltsnaumlher werden und die Funktions-simulationen toleranzbehaftet durchgefuumlhrt werden Eine Moumlglichkeit zum noch effizienteren Einsatzes des in dieser Arbeit vorgeschla-genen Toleranzmanagements besteht durch eine Rechnerunterstuumltzung Dies bietet sich besonders fuumlr die Checkliste und die Konstruktionskataloge an Fuumlr die Checkli-ste wuumlrde eine Regelpruumlfung innerhalb einer DMU-Prozeszligsimulation anbieten Kata-loge koumlnnen hypertextbasiert zur Verfuumlgung gestellt werden Dabei ist jedoch kritisch zu beachten daszlig dies in einer kreativitaumltsanregenden Weise geschieht

100 10 Literaturverzeichnis

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Kap 0 Titel

Inhaltsverzeichnis

Kap 1_2_3_4

Kap 5 Streuungen des Fertigungsprozesses

Kap 5_3 Pressteil Streuungen

Kap 5_4 Rohbau

Kap 6_7_8_9

Vorwort I

Vorwort Die vorliegende Arbeit entstand als externe Promotion in meiner Zeit als wissenschaftlicher Mitarbeiter der Abteilung Prozeszligkette Produktentwicklung der Daimler-Benz Forschung in Ulm Der groumlszligte Teil der Arbeit wurde in Kooperation mit der Entwicklung PKW in Sindelfingen durchgefuumlhrt Herrn o Prof Dr-Ing D Spath Leiter des Instituts Werkzeugmaschinen und Betriebstechnik der Universitaumlt Karlsruhe betreute diese Arbeit und gab mir stets die erforderlichen Impulse An dieser Stelle bedanke ich mich herzlich dafuumlr Gleiches gilt fuumlr das kompetente Korreferat von Herrn Prof Dr-Ing H Birkhofer Leiter des Institut Maschinenelemente und Konstruktionslehre der TU Darmstadt Die Herren A Katzenbach R Eiszligrich P Schneider R Winterstein H Koumlble und A Epple waren wesentliche Treiber im Themengebiet Toleranzen bei der Daimler-Benz AG und haben mich hervorragend bei meiner Arbeit unterstuumltzt Daher gilt ihnen mein Dank Bei dem Toleranzarbeitskreis sowie allen Kollegen aus der Daimler-Benz AG bedanke ich mich fuumlr die fruchtbare Zusammenarbeit Ich danke den Studenten S Fuchszlig H Jakobs Th Moumlll und Th Walter die durch ihre Studien- und Diplomarbeiten wertvolle Beitraumlge zum Gelingen geleistet haben Besonders bedanke ich mich bei meinen Eltern Herrn Dr-Ing K-H Beelich und Frau A Muumlnch die mir waumlhrend meiner Promotion jederzeit mit Rat und Tat hilfreich und kompetent zur Seite standen Stuttgart im Dezember 1998 Martin Bohn

II


Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung 1





24 Diskussion 20



















Formelzeichen


Abkuumlrzungen


VI

1 Einleitung 1


05 075 1

05 05 05

065

033

025 025 02

Ausgangspunkt[mm]

Ist-Zustand[mm]

Planungs-Ziel[mm]


Modul-Karosserie-

bau



2 1 Einleitung

0

2

4

6

8

10




Abweichung



laumlnger


kosten

30 5




1 Einleitung 3

Pro

du

ktio

nss

tuumlck

zah

l

Zeit

Ist-StandZiel




4 1 Einleitung

Ziel


Niedrigere Kosten


Dur

chg

aumlngi

ges

op

timie

rtes

To

leri

erun

gs-

S

tre

uung

skon

zep

t




Anlagen Puffer

Mehraufwendungen

Qualitaumltsgrenzen

Produkt

Prozeszlig






1 Einleitung 5

60

50

40

30

20

10

0



Behebungder Fehler


Def

initi

on

Ent

wic

klun

g

Pla

nung

Fe

rtig

ung

Pruuml

fung

Fel

dein

satz



Toleranzen


Teile-fertigung




6 2 Prozeszlig










CAD

CAP


2 Prozeszlig 7


CAD (Konstruktion)








CAM (Fertigung)








8 2 Prozeszlig



2 Prozeszlig 9


Produktplanung

Produktkonstruktion

Prototypfertigung

Produktionsplanung

Produkterprobung





Produktionswissen

Produktwissen


Mo

delli

erun

gsp

has

eV

ersu

chsp

has

e



10 2 Prozeszlig





Aufgabe







(Grobgestalten)

Anforderungsliste

Geklaumlrte Aufgabe

Funktionsstruktur

Wirkstruktur





Aufgabe




(Grobgestalten)

Anforderungsliste

Geklaumlrte Aufgabe

Baustruktur





2 Prozeszlig 11


Entwickelnund

Planen

Beschaffenund

Herstellen

-101-

10-

100-Kos

ten

pro

Feh

ler


Pla

nen

Ent

wic

klun

g

Arb

eits

-vo

rber

eitu

ng

Fer

tigun

g

End

pruumlf

ung

Kun

de



Konstruktion


TFerf

Arbeitsvorbereitung


TProzeszligltTFerf

Fertigung


Istmaszlige


Maszligkonrolle

Maszligabweichungen


Fun

ktio

nse

rfuuml

llun

g

Gu

t-S

chle

cht-

Te

ile

Nac

ha

rbe

it





12 2 Prozeszlig













2 Prozeszlig 13



Mehrgliedrig


Gesamttol zu eng




KONVENTIONELL

Statistik

ENDE

Normen


Beibehaltung



STATISTISCH



ja

nein

nein

nein

ja

ja

nein

ja

ja

nein

neinja





Start



ja

nein

Ende





14 2 Prozeszlig

Unterstuumltzung







Auswahl


Einverstaumlndnis




Feed-Back-Schleife









2 Prozeszlig 15




16 2 Prozeszlig








Linear Programming



Simplexmultipliers


GAparameters

Genericoperators




Gene pool


Lot size



Processoptimization


model


model


model








rungsansatzes


2 Prozeszlig 17



Primaumlr 1

Sekundaumlr 4

Primaumlrebene

Sekundaumlrebene

Tertiaumlrebene

Primaumlr 2

Primaumlr 3

Sekundaumlr 5

Tertiaumlr 6




18 2 Prozeszlig


Kritische Richtung







2 Prozeszlig 19



20 2 Prozeszlig




2 Prozeszlig 21











Prozeszlig

Produkt









Detaillierungsgrad

0 1

bull

bull

bull


Rohbauplanung

Preszligwerkplanung

Serienentwicklung

Vorentwicklung

Design

Zeitachse

Wechselwirkungen





Zei

t

Meilensteine

Fah

rdy

nam

ik

Des

ign

DM

U3

Fah

rzeu

gm

od

ell

Cra

sh

Fah

rdy

nam

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D

esig

n

DM

U

Fah

rzeu

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od

ell

Cra

sh



To

lera

nz

To

lera

nz



Untersuchungen












Konzeptphase

Vorentwicklung


Konstruktion

Produktion


LastenheftFreigabe

Projektbeschluszlig

Fer

tig

un

gs

-Kn

ow

-Ho

w


Design




Validieren


und Bezugsstellen


Rahmenheft




Detaillieren



Validieren



Meszligpunktdatei








Konzeptphase






Toleranzanalyse






Optimieren





Spirale derKonzept-

detaillierung






GenaueBezugsstellen


Toleranzanalyse



Optimierung








Optimieren

Beurteilen

Toleranzanalyse








Streuungen


durchvergleichende

Simulation

Optimieren

Toleranzanalyse








tG

Mensch






Toleranzkonzept




tG

Mensch



Umstaumlnde Markt-

anforderungen

tG

Mensch






Grobentwurf

Toleranzanalyse

tG

Mensch

Rechner




tG

Mensch


A

B

Konzeptphase

Gestaltungsphase




tG

Mensch



Untersuchungen


Untersuchungen


Untersuchungen





tG

Mensch



Untersuchungen

Konzeptphase

tG

Mensch

Rechner tG

Mensch

Gestaltungsphase

tG

Mensch



Toleranzanalyse



Meszligpunktdatei



Nutzen

Bereich Produktion



Wissens


Untersuchungen


Untersuchungen

Produktion




















Rohbauanlage


Rohbauanlage

Teil I ZB 1 ZB 2 ZB

Rohbauanlage


Presse

Geometrie1 Stufe

Geometrien Stufe

To

lera

nze

n


Str

eu

ung

en







Toleranzen ZB (RB)

Aufbaureihenfolge



Streuung ZB (RB)





Abgleich

Toleranzanalyse

Toleranzanalyse



Abgleich

Streuung Teil (PW)

Streuung Teil (RB)

Abgleich


Rohbauanlage)


Rohbauanlage)

Abgleich

Abgleich

Konvertierung








Unter-ZB-Ebene

Zusammenbau-Ebene

Einzelteil-Ebene

Schnittstelle






oder


oder






















ja

ja


nein

nein

Einzelteile

Unterzusammenbau

Zusammenbau


nutzen


nutzen








janein

Einzelteile



nutzen

Fuumlgen







Y YY


Kombihalter



Unterzusammenbau

X Prioritaumlt 1


Bezug









Haumlu

fig

keit




Haumlu

fig

keit



Haumlu

fig

keit





Haumlu

fig

keit







Preszligwerk

Stabile Flaumlchen


und Verwendung


Bezugsstellen im ZB














= Bezugsstelle










Unterzusammenbau

X Prioritaumlt 1


Bezug

X

X X

X

X























X

YZ

(10000)


1

2

(100015)(0015)

(000)

(1001000)

(1005015)

(50015)

(505030)

Bezugsstellen


4 35

6











W erkstoff

Um form en

Halbzeug

tG

Mensch

Um staumlnde

tG

Mensch

Mehrstufen-presse


Zusamm en-bau

tG

Mensch

E inzelteil

tG

Mensch

Rohbau-anlage












Meszligfehler




1 Normalverteilung




632













Rundlauf B1B2

Planlauf B1

Sonstige




Laumlngenmaszlig N





0

10

20

30

40

50

-02

-01

-01

00

1

00

8

01

5


Hauml

ufi

gk

eit


0

5

10

15

20

25

30

35

-03

-02 -0

01

2

02

6

04


Hauml

ufi

gk

eit


















bv02a 0001 0088 0528


bv02c 0001 0088 0528


SABC_BV 0003 0153 0918

NVA 0002 0087 0522


NVC 0002 0088 0528


SABC_NV 0006 0152 0912

a-125 0028 0077 0462


c-125 0028 0076 0456


S_ABC_BV 0083 0134 0804

A_NV 0028 0076 0456


C_NV 0028 0078 0468


S_ABC_NV 0082 0133 0798

lt1

lt1







3 =

=

=

=

=

3

3

3

3

s=009 s=015

s=009 s=015

s=008 s=013

s=008 s=013





221

2

2

1

)1(

)1()(

nn

nnn

snsnxxI

22


Verteilung-Quadrat

- Chider Quantile





0115 0087 274

)1100(

5129

)1100()(

2100

2100

1001

ssxxI


Vertrauensgrenzen

0000

0020

0040

0060

0080

0100

0120

0140

0160

0180

10 50 90 130

170

210

250

290

330

370

410

450

490


Soll

obere Grenze

untere Grenze





-0020

-0015

-0010

-0005

0000

0005

0010

20 60 100

140

180

220

260

300

340

380

420

460

500


obere Grenze

untere Grenze








annahme zulaumlssig

50 009545 0078 0116 0085331 006323 011035 5

100 009870 0088 0118 0058377 004474 008876 0

200 010065 0092 0108 0042989 002556 006738 0






s=001 n=50

s=001 n=100



5213 Meszligfehler







0

5

10

15

20

25

-00

35

-00

26

-00

17

-00

08

000

1

001

0

001

9

002

8

003

7

004

6

Abweichung in mm





0

5

10

15

20

25

30

35

-00

25

-00

20

-00

15

-00

10

-00

05

000

0

000

5

001

0

001

5

002

0

002

5

Abweichung in mm








5215 Gesamtfehler




2Meszligfehler



0076000300070 22Summe s





-50-40-30-20-10

01020304050

10

40

70

10

0

16

0

22

0

28

0

34

0

40

0

46

0


Ab

we

ich

un

g in

[

]

oben

unten







Streuung 1 01 008 008 008 008 008

Streuung 2 01 01 008 008 012 012

Streuung 3 01 01 01 008 01 008

Streuung 4 01 01 01 01 01 012

Streuung 5 01 01 01 01 01 01

Summe 0224 0215 0207 0198 0225 0227



Streuung 1 01 008 008 008 008 008

Streuung 2 01 01 008 008 012 012

Streuung 3 01 01 01 008 01 008

Summe 0173 0162 0151 0139 0175 0165






Loch


2 Zugflaumlche

Abkantung

Loch

Loch

1 Zugflaumlche

Loch


Loch

1 Zugflaumlche

Beschnitt

2 Zugflaumlche

Abkantung

Nachform-flaumlche

Nachform-flaumlche







X

Tiefziehen

Tiefziehwerkzeug

X

tG

Mensch

Greifer

tG

Mensch


tG

Mensch


tG

Mensch

tG

Mensch

tG

Mensch


tG

Mensch


AbkantenBeschneiden


AbkantenBeschneiden

LochenNachschlagen

tG

Mensch

2 Stufe1 Stufe

2 Stufe 5 Stufe














0

002

004

006

008

01

012

014

016

018

02

27 41 66 52 49 36

Meszligpunkt

2 7

3 6

4 9

5 2

4 1

6 6







siehe Kap 52




0

)(i

iitSteifigkei KS


2

0

2 )(

i

iiVerkippung KSS










000

010

020

030

040

050

060

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Meszligpunkte



FEMVerschiebungen




0

05

1

15

2

25

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Meszligpunkte

Str

euu

ng

(6

s) [

mm

]

St14

ZE 340

AC120









000

002

004

006

008

010

012

014

016

018

020

L02

L04

L06

L08

L10

L15

L17

L19

L21

L28

L31

Meszligpunkte

Str

euu

ng

(s

) [m

m]

Ver

sch

ieb

un

g [

mm

]



FEM-Verschiebungen





E -E

EE





0

02

04

06

08

1

12

14

16

51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Meszligpunkte

Charge 1

Charge 2

Charge 3

Charge 4

Charge 5




-1

-05

0

05

1

51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Meszligpunkte

Charge 1

Charge 2

Charge 3

Charge 4

Charge 5





6 6

0 5 A B C




-02

-015

-01

-005

0

005

01

015

02

1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91

Preszligteilnummer

Abw

eich

ung

vom

Mitt

elw

ert i

n m

m





6 6

0 5 A B C

0 3





Transportieren


Ausrichten


tG

Mensch


Fuumlgen

Zusammenbau


tG

Mensch

Einzelteil

Greifer etc

tG

Mensch





2


2Lochspiel im Lage

222gAusrichtun

6

dds s smit

s s ss

LochrDurchmesse




6StiftLoch dd



s s s s





Anlage

Bezeichnung Skizze

Min

imal

es L

ochs

piel

[m

m]

Dur

chm

esse

rtol

eran

z de

s S

tifts

[m

m]

starr [mm]

heraus-fahrbar [mm]

Ber

eich

der

Q

uerv

ersc

hieb

bark

eit i

m

Loch

[mm

]

Verfahrens-grenzen

Zus

aumltzl

iche

A

ufw

endu

ngen

Schwertstift

01 005 01 02 lt2



Langloch-aufnahme

01 005 01 02 2


Schwimmender Stift


Runder Stift

01 005 01 02 -

Kegelstift

- - 01 02


werden vermieden








Position [mm]



01 -05 01 02


01 05 01 02


Vorzentrierung







Validieren


ValidierterEntwurf

Ausarbeiten


tG

Mensch


GeklaumlrteAufgabe

Konzipieren

tG

Mensch


Validieren



tG

Mensch

Entwerfen


tG

Mensch

Entwurf


tG

Mensch



Checklisten

Konzept

Analysieren

tG

Mensch



Aufbaureihenfolge



tG

Mensch

Validieren

Checklisten

tG

Mensch




















Trennen

Fuumlgen

Umformen

Messen

Tra

nspo

rtie

ren

Zustand Einfrieren

Ausrichten

EndeTransportieren












Ausrichten Umformen









6313 Hauptteil







Optimierter Aufbau




6314 Zugriffsteil





x A B C

x A B C

x A B C











- negativer Effekt

o kein Effekt

+ positiver Effekt


6315 Anhang

















Zugaumlnglichkeit











erfaszligt werden







Gliede-



Streuungen

Reg

ion

Eige

nsch

aft

Einf

luszlig


Zustand

Nr

x A

B C

x A

B C

x A

B C

Maszlig

tole

ranz

Verm

eide

n

Aus

glei

chen

Vers

teck

en Begruumlndung


Grouml

szlige d

er

Kont

aktf

laumlch

e





Besc

haumldi

gung

Verm

eide

n



ausfuumlhren

6 o + ++

+ o + o



Art

der

Auf

nahm

e

Besc

haumldi

gung

Gestal ngs-regel

n A

usgl

eich

e





hen

Bauteilgroumlszlige

ngs-

Lochs ausgleic


Vor

richt

ung

selb

st


tu








Starre Bauteile







10

10

5

100

C

06 A B C

00001 CA B

Bild 85 Testbauteil



Maszlig







stab3d 5500 samples


Nominal 1620185

Mean 1620188




Cp NA

Cpk NA







F R E Q

0

400

600

800

10k

12k

1616500 1618500 1620500 1622500 1624500

-3S +3S








00000

01000

02000

03000

04000

05000

06000

07000

08000

AH AI

AL

AM

AO

P

AQ

R

AS

AZ

BH

BJ

BK

BM

BO

P

BQ

R

BS

BZ

CB

CD

CF

CK

CT

CU

CW

CX

Meszligpunkte

Messung

VSA-Simulation











WenigerNacharbeit

KleinerePuffer







Kosten

QualitaumltZeit

Ist-Zustand




















Pkt 1 65 mm


Pkt 6 55 mm


Pkt 3 7 mm

z

x y




















abhaumlngig




















































































Kap 0 Titel

Inhaltsverzeichnis

Kap 1_2_3_4



Kap 5_4 Rohbau

Kap 6_7_8_9

II


Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung 1





24 Diskussion 20



















Formelzeichen


Abkuumlrzungen


VI

1 Einleitung 1


05 075 1

05 05 05

065

033

025 025 02

Ausgangspunkt[mm]

Ist-Zustand[mm]

Planungs-Ziel[mm]


Modul-Karosserie-

bau



2 1 Einleitung

0

2

4

6

8

10




Abweichung



laumlnger


kosten

30 5




1 Einleitung 3

Pro

du

ktio

nss

tuumlck

zah

l

Zeit

Ist-StandZiel




4 1 Einleitung

Ziel


Niedrigere Kosten


Dur

chg

aumlngi

ges

op

timie

rtes

To

leri

erun

gs-

S

tre

uung

skon

zep

t




Anlagen Puffer

Mehraufwendungen

Qualitaumltsgrenzen

Produkt

Prozeszlig






1 Einleitung 5

60

50

40

30

20

10

0



Behebungder Fehler


Def

initi

on

Ent

wic

klun

g

Pla

nung

Fe

rtig

ung

Pruuml

fung

Fel

dein

satz



Toleranzen


Teile-fertigung




6 2 Prozeszlig










CAD

CAP


2 Prozeszlig 7


CAD (Konstruktion)








CAM (Fertigung)








8 2 Prozeszlig



2 Prozeszlig 9


Produktplanung

Produktkonstruktion

Prototypfertigung

Produktionsplanung

Produkterprobung





Produktionswissen

Produktwissen


Mo

delli

erun

gsp

has

eV

ersu

chsp

has

e



10 2 Prozeszlig





Aufgabe







(Grobgestalten)

Anforderungsliste

Geklaumlrte Aufgabe

Funktionsstruktur

Wirkstruktur





Aufgabe




(Grobgestalten)

Anforderungsliste

Geklaumlrte Aufgabe

Baustruktur





2 Prozeszlig 11


Entwickelnund

Planen

Beschaffenund

Herstellen

-101-

10-

100-Kos

ten

pro

Feh

ler


Pla

nen

Ent

wic

klun

g

Arb

eits

-vo

rber

eitu

ng

Fer

tigun

g

End

pruumlf

ung

Kun

de



Konstruktion


TFerf

Arbeitsvorbereitung


TProzeszligltTFerf

Fertigung


Istmaszlige


Maszligkonrolle

Maszligabweichungen


Fun

ktio

nse

rfuuml

llun

g

Gu

t-S

chle

cht-

Te

ile

Nac

ha

rbe

it





12 2 Prozeszlig













2 Prozeszlig 13



Mehrgliedrig


Gesamttol zu eng




KONVENTIONELL

Statistik

ENDE

Normen


Beibehaltung



STATISTISCH



ja

nein

nein

nein

ja

ja

nein

ja

ja

nein

neinja





Start



ja

nein

Ende





14 2 Prozeszlig

Unterstuumltzung







Auswahl


Einverstaumlndnis




Feed-Back-Schleife









2 Prozeszlig 15




16 2 Prozeszlig








Linear Programming



Simplexmultipliers


GAparameters

Genericoperators




Gene pool


Lot size



Processoptimization


model


model


model








rungsansatzes


2 Prozeszlig 17



Primaumlr 1

Sekundaumlr 4

Primaumlrebene

Sekundaumlrebene

Tertiaumlrebene

Primaumlr 2

Primaumlr 3

Sekundaumlr 5

Tertiaumlr 6




18 2 Prozeszlig


Kritische Richtung







2 Prozeszlig 19



20 2 Prozeszlig




2 Prozeszlig 21











Prozeszlig

Produkt









Detaillierungsgrad

0 1

bull

bull

bull


Rohbauplanung

Preszligwerkplanung

Serienentwicklung

Vorentwicklung

Design

Zeitachse

Wechselwirkungen





Zei

t

Meilensteine

Fah

rdy

nam

ik

Des

ign

DM

U3

Fah

rzeu

gm

od

ell

Cra

sh

Fah

rdy

nam

ik

D

esig

n

DM

U

Fah

rzeu

gm

od

ell

Cra

sh



To

lera

nz

To

lera

nz



Untersuchungen












Konzeptphase

Vorentwicklung


Konstruktion

Produktion


LastenheftFreigabe

Projektbeschluszlig

Fer

tig

un

gs

-Kn

ow

-Ho

w


Design




Validieren


und Bezugsstellen


Rahmenheft




Detaillieren



Validieren



Meszligpunktdatei








Konzeptphase






Toleranzanalyse






Optimieren





Spirale derKonzept-

detaillierung






GenaueBezugsstellen


Toleranzanalyse



Optimierung








Optimieren

Beurteilen

Toleranzanalyse








Streuungen


durchvergleichende

Simulation

Optimieren

Toleranzanalyse








tG

Mensch






Toleranzkonzept




tG

Mensch



Umstaumlnde Markt-

anforderungen

tG

Mensch






Grobentwurf

Toleranzanalyse

tG

Mensch

Rechner




tG

Mensch


A

B

Konzeptphase

Gestaltungsphase




tG

Mensch



Untersuchungen


Untersuchungen


Untersuchungen





tG

Mensch



Untersuchungen

Konzeptphase

tG

Mensch

Rechner tG

Mensch

Gestaltungsphase

tG

Mensch



Toleranzanalyse



Meszligpunktdatei



Nutzen

Bereich Produktion



Wissens


Untersuchungen


Untersuchungen

Produktion




















Rohbauanlage


Rohbauanlage

Teil I ZB 1 ZB 2 ZB

Rohbauanlage


Presse

Geometrie1 Stufe

Geometrien Stufe

To

lera

nze

n


Str

eu

ung

en







Toleranzen ZB (RB)

Aufbaureihenfolge



Streuung ZB (RB)





Abgleich

Toleranzanalyse

Toleranzanalyse



Abgleich

Streuung Teil (PW)

Streuung Teil (RB)

Abgleich


Rohbauanlage)


Rohbauanlage)

Abgleich

Abgleich

Konvertierung








Unter-ZB-Ebene

Zusammenbau-Ebene

Einzelteil-Ebene

Schnittstelle






oder


oder






















ja

ja


nein

nein

Einzelteile

Unterzusammenbau

Zusammenbau


nutzen


nutzen








janein

Einzelteile



nutzen

Fuumlgen







Y YY


Kombihalter



Unterzusammenbau

X Prioritaumlt 1


Bezug









Haumlu

fig

keit




Haumlu

fig

keit



Haumlu

fig

keit





Haumlu

fig

keit







Preszligwerk

Stabile Flaumlchen


und Verwendung


Bezugsstellen im ZB














= Bezugsstelle










Unterzusammenbau

X Prioritaumlt 1


Bezug

X

X X

X

X























X

YZ

(10000)


1

2

(100015)(0015)

(000)

(1001000)

(1005015)

(50015)

(505030)

Bezugsstellen


4 35

6











W erkstoff

Um form en

Halbzeug

tG

Mensch

Um staumlnde

tG

Mensch

Mehrstufen-presse


Zusamm en-bau

tG

Mensch

E inzelteil

tG

Mensch

Rohbau-anlage












Meszligfehler




1 Normalverteilung




632













Rundlauf B1B2

Planlauf B1

Sonstige




Laumlngenmaszlig N





0

10

20

30

40

50

-02

-01

-01

00

1

00

8

01

5


Hauml

ufi

gk

eit


0

5

10

15

20

25

30

35

-03

-02 -0

01

2

02

6

04


Hauml

ufi

gk

eit


















bv02a 0001 0088 0528


bv02c 0001 0088 0528


SABC_BV 0003 0153 0918

NVA 0002 0087 0522


NVC 0002 0088 0528


SABC_NV 0006 0152 0912

a-125 0028 0077 0462


c-125 0028 0076 0456


S_ABC_BV 0083 0134 0804

A_NV 0028 0076 0456


C_NV 0028 0078 0468


S_ABC_NV 0082 0133 0798

lt1

lt1







3 =

=

=

=

=

3

3

3

3

s=009 s=015

s=009 s=015

s=008 s=013

s=008 s=013





221

2

2

1

)1(

)1()(

nn

nnn

snsnxxI

22


Verteilung-Quadrat

- Chider Quantile





0115 0087 274

)1100(

5129

)1100()(

2100

2100

1001

ssxxI


Vertrauensgrenzen

0000

0020

0040

0060

0080

0100

0120

0140

0160

0180

10 50 90 130

170

210

250

290

330

370

410

450

490


Soll

obere Grenze

untere Grenze





-0020

-0015

-0010

-0005

0000

0005

0010

20 60 100

140

180

220

260

300

340

380

420

460

500


obere Grenze

untere Grenze








annahme zulaumlssig

50 009545 0078 0116 0085331 006323 011035 5

100 009870 0088 0118 0058377 004474 008876 0

200 010065 0092 0108 0042989 002556 006738 0






s=001 n=50

s=001 n=100



5213 Meszligfehler







0

5

10

15

20

25

-00

35

-00

26

-00

17

-00

08

000

1

001

0

001

9

002

8

003

7

004

6

Abweichung in mm





0

5

10

15

20

25

30

35

-00

25

-00

20

-00

15

-00

10

-00

05

000

0

000

5

001

0

001

5

002

0

002

5

Abweichung in mm








5215 Gesamtfehler




2Meszligfehler



0076000300070 22Summe s





-50-40-30-20-10

01020304050

10

40

70

10

0

16

0

22

0

28

0

34

0

40

0

46

0


Ab

we

ich

un

g in

[

]

oben

unten







Streuung 1 01 008 008 008 008 008

Streuung 2 01 01 008 008 012 012

Streuung 3 01 01 01 008 01 008

Streuung 4 01 01 01 01 01 012

Streuung 5 01 01 01 01 01 01

Summe 0224 0215 0207 0198 0225 0227



Streuung 1 01 008 008 008 008 008

Streuung 2 01 01 008 008 012 012

Streuung 3 01 01 01 008 01 008

Summe 0173 0162 0151 0139 0175 0165






Loch


2 Zugflaumlche

Abkantung

Loch

Loch

1 Zugflaumlche

Loch


Loch

1 Zugflaumlche

Beschnitt

2 Zugflaumlche

Abkantung

Nachform-flaumlche

Nachform-flaumlche







X

Tiefziehen

Tiefziehwerkzeug

X

tG

Mensch

Greifer

tG

Mensch


tG

Mensch


tG

Mensch

tG

Mensch

tG

Mensch


tG

Mensch


AbkantenBeschneiden


AbkantenBeschneiden

LochenNachschlagen

tG

Mensch

2 Stufe1 Stufe

2 Stufe 5 Stufe














0

002

004

006

008

01

012

014

016

018

02

27 41 66 52 49 36

Meszligpunkt

2 7

3 6

4 9

5 2

4 1

6 6







siehe Kap 52




0

)(i

iitSteifigkei KS


2

0

2 )(

i

iiVerkippung KSS










000

010

020

030

040

050

060

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Meszligpunkte



FEMVerschiebungen




0

05

1

15

2

25

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Meszligpunkte

Str

euu

ng

(6

s) [

mm

]

St14

ZE 340

AC120









000

002

004

006

008

010

012

014

016

018

020

L02

L04

L06

L08

L10

L15

L17

L19

L21

L28

L31

Meszligpunkte

Str

euu

ng

(s

) [m

m]

Ver

sch

ieb

un

g [

mm

]



FEM-Verschiebungen





E -E

EE





0

02

04

06

08

1

12

14

16

51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Meszligpunkte

Charge 1

Charge 2

Charge 3

Charge 4

Charge 5




-1

-05

0

05

1

51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Meszligpunkte

Charge 1

Charge 2

Charge 3

Charge 4

Charge 5





6 6

0 5 A B C




-02

-015

-01

-005

0

005

01

015

02

1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91

Preszligteilnummer

Abw

eich

ung

vom

Mitt

elw

ert i

n m

m





6 6

0 5 A B C

0 3





Transportieren


Ausrichten


tG

Mensch


Fuumlgen

Zusammenbau


tG

Mensch

Einzelteil

Greifer etc

tG

Mensch





2


2Lochspiel im Lage

222gAusrichtun

6

dds s smit

s s ss

LochrDurchmesse




6StiftLoch dd



s s s s





Anlage

Bezeichnung Skizze

Min

imal

es L

ochs

piel

[m

m]

Dur

chm

esse

rtol

eran

z de

s S

tifts

[m

m]

starr [mm]

heraus-fahrbar [mm]

Ber

eich

der

Q

uerv

ersc

hieb

bark

eit i

m

Loch

[mm

]

Verfahrens-grenzen

Zus

aumltzl

iche

A

ufw

endu

ngen

Schwertstift

01 005 01 02 lt2



Langloch-aufnahme

01 005 01 02 2


Schwimmender Stift


Runder Stift

01 005 01 02 -

Kegelstift

- - 01 02


werden vermieden








Position [mm]



01 -05 01 02


01 05 01 02


Vorzentrierung







Validieren


ValidierterEntwurf

Ausarbeiten


tG

Mensch


GeklaumlrteAufgabe

Konzipieren

tG

Mensch


Validieren



tG

Mensch

Entwerfen


tG

Mensch

Entwurf


tG

Mensch



Checklisten

Konzept

Analysieren

tG

Mensch



Aufbaureihenfolge



tG

Mensch

Validieren

Checklisten

tG

Mensch




















Trennen

Fuumlgen

Umformen

Messen

Tra

nspo

rtie

ren

Zustand Einfrieren

Ausrichten

EndeTransportieren












Ausrichten Umformen









6313 Hauptteil







Optimierter Aufbau




6314 Zugriffsteil





x A B C

x A B C

x A B C











- negativer Effekt

o kein Effekt

+ positiver Effekt


6315 Anhang

















Zugaumlnglichkeit











erfaszligt werden







Gliede-



Streuungen

Reg

ion

Eige

nsch

aft

Einf

luszlig


Zustand

Nr

x A

B C

x A

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x A

B C

Maszlig

tole

ranz

Verm

eide

n

Aus

glei

chen

Vers

teck

en Begruumlndung


Grouml

szlige d

er

Kont

aktf

laumlch

e





Besc

haumldi

gung

Verm

eide

n



ausfuumlhren

6 o + ++

+ o + o



Art

der

Auf

nahm

e

Besc

haumldi

gung

Gestal ngs-regel

n A

usgl

eich

e





hen

Bauteilgroumlszlige

ngs-

Lochs ausgleic


Vor

richt

ung

selb

st


tu








Starre Bauteile







10

10

5

100

C

06 A B C

00001 CA B

Bild 85 Testbauteil



Maszlig







stab3d 5500 samples


Nominal 1620185

Mean 1620188




Cp NA

Cpk NA







F R E Q

0

400

600

800

10k

12k

1616500 1618500 1620500 1622500 1624500

-3S +3S








00000

01000

02000

03000

04000

05000

06000

07000

08000

AH AI

AL

AM

AO

P

AQ

R

AS

AZ

BH

BJ

BK

BM

BO

P

BQ

R

BS

BZ

CB

CD

CF

CK

CT

CU

CW

CX

Meszligpunkte

Messung

VSA-Simulation











WenigerNacharbeit

KleinerePuffer







Kosten

QualitaumltZeit

Ist-Zustand




















Pkt 1 65 mm


Pkt 6 55 mm


Pkt 3 7 mm

z

x y




















abhaumlngig




















































































Kap 0 Titel

Inhaltsverzeichnis

Kap 1_2_3_4



Kap 5_4 Rohbau

Kap 6_7_8_9


Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung 1





24 Diskussion 20



















Formelzeichen


Abkuumlrzungen


VI

1 Einleitung 1


05 075 1

05 05 05

065

033

025 025 02

Ausgangspunkt[mm]

Ist-Zustand[mm]

Planungs-Ziel[mm]


Modul-Karosserie-

bau



2 1 Einleitung

0

2

4

6

8

10




Abweichung



laumlnger


kosten

30 5




1 Einleitung 3

Pro

du

ktio

nss

tuumlck

zah

l

Zeit

Ist-StandZiel




4 1 Einleitung

Ziel


Niedrigere Kosten


Dur

chg

aumlngi

ges

op

timie

rtes

To

leri

erun

gs-

S

tre

uung

skon

zep

t




Anlagen Puffer

Mehraufwendungen

Qualitaumltsgrenzen

Produkt

Prozeszlig






1 Einleitung 5

60

50

40

30

20

10

0



Behebungder Fehler


Def

initi

on

Ent

wic

klun

g

Pla

nung

Fe

rtig

ung

Pruuml

fung

Fel

dein

satz



Toleranzen


Teile-fertigung




6 2 Prozeszlig










CAD

CAP


2 Prozeszlig 7


CAD (Konstruktion)








CAM (Fertigung)








8 2 Prozeszlig



2 Prozeszlig 9


Produktplanung

Produktkonstruktion

Prototypfertigung

Produktionsplanung

Produkterprobung





Produktionswissen

Produktwissen


Mo

delli

erun

gsp

has

eV

ersu

chsp

has

e



10 2 Prozeszlig





Aufgabe







(Grobgestalten)

Anforderungsliste

Geklaumlrte Aufgabe

Funktionsstruktur

Wirkstruktur





Aufgabe




(Grobgestalten)

Anforderungsliste

Geklaumlrte Aufgabe

Baustruktur





2 Prozeszlig 11


Entwickelnund

Planen

Beschaffenund

Herstellen

-101-

10-

100-Kos

ten

pro

Feh

ler


Pla

nen

Ent

wic

klun

g

Arb

eits

-vo

rber

eitu

ng

Fer

tigun

g

End

pruumlf

ung

Kun

de



Konstruktion


TFerf

Arbeitsvorbereitung


TProzeszligltTFerf

Fertigung


Istmaszlige


Maszligkonrolle

Maszligabweichungen


Fun

ktio

nse

rfuuml

llun

g

Gu

t-S

chle

cht-

Te

ile

Nac

ha

rbe

it





12 2 Prozeszlig













2 Prozeszlig 13



Mehrgliedrig


Gesamttol zu eng




KONVENTIONELL

Statistik

ENDE

Normen


Beibehaltung



STATISTISCH



ja

nein

nein

nein

ja

ja

nein

ja

ja

nein

neinja





Start



ja

nein

Ende





14 2 Prozeszlig

Unterstuumltzung







Auswahl


Einverstaumlndnis




Feed-Back-Schleife









2 Prozeszlig 15




16 2 Prozeszlig








Linear Programming



Simplexmultipliers


GAparameters

Genericoperators




Gene pool


Lot size



Processoptimization


model


model


model








rungsansatzes


2 Prozeszlig 17



Primaumlr 1

Sekundaumlr 4

Primaumlrebene

Sekundaumlrebene

Tertiaumlrebene

Primaumlr 2

Primaumlr 3

Sekundaumlr 5

Tertiaumlr 6




18 2 Prozeszlig


Kritische Richtung







2 Prozeszlig 19



20 2 Prozeszlig




2 Prozeszlig 21











Prozeszlig

Produkt









Detaillierungsgrad

0 1

bull

bull

bull


Rohbauplanung

Preszligwerkplanung

Serienentwicklung

Vorentwicklung

Design

Zeitachse

Wechselwirkungen





Zei

t

Meilensteine

Fah

rdy

nam

ik

Des

ign

DM

U3

Fah

rzeu

gm

od

ell

Cra

sh

Fah

rdy

nam

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D

esig

n

DM

U

Fah

rzeu

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od

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Cra

sh



To

lera

nz

To

lera

nz



Untersuchungen












Konzeptphase

Vorentwicklung


Konstruktion

Produktion


LastenheftFreigabe

Projektbeschluszlig

Fer

tig

un

gs

-Kn

ow

-Ho

w


Design




Validieren


und Bezugsstellen


Rahmenheft




Detaillieren



Validieren



Meszligpunktdatei








Konzeptphase






Toleranzanalyse






Optimieren





Spirale derKonzept-

detaillierung






GenaueBezugsstellen


Toleranzanalyse



Optimierung








Optimieren

Beurteilen

Toleranzanalyse








Streuungen


durchvergleichende

Simulation

Optimieren

Toleranzanalyse








tG

Mensch






Toleranzkonzept




tG

Mensch



Umstaumlnde Markt-

anforderungen

tG

Mensch






Grobentwurf

Toleranzanalyse

tG

Mensch

Rechner




tG

Mensch


A

B

Konzeptphase

Gestaltungsphase




tG

Mensch



Untersuchungen


Untersuchungen


Untersuchungen





tG

Mensch



Untersuchungen

Konzeptphase

tG

Mensch

Rechner tG

Mensch

Gestaltungsphase

tG

Mensch



Toleranzanalyse



Meszligpunktdatei



Nutzen

Bereich Produktion



Wissens


Untersuchungen


Untersuchungen

Produktion




















Rohbauanlage


Rohbauanlage

Teil I ZB 1 ZB 2 ZB

Rohbauanlage


Presse

Geometrie1 Stufe

Geometrien Stufe

To

lera

nze

n


Str

eu

ung

en







Toleranzen ZB (RB)

Aufbaureihenfolge



Streuung ZB (RB)





Abgleich

Toleranzanalyse

Toleranzanalyse



Abgleich

Streuung Teil (PW)

Streuung Teil (RB)

Abgleich


Rohbauanlage)


Rohbauanlage)

Abgleich

Abgleich

Konvertierung








Unter-ZB-Ebene

Zusammenbau-Ebene

Einzelteil-Ebene

Schnittstelle






oder


oder






















ja

ja


nein

nein

Einzelteile

Unterzusammenbau

Zusammenbau


nutzen


nutzen








janein

Einzelteile



nutzen

Fuumlgen







Y YY


Kombihalter



Unterzusammenbau

X Prioritaumlt 1


Bezug









Haumlu

fig

keit




Haumlu

fig

keit



Haumlu

fig

keit





Haumlu

fig

keit







Preszligwerk

Stabile Flaumlchen


und Verwendung


Bezugsstellen im ZB














= Bezugsstelle










Unterzusammenbau

X Prioritaumlt 1


Bezug

X

X X

X

X























X

YZ

(10000)


1

2

(100015)(0015)

(000)

(1001000)

(1005015)

(50015)

(505030)

Bezugsstellen


4 35

6











W erkstoff

Um form en

Halbzeug

tG

Mensch

Um staumlnde

tG

Mensch

Mehrstufen-presse


Zusamm en-bau

tG

Mensch

E inzelteil

tG

Mensch

Rohbau-anlage












Meszligfehler




1 Normalverteilung




632













Rundlauf B1B2

Planlauf B1

Sonstige




Laumlngenmaszlig N





0

10

20

30

40

50

-02

-01

-01

00

1

00

8

01

5


Hauml

ufi

gk

eit


0

5

10

15

20

25

30

35

-03

-02 -0

01

2

02

6

04


Hauml

ufi

gk

eit


















bv02a 0001 0088 0528


bv02c 0001 0088 0528


SABC_BV 0003 0153 0918

NVA 0002 0087 0522


NVC 0002 0088 0528


SABC_NV 0006 0152 0912

a-125 0028 0077 0462


c-125 0028 0076 0456


S_ABC_BV 0083 0134 0804

A_NV 0028 0076 0456


C_NV 0028 0078 0468


S_ABC_NV 0082 0133 0798

lt1

lt1







3 =

=

=

=

=

3

3

3

3

s=009 s=015

s=009 s=015

s=008 s=013

s=008 s=013





221

2

2

1

)1(

)1()(

nn

nnn

snsnxxI

22


Verteilung-Quadrat

- Chider Quantile





0115 0087 274

)1100(

5129

)1100()(

2100

2100

1001

ssxxI


Vertrauensgrenzen

0000

0020

0040

0060

0080

0100

0120

0140

0160

0180

10 50 90 130

170

210

250

290

330

370

410

450

490


Soll

obere Grenze

untere Grenze





-0020

-0015

-0010

-0005

0000

0005

0010

20 60 100

140

180

220

260

300

340

380

420

460

500


obere Grenze

untere Grenze








annahme zulaumlssig

50 009545 0078 0116 0085331 006323 011035 5

100 009870 0088 0118 0058377 004474 008876 0

200 010065 0092 0108 0042989 002556 006738 0






s=001 n=50

s=001 n=100



5213 Meszligfehler







0

5

10

15

20

25

-00

35

-00

26

-00

17

-00

08

000

1

001

0

001

9

002

8

003

7

004

6

Abweichung in mm





0

5

10

15

20

25

30

35

-00

25

-00

20

-00

15

-00

10

-00

05

000

0

000

5

001

0

001

5

002

0

002

5

Abweichung in mm








5215 Gesamtfehler




2Meszligfehler



0076000300070 22Summe s





-50-40-30-20-10

01020304050

10

40

70

10

0

16

0

22

0

28

0

34

0

40

0

46

0


Ab

we

ich

un

g in

[

]

oben

unten







Streuung 1 01 008 008 008 008 008

Streuung 2 01 01 008 008 012 012

Streuung 3 01 01 01 008 01 008

Streuung 4 01 01 01 01 01 012

Streuung 5 01 01 01 01 01 01

Summe 0224 0215 0207 0198 0225 0227



Streuung 1 01 008 008 008 008 008

Streuung 2 01 01 008 008 012 012

Streuung 3 01 01 01 008 01 008

Summe 0173 0162 0151 0139 0175 0165






Loch


2 Zugflaumlche

Abkantung

Loch

Loch

1 Zugflaumlche

Loch


Loch

1 Zugflaumlche

Beschnitt

2 Zugflaumlche

Abkantung

Nachform-flaumlche

Nachform-flaumlche







X

Tiefziehen

Tiefziehwerkzeug

X

tG

Mensch

Greifer

tG

Mensch


tG

Mensch


tG

Mensch

tG

Mensch

tG

Mensch


tG

Mensch


AbkantenBeschneiden


AbkantenBeschneiden

LochenNachschlagen

tG

Mensch

2 Stufe1 Stufe

2 Stufe 5 Stufe














0

002

004

006

008

01

012

014

016

018

02

27 41 66 52 49 36

Meszligpunkt

2 7

3 6

4 9

5 2

4 1

6 6







siehe Kap 52




0

)(i

iitSteifigkei KS


2

0

2 )(

i

iiVerkippung KSS










000

010

020

030

040

050

060

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Meszligpunkte



FEMVerschiebungen




0

05

1

15

2

25

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Meszligpunkte

Str

euu

ng

(6

s) [

mm

]

St14

ZE 340

AC120









000

002

004

006

008

010

012

014

016

018

020

L02

L04

L06

L08

L10

L15

L17

L19

L21

L28

L31

Meszligpunkte

Str

euu

ng

(s

) [m

m]

Ver

sch

ieb

un

g [

mm

]



FEM-Verschiebungen





E -E

EE





0

02

04

06

08

1

12

14

16

51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Meszligpunkte

Charge 1

Charge 2

Charge 3

Charge 4

Charge 5




-1

-05

0

05

1

51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Meszligpunkte

Charge 1

Charge 2

Charge 3

Charge 4

Charge 5





6 6

0 5 A B C




-02

-015

-01

-005

0

005

01

015

02

1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91

Preszligteilnummer

Abw

eich

ung

vom

Mitt

elw

ert i

n m

m





6 6

0 5 A B C

0 3





Transportieren


Ausrichten


tG

Mensch


Fuumlgen

Zusammenbau


tG

Mensch

Einzelteil

Greifer etc

tG

Mensch





2


2Lochspiel im Lage

222gAusrichtun

6

dds s smit

s s ss

LochrDurchmesse




6StiftLoch dd



s s s s





Anlage

Bezeichnung Skizze

Min

imal

es L

ochs

piel

[m

m]

Dur

chm

esse

rtol

eran

z de

s S

tifts

[m

m]

starr [mm]

heraus-fahrbar [mm]

Ber

eich

der

Q

uerv

ersc

hieb

bark

eit i

m

Loch

[mm

]

Verfahrens-grenzen

Zus

aumltzl

iche

A

ufw

endu

ngen

Schwertstift

01 005 01 02 lt2



Langloch-aufnahme

01 005 01 02 2


Schwimmender Stift


Runder Stift

01 005 01 02 -

Kegelstift

- - 01 02


werden vermieden








Position [mm]



01 -05 01 02


01 05 01 02


Vorzentrierung







Validieren


ValidierterEntwurf

Ausarbeiten


tG

Mensch


GeklaumlrteAufgabe

Konzipieren

tG

Mensch


Validieren



tG

Mensch

Entwerfen


tG

Mensch

Entwurf


tG

Mensch



Checklisten

Konzept

Analysieren

tG

Mensch



Aufbaureihenfolge



tG

Mensch

Validieren

Checklisten

tG

Mensch




















Trennen

Fuumlgen

Umformen

Messen

Tra

nspo

rtie

ren

Zustand Einfrieren

Ausrichten

EndeTransportieren












Ausrichten Umformen









6313 Hauptteil







Optimierter Aufbau




6314 Zugriffsteil





x A B C

x A B C

x A B C











- negativer Effekt

o kein Effekt

+ positiver Effekt


6315 Anhang

















Zugaumlnglichkeit











erfaszligt werden







Gliede-



Streuungen

Reg

ion

Eige

nsch

aft

Einf

luszlig


Zustand

Nr

x A

B C

x A

B C

x A

B C

Maszlig

tole

ranz

Verm

eide

n

Aus

glei

chen

Vers

teck

en Begruumlndung


Grouml

szlige d

er

Kont

aktf

laumlch

e





Besc

haumldi

gung

Verm

eide

n



ausfuumlhren

6 o + ++

+ o + o



Art

der

Auf

nahm

e

Besc

haumldi

gung

Gestal ngs-regel

n A

usgl

eich

e





hen

Bauteilgroumlszlige

ngs-

Lochs ausgleic


Vor

richt

ung

selb

st


tu








Starre Bauteile







10

10

5

100

C

06 A B C

00001 CA B

Bild 85 Testbauteil



Maszlig







stab3d 5500 samples


Nominal 1620185

Mean 1620188




Cp NA

Cpk NA







F R E Q

0

400

600

800

10k

12k

1616500 1618500 1620500 1622500 1624500

-3S +3S








00000

01000

02000

03000

04000

05000

06000

07000

08000

AH AI

AL

AM

AO

P

AQ

R

AS

AZ

BH

BJ

BK

BM

BO

P

BQ

R

BS

BZ

CB

CD

CF

CK

CT

CU

CW

CX

Meszligpunkte

Messung

VSA-Simulation











WenigerNacharbeit

KleinerePuffer







Kosten

QualitaumltZeit

Ist-Zustand




















Pkt 1 65 mm


Pkt 6 55 mm


Pkt 3 7 mm

z

x y




















abhaumlngig




















































































Kap 0 Titel

Inhaltsverzeichnis

Kap 1_2_3_4



Kap 5_4 Rohbau

Kap 6_7_8_9







Formelzeichen


Abkuumlrzungen


VI

1 Einleitung 1


05 075 1

05 05 05

065

033

025 025 02

Ausgangspunkt[mm]

Ist-Zustand[mm]

Planungs-Ziel[mm]


Modul-Karosserie-

bau



2 1 Einleitung

0

2

4

6

8

10




Abweichung



laumlnger


kosten

30 5




1 Einleitung 3

Pro

du

ktio

nss

tuumlck

zah

l

Zeit

Ist-StandZiel




4 1 Einleitung

Ziel


Niedrigere Kosten


Dur

chg

aumlngi

ges

op

timie

rtes

To

leri

erun

gs-

S

tre

uung

skon

zep

t




Anlagen Puffer

Mehraufwendungen

Qualitaumltsgrenzen

Produkt

Prozeszlig






1 Einleitung 5

60

50

40

30

20

10

0



Behebungder Fehler


Def

initi

on

Ent

wic

klun

g

Pla

nung

Fe

rtig

ung

Pruuml

fung

Fel

dein

satz



Toleranzen


Teile-fertigung




6 2 Prozeszlig










CAD

CAP


2 Prozeszlig 7


CAD (Konstruktion)








CAM (Fertigung)








8 2 Prozeszlig



2 Prozeszlig 9


Produktplanung

Produktkonstruktion

Prototypfertigung

Produktionsplanung

Produkterprobung





Produktionswissen

Produktwissen


Mo

delli

erun

gsp

has

eV

ersu

chsp

has

e



10 2 Prozeszlig





Aufgabe







(Grobgestalten)

Anforderungsliste

Geklaumlrte Aufgabe

Funktionsstruktur

Wirkstruktur





Aufgabe




(Grobgestalten)

Anforderungsliste

Geklaumlrte Aufgabe

Baustruktur





2 Prozeszlig 11


Entwickelnund

Planen

Beschaffenund

Herstellen

-101-

10-

100-Kos

ten

pro

Feh

ler


Pla

nen

Ent

wic

klun

g

Arb

eits

-vo

rber

eitu

ng

Fer

tigun

g

End

pruumlf

ung

Kun

de



Konstruktion


TFerf

Arbeitsvorbereitung


TProzeszligltTFerf

Fertigung


Istmaszlige


Maszligkonrolle

Maszligabweichungen


Fun

ktio

nse

rfuuml

llun

g

Gu

t-S

chle

cht-

Te

ile

Nac

ha

rbe

it





12 2 Prozeszlig













2 Prozeszlig 13



Mehrgliedrig


Gesamttol zu eng




KONVENTIONELL

Statistik

ENDE

Normen


Beibehaltung



STATISTISCH



ja

nein

nein

nein

ja

ja

nein

ja

ja

nein

neinja





Start



ja

nein

Ende





14 2 Prozeszlig

Unterstuumltzung







Auswahl


Einverstaumlndnis




Feed-Back-Schleife









2 Prozeszlig 15




16 2 Prozeszlig








Linear Programming



Simplexmultipliers


GAparameters

Genericoperators




Gene pool


Lot size



Processoptimization


model


model


model








rungsansatzes


2 Prozeszlig 17



Primaumlr 1

Sekundaumlr 4

Primaumlrebene

Sekundaumlrebene

Tertiaumlrebene

Primaumlr 2

Primaumlr 3

Sekundaumlr 5

Tertiaumlr 6




18 2 Prozeszlig


Kritische Richtung







2 Prozeszlig 19



20 2 Prozeszlig




2 Prozeszlig 21











Prozeszlig

Produkt









Detaillierungsgrad

0 1

bull

bull

bull


Rohbauplanung

Preszligwerkplanung

Serienentwicklung

Vorentwicklung

Design

Zeitachse

Wechselwirkungen





Zei

t

Meilensteine

Fah

rdy

nam

ik

Des

ign

DM

U3

Fah

rzeu

gm

od

ell

Cra

sh

Fah

rdy

nam

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D

esig

n

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U

Fah

rzeu

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od

ell

Cra

sh



To

lera

nz

To

lera

nz



Untersuchungen












Konzeptphase

Vorentwicklung


Konstruktion

Produktion


LastenheftFreigabe

Projektbeschluszlig

Fer

tig

un

gs

-Kn

ow

-Ho

w


Design




Validieren


und Bezugsstellen


Rahmenheft




Detaillieren



Validieren



Meszligpunktdatei








Konzeptphase






Toleranzanalyse






Optimieren





Spirale derKonzept-

detaillierung






GenaueBezugsstellen


Toleranzanalyse



Optimierung








Optimieren

Beurteilen

Toleranzanalyse








Streuungen


durchvergleichende

Simulation

Optimieren

Toleranzanalyse








tG

Mensch






Toleranzkonzept




tG

Mensch



Umstaumlnde Markt-

anforderungen

tG

Mensch






Grobentwurf

Toleranzanalyse

tG

Mensch

Rechner




tG

Mensch


A

B

Konzeptphase

Gestaltungsphase




tG

Mensch



Untersuchungen


Untersuchungen


Untersuchungen





tG

Mensch



Untersuchungen

Konzeptphase

tG

Mensch

Rechner tG

Mensch

Gestaltungsphase

tG

Mensch



Toleranzanalyse



Meszligpunktdatei



Nutzen

Bereich Produktion



Wissens


Untersuchungen


Untersuchungen

Produktion




















Rohbauanlage


Rohbauanlage

Teil I ZB 1 ZB 2 ZB

Rohbauanlage


Presse

Geometrie1 Stufe

Geometrien Stufe

To

lera

nze

n


Str

eu

ung

en







Toleranzen ZB (RB)

Aufbaureihenfolge



Streuung ZB (RB)





Abgleich

Toleranzanalyse

Toleranzanalyse



Abgleich

Streuung Teil (PW)

Streuung Teil (RB)

Abgleich


Rohbauanlage)


Rohbauanlage)

Abgleich

Abgleich

Konvertierung








Unter-ZB-Ebene

Zusammenbau-Ebene

Einzelteil-Ebene

Schnittstelle






oder


oder






















ja

ja


nein

nein

Einzelteile

Unterzusammenbau

Zusammenbau


nutzen


nutzen








janein

Einzelteile



nutzen

Fuumlgen







Y YY


Kombihalter



Unterzusammenbau

X Prioritaumlt 1


Bezug









Haumlu

fig

keit




Haumlu

fig

keit



Haumlu

fig

keit





Haumlu

fig

keit







Preszligwerk

Stabile Flaumlchen


und Verwendung


Bezugsstellen im ZB














= Bezugsstelle










Unterzusammenbau

X Prioritaumlt 1


Bezug

X

X X

X

X























X

YZ

(10000)


1

2

(100015)(0015)

(000)

(1001000)

(1005015)

(50015)

(505030)

Bezugsstellen


4 35

6











W erkstoff

Um form en

Halbzeug

tG

Mensch

Um staumlnde

tG

Mensch

Mehrstufen-presse


Zusamm en-bau

tG

Mensch

E inzelteil

tG

Mensch

Rohbau-anlage












Meszligfehler




1 Normalverteilung




632













Rundlauf B1B2

Planlauf B1

Sonstige




Laumlngenmaszlig N





0

10

20

30

40

50

-02

-01

-01

00

1

00

8

01

5


Hauml

ufi

gk

eit


0

5

10

15

20

25

30

35

-03

-02 -0

01

2

02

6

04


Hauml

ufi

gk

eit


















bv02a 0001 0088 0528


bv02c 0001 0088 0528


SABC_BV 0003 0153 0918

NVA 0002 0087 0522


NVC 0002 0088 0528


SABC_NV 0006 0152 0912

a-125 0028 0077 0462


c-125 0028 0076 0456


S_ABC_BV 0083 0134 0804

A_NV 0028 0076 0456


C_NV 0028 0078 0468


S_ABC_NV 0082 0133 0798

lt1

lt1







3 =

=

=

=

=

3

3

3

3

s=009 s=015

s=009 s=015

s=008 s=013

s=008 s=013





221

2

2

1

)1(

)1()(

nn

nnn

snsnxxI

22


Verteilung-Quadrat

- Chider Quantile





0115 0087 274

)1100(

5129

)1100()(

2100

2100

1001

ssxxI


Vertrauensgrenzen

0000

0020

0040

0060

0080

0100

0120

0140

0160

0180

10 50 90 130

170

210

250

290

330

370

410

450

490


Soll

obere Grenze

untere Grenze





-0020

-0015

-0010

-0005

0000

0005

0010

20 60 100

140

180

220

260

300

340

380

420

460

500


obere Grenze

untere Grenze








annahme zulaumlssig

50 009545 0078 0116 0085331 006323 011035 5

100 009870 0088 0118 0058377 004474 008876 0

200 010065 0092 0108 0042989 002556 006738 0






s=001 n=50

s=001 n=100



5213 Meszligfehler







0

5

10

15

20

25

-00

35

-00

26

-00

17

-00

08

000

1

001

0

001

9

002

8

003

7

004

6

Abweichung in mm





0

5

10

15

20

25

30

35

-00

25

-00

20

-00

15

-00

10

-00

05

000

0

000

5

001

0

001

5

002

0

002

5

Abweichung in mm








5215 Gesamtfehler




2Meszligfehler



0076000300070 22Summe s





-50-40-30-20-10

01020304050

10

40

70

10

0

16

0

22

0

28

0

34

0

40

0

46

0


Ab

we

ich

un

g in

[

]

oben

unten







Streuung 1 01 008 008 008 008 008

Streuung 2 01 01 008 008 012 012

Streuung 3 01 01 01 008 01 008

Streuung 4 01 01 01 01 01 012

Streuung 5 01 01 01 01 01 01

Summe 0224 0215 0207 0198 0225 0227



Streuung 1 01 008 008 008 008 008

Streuung 2 01 01 008 008 012 012

Streuung 3 01 01 01 008 01 008

Summe 0173 0162 0151 0139 0175 0165






Loch


2 Zugflaumlche

Abkantung

Loch

Loch

1 Zugflaumlche

Loch


Loch

1 Zugflaumlche

Beschnitt

2 Zugflaumlche

Abkantung

Nachform-flaumlche

Nachform-flaumlche







X

Tiefziehen

Tiefziehwerkzeug

X

tG

Mensch

Greifer

tG

Mensch


tG

Mensch


tG

Mensch

tG

Mensch

tG

Mensch


tG

Mensch


AbkantenBeschneiden


AbkantenBeschneiden

LochenNachschlagen

tG

Mensch

2 Stufe1 Stufe

2 Stufe 5 Stufe














0

002

004

006

008

01

012

014

016

018

02

27 41 66 52 49 36

Meszligpunkt

2 7

3 6

4 9

5 2

4 1

6 6







siehe Kap 52




0

)(i

iitSteifigkei KS


2

0

2 )(

i

iiVerkippung KSS










000

010

020

030

040

050

060

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Meszligpunkte



FEMVerschiebungen




0

05

1

15

2

25

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Meszligpunkte

Str

euu

ng

(6

s) [

mm

]

St14

ZE 340

AC120









000

002

004

006

008

010

012

014

016

018

020

L02

L04

L06

L08

L10

L15

L17

L19

L21

L28

L31

Meszligpunkte

Str

euu

ng

(s

) [m

m]

Ver

sch

ieb

un

g [

mm

]



FEM-Verschiebungen





E -E

EE





0

02

04

06

08

1

12

14

16

51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Meszligpunkte

Charge 1

Charge 2

Charge 3

Charge 4

Charge 5




-1

-05

0

05

1

51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Meszligpunkte

Charge 1

Charge 2

Charge 3

Charge 4

Charge 5





6 6

0 5 A B C




-02

-015

-01

-005

0

005

01

015

02

1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91

Preszligteilnummer

Abw

eich

ung

vom

Mitt

elw

ert i

n m

m





6 6

0 5 A B C

0 3





Transportieren


Ausrichten


tG

Mensch


Fuumlgen

Zusammenbau


tG

Mensch

Einzelteil

Greifer etc

tG

Mensch





2


2Lochspiel im Lage

222gAusrichtun

6

dds s smit

s s ss

LochrDurchmesse




6StiftLoch dd



s s s s





Anlage

Bezeichnung Skizze

Min

imal

es L

ochs

piel

[m

m]

Dur

chm

esse

rtol

eran

z de

s S

tifts

[m

m]

starr [mm]

heraus-fahrbar [mm]

Ber

eich

der

Q

uerv

ersc

hieb

bark

eit i

m

Loch

[mm

]

Verfahrens-grenzen

Zus

aumltzl

iche

A

ufw

endu

ngen

Schwertstift

01 005 01 02 lt2



Langloch-aufnahme

01 005 01 02 2


Schwimmender Stift


Runder Stift

01 005 01 02 -

Kegelstift

- - 01 02


werden vermieden








Position [mm]



01 -05 01 02


01 05 01 02


Vorzentrierung







Validieren


ValidierterEntwurf

Ausarbeiten


tG

Mensch


GeklaumlrteAufgabe

Konzipieren

tG

Mensch


Validieren



tG

Mensch

Entwerfen


tG

Mensch

Entwurf


tG

Mensch



Checklisten

Konzept

Analysieren

tG

Mensch



Aufbaureihenfolge



tG

Mensch

Validieren

Checklisten

tG

Mensch




















Trennen

Fuumlgen

Umformen

Messen

Tra

nspo

rtie

ren

Zustand Einfrieren

Ausrichten

EndeTransportieren












Ausrichten Umformen









6313 Hauptteil







Optimierter Aufbau




6314 Zugriffsteil





x A B C

x A B C

x A B C











- negativer Effekt

o kein Effekt

+ positiver Effekt


6315 Anhang

















Zugaumlnglichkeit











erfaszligt werden







Gliede-



Streuungen

Reg

ion

Eige

nsch

aft

Einf

luszlig


Zustand

Nr

x A

B C

x A

B C

x A

B C

Maszlig

tole

ranz

Verm

eide

n

Aus

glei

chen

Vers

teck

en Begruumlndung


Grouml

szlige d

er

Kont

aktf

laumlch

e





Besc

haumldi

gung

Verm

eide

n



ausfuumlhren

6 o + ++

+ o + o



Art

der

Auf

nahm

e

Besc

haumldi

gung

Gestal ngs-regel

n A

usgl

eich

e





hen

Bauteilgroumlszlige

ngs-

Lochs ausgleic


Vor

richt

ung

selb

st


tu








Starre Bauteile







10

10

5

100

C

06 A B C

00001 CA B

Bild 85 Testbauteil



Maszlig







stab3d 5500 samples


Nominal 1620185

Mean 1620188




Cp NA

Cpk NA







F R E Q

0

400

600

800

10k

12k

1616500 1618500 1620500 1622500 1624500

-3S +3S








00000

01000

02000

03000

04000

05000

06000

07000

08000

AH AI

AL

AM

AO

P

AQ

R

AS

AZ

BH

BJ

BK

BM

BO

P

BQ

R

BS

BZ

CB

CD

CF

CK

CT

CU

CW

CX

Meszligpunkte

Messung

VSA-Simulation











WenigerNacharbeit

KleinerePuffer







Kosten

QualitaumltZeit

Ist-Zustand




















Pkt 1 65 mm


Pkt 6 55 mm


Pkt 3 7 mm

z

x y




















abhaumlngig




















































































Kap 0 Titel

Inhaltsverzeichnis

Kap 1_2_3_4



Kap 5_4 Rohbau

Kap 6_7_8_9

VI

1 Einleitung 1


05 075 1

05 05 05

065

033

025 025 02

Ausgangspunkt[mm]

Ist-Zustand[mm]

Planungs-Ziel[mm]


Modul-Karosserie-

bau



2 1 Einleitung

0

2

4

6

8

10




Abweichung



laumlnger


kosten

30 5




1 Einleitung 3

Pro

du

ktio

nss

tuumlck

zah

l

Zeit

Ist-StandZiel




4 1 Einleitung

Ziel


Niedrigere Kosten


Dur

chg

aumlngi

ges

op

timie

rtes

To

leri

erun

gs-

S

tre

uung

skon

zep

t




Anlagen Puffer

Mehraufwendungen

Qualitaumltsgrenzen

Produkt

Prozeszlig






1 Einleitung 5

60

50

40

30

20

10

0



Behebungder Fehler


Def

initi

on

Ent

wic

klun

g

Pla

nung

Fe

rtig

ung

Pruuml

fung

Fel

dein

satz



Toleranzen


Teile-fertigung




6 2 Prozeszlig










CAD

CAP


2 Prozeszlig 7


CAD (Konstruktion)








CAM (Fertigung)








8 2 Prozeszlig



2 Prozeszlig 9


Produktplanung

Produktkonstruktion

Prototypfertigung

Produktionsplanung

Produkterprobung





Produktionswissen

Produktwissen


Mo

delli

erun

gsp

has

eV

ersu

chsp

has

e



10 2 Prozeszlig





Aufgabe







(Grobgestalten)

Anforderungsliste

Geklaumlrte Aufgabe

Funktionsstruktur

Wirkstruktur





Aufgabe




(Grobgestalten)

Anforderungsliste

Geklaumlrte Aufgabe

Baustruktur





2 Prozeszlig 11


Entwickelnund

Planen

Beschaffenund

Herstellen

-101-

10-

100-Kos

ten

pro

Feh

ler


Pla

nen

Ent

wic

klun

g

Arb

eits

-vo

rber

eitu

ng

Fer

tigun

g

End

pruumlf

ung

Kun

de



Konstruktion


TFerf

Arbeitsvorbereitung


TProzeszligltTFerf

Fertigung


Istmaszlige


Maszligkonrolle

Maszligabweichungen


Fun

ktio

nse

rfuuml

llun

g

Gu

t-S

chle

cht-

Te

ile

Nac

ha

rbe

it





12 2 Prozeszlig













2 Prozeszlig 13



Mehrgliedrig


Gesamttol zu eng




KONVENTIONELL

Statistik

ENDE

Normen


Beibehaltung



STATISTISCH



ja

nein

nein

nein

ja

ja

nein

ja

ja

nein

neinja





Start



ja

nein

Ende





14 2 Prozeszlig

Unterstuumltzung







Auswahl


Einverstaumlndnis




Feed-Back-Schleife









2 Prozeszlig 15




16 2 Prozeszlig








Linear Programming



Simplexmultipliers


GAparameters

Genericoperators




Gene pool


Lot size



Processoptimization


model


model


model








rungsansatzes


2 Prozeszlig 17



Primaumlr 1

Sekundaumlr 4

Primaumlrebene

Sekundaumlrebene

Tertiaumlrebene

Primaumlr 2

Primaumlr 3

Sekundaumlr 5

Tertiaumlr 6




18 2 Prozeszlig


Kritische Richtung







2 Prozeszlig 19



20 2 Prozeszlig




2 Prozeszlig 21











Prozeszlig

Produkt









Detaillierungsgrad

0 1

bull

bull

bull


Rohbauplanung

Preszligwerkplanung

Serienentwicklung

Vorentwicklung

Design

Zeitachse

Wechselwirkungen





Zei

t

Meilensteine

Fah

rdy

nam

ik

Des

ign

DM

U3

Fah

rzeu

gm

od

ell

Cra

sh

Fah

rdy

nam

ik

D

esig

n

DM

U

Fah

rzeu

gm

od

ell

Cra

sh



To

lera

nz

To

lera

nz



Untersuchungen












Konzeptphase

Vorentwicklung


Konstruktion

Produktion


LastenheftFreigabe

Projektbeschluszlig

Fer

tig

un

gs

-Kn

ow

-Ho

w


Design




Validieren


und Bezugsstellen


Rahmenheft




Detaillieren



Validieren



Meszligpunktdatei








Konzeptphase






Toleranzanalyse






Optimieren





Spirale derKonzept-

detaillierung






GenaueBezugsstellen


Toleranzanalyse



Optimierung








Optimieren

Beurteilen

Toleranzanalyse








Streuungen


durchvergleichende

Simulation

Optimieren

Toleranzanalyse








tG

Mensch






Toleranzkonzept




tG

Mensch



Umstaumlnde Markt-

anforderungen

tG

Mensch






Grobentwurf

Toleranzanalyse

tG

Mensch

Rechner




tG

Mensch


A

B

Konzeptphase

Gestaltungsphase




tG

Mensch



Untersuchungen


Untersuchungen


Untersuchungen





tG

Mensch



Untersuchungen

Konzeptphase

tG

Mensch

Rechner tG

Mensch

Gestaltungsphase

tG

Mensch



Toleranzanalyse



Meszligpunktdatei



Nutzen

Bereich Produktion



Wissens


Untersuchungen


Untersuchungen

Produktion




















Rohbauanlage


Rohbauanlage

Teil I ZB 1 ZB 2 ZB

Rohbauanlage


Presse

Geometrie1 Stufe

Geometrien Stufe

To

lera

nze

n


Str

eu

ung

en







Toleranzen ZB (RB)

Aufbaureihenfolge



Streuung ZB (RB)





Abgleich

Toleranzanalyse

Toleranzanalyse



Abgleich

Streuung Teil (PW)

Streuung Teil (RB)

Abgleich


Rohbauanlage)


Rohbauanlage)

Abgleich

Abgleich

Konvertierung








Unter-ZB-Ebene

Zusammenbau-Ebene

Einzelteil-Ebene

Schnittstelle






oder


oder






















ja

ja


nein

nein

Einzelteile

Unterzusammenbau

Zusammenbau


nutzen


nutzen








janein

Einzelteile



nutzen

Fuumlgen







Y YY


Kombihalter



Unterzusammenbau

X Prioritaumlt 1


Bezug









Haumlu

fig

keit




Haumlu

fig

keit



Haumlu

fig

keit





Haumlu

fig

keit







Preszligwerk

Stabile Flaumlchen


und Verwendung


Bezugsstellen im ZB














= Bezugsstelle










Unterzusammenbau

X Prioritaumlt 1


Bezug

X

X X

X

X























X

YZ

(10000)


1

2

(100015)(0015)

(000)

(1001000)

(1005015)

(50015)

(505030)

Bezugsstellen


4 35

6











W erkstoff

Um form en

Halbzeug

tG

Mensch

Um staumlnde

tG

Mensch

Mehrstufen-presse


Zusamm en-bau

tG

Mensch

E inzelteil

tG

Mensch

Rohbau-anlage












Meszligfehler




1 Normalverteilung




632













Rundlauf B1B2

Planlauf B1

Sonstige




Laumlngenmaszlig N





0

10

20

30

40

50

-02

-01

-01

00

1

00

8

01

5


Hauml

ufi

gk

eit


0

5

10

15

20

25

30

35

-03

-02 -0

01

2

02

6

04


Hauml

ufi

gk

eit


















bv02a 0001 0088 0528


bv02c 0001 0088 0528


SABC_BV 0003 0153 0918

NVA 0002 0087 0522


NVC 0002 0088 0528


SABC_NV 0006 0152 0912

a-125 0028 0077 0462


c-125 0028 0076 0456


S_ABC_BV 0083 0134 0804

A_NV 0028 0076 0456


C_NV 0028 0078 0468


S_ABC_NV 0082 0133 0798

lt1

lt1







3 =

=

=

=

=

3

3

3

3

s=009 s=015

s=009 s=015

s=008 s=013

s=008 s=013





221

2

2

1

)1(

)1()(

nn

nnn

snsnxxI

22


Verteilung-Quadrat

- Chider Quantile





0115 0087 274

)1100(

5129

)1100()(

2100

2100

1001

ssxxI


Vertrauensgrenzen

0000

0020

0040

0060

0080

0100

0120

0140

0160

0180

10 50 90 130

170

210

250

290

330

370

410

450

490


Soll

obere Grenze

untere Grenze





-0020

-0015

-0010

-0005

0000

0005

0010

20 60 100

140

180

220

260

300

340

380

420

460

500


obere Grenze

untere Grenze








annahme zulaumlssig

50 009545 0078 0116 0085331 006323 011035 5

100 009870 0088 0118 0058377 004474 008876 0

200 010065 0092 0108 0042989 002556 006738 0






s=001 n=50

s=001 n=100



5213 Meszligfehler







0

5

10

15

20

25

-00

35

-00

26

-00

17

-00

08

000

1

001

0

001

9

002

8

003

7

004

6

Abweichung in mm





0

5

10

15

20

25

30

35

-00

25

-00

20

-00

15

-00

10

-00

05

000

0

000

5

001

0

001

5

002

0

002

5

Abweichung in mm








5215 Gesamtfehler




2Meszligfehler



0076000300070 22Summe s





-50-40-30-20-10

01020304050

10

40

70

10

0

16

0

22

0

28

0

34

0

40

0

46

0


Ab

we

ich

un

g in

[

]

oben

unten







Streuung 1 01 008 008 008 008 008

Streuung 2 01 01 008 008 012 012

Streuung 3 01 01 01 008 01 008

Streuung 4 01 01 01 01 01 012

Streuung 5 01 01 01 01 01 01

Summe 0224 0215 0207 0198 0225 0227



Streuung 1 01 008 008 008 008 008

Streuung 2 01 01 008 008 012 012

Streuung 3 01 01 01 008 01 008

Summe 0173 0162 0151 0139 0175 0165






Loch


2 Zugflaumlche

Abkantung

Loch

Loch

1 Zugflaumlche

Loch


Loch

1 Zugflaumlche

Beschnitt

2 Zugflaumlche

Abkantung

Nachform-flaumlche

Nachform-flaumlche







X

Tiefziehen

Tiefziehwerkzeug

X

tG

Mensch

Greifer

tG

Mensch


tG

Mensch


tG

Mensch

tG

Mensch

tG

Mensch


tG

Mensch


AbkantenBeschneiden


AbkantenBeschneiden

LochenNachschlagen

tG

Mensch

2 Stufe1 Stufe

2 Stufe 5 Stufe














0

002

004

006

008

01

012

014

016

018

02

27 41 66 52 49 36

Meszligpunkt

2 7

3 6

4 9

5 2

4 1

6 6







siehe Kap 52




0

)(i

iitSteifigkei KS


2

0

2 )(

i

iiVerkippung KSS










000

010

020

030

040

050

060

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Meszligpunkte



FEMVerschiebungen




0

05

1

15

2

25

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Meszligpunkte

Str

euu

ng

(6

s) [

mm

]

St14

ZE 340

AC120









000

002

004

006

008

010

012

014

016

018

020

L02

L04

L06

L08

L10

L15

L17

L19

L21

L28

L31

Meszligpunkte

Str

euu

ng

(s

) [m

m]

Ver

sch

ieb

un

g [

mm

]



FEM-Verschiebungen





E -E

EE





0

02

04

06

08

1

12

14

16

51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Meszligpunkte

Charge 1

Charge 2

Charge 3

Charge 4

Charge 5




-1

-05

0

05

1

51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Meszligpunkte

Charge 1

Charge 2

Charge 3

Charge 4

Charge 5





6 6

0 5 A B C




-02

-015

-01

-005

0

005

01

015

02

1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91

Preszligteilnummer

Abw

eich

ung

vom

Mitt

elw

ert i

n m

m





6 6

0 5 A B C

0 3





Transportieren


Ausrichten


tG

Mensch


Fuumlgen

Zusammenbau


tG

Mensch

Einzelteil

Greifer etc

tG

Mensch





2


2Lochspiel im Lage

222gAusrichtun

6

dds s smit

s s ss

LochrDurchmesse




6StiftLoch dd



s s s s





Anlage

Bezeichnung Skizze

Min

imal

es L

ochs

piel

[m

m]

Dur

chm

esse

rtol

eran

z de

s S

tifts

[m

m]

starr [mm]

heraus-fahrbar [mm]

Ber

eich

der

Q

uerv

ersc

hieb

bark

eit i

m

Loch

[mm

]

Verfahrens-grenzen

Zus

aumltzl

iche

A

ufw

endu

ngen

Schwertstift

01 005 01 02 lt2



Langloch-aufnahme

01 005 01 02 2


Schwimmender Stift


Runder Stift

01 005 01 02 -

Kegelstift

- - 01 02


werden vermieden








Position [mm]



01 -05 01 02


01 05 01 02


Vorzentrierung







Validieren


ValidierterEntwurf

Ausarbeiten


tG

Mensch


GeklaumlrteAufgabe

Konzipieren

tG

Mensch


Validieren



tG

Mensch

Entwerfen


tG

Mensch

Entwurf


tG

Mensch



Checklisten

Konzept

Analysieren

tG

Mensch



Aufbaureihenfolge



tG

Mensch

Validieren

Checklisten

tG

Mensch




















Trennen

Fuumlgen

Umformen

Messen

Tra

nspo

rtie

ren

Zustand Einfrieren

Ausrichten

EndeTransportieren












Ausrichten Umformen









6313 Hauptteil







Optimierter Aufbau




6314 Zugriffsteil





x A B C

x A B C

x A B C











- negativer Effekt

o kein Effekt

+ positiver Effekt


6315 Anhang

















Zugaumlnglichkeit











erfaszligt werden







Gliede-



Streuungen

Reg

ion

Eige

nsch

aft

Einf

luszlig


Zustand

Nr

x A

B C

x A

B C

x A

B C

Maszlig

tole

ranz

Verm

eide

n

Aus

glei

chen

Vers

teck

en Begruumlndung


Grouml

szlige d

er

Kont

aktf

laumlch

e





Besc

haumldi

gung

Verm

eide

n



ausfuumlhren

6 o + ++

+ o + o



Art

der

Auf

nahm

e

Besc

haumldi

gung

Gestal ngs-regel

n A

usgl

eich

e





hen

Bauteilgroumlszlige

ngs-

Lochs ausgleic


Vor

richt

ung

selb

st


tu








Starre Bauteile







10

10

5

100

C

06 A B C

00001 CA B

Bild 85 Testbauteil



Maszlig







stab3d 5500 samples


Nominal 1620185

Mean 1620188




Cp NA

Cpk NA







F R E Q

0

400

600

800

10k

12k

1616500 1618500 1620500 1622500 1624500

-3S +3S








00000

01000

02000

03000

04000

05000

06000

07000

08000

AH AI

AL

AM

AO

P

AQ

R

AS

AZ

BH

BJ

BK

BM

BO

P

BQ

R

BS

BZ

CB

CD

CF

CK

CT

CU

CW

CX

Meszligpunkte

Messung

VSA-Simulation











WenigerNacharbeit

KleinerePuffer







Kosten

QualitaumltZeit

Ist-Zustand




















Pkt 1 65 mm


Pkt 6 55 mm


Pkt 3 7 mm

z

x y




















abhaumlngig




















































































Kap 0 Titel

Inhaltsverzeichnis

Kap 1_2_3_4



Kap 5_4 Rohbau

Kap 6_7_8_9

1 Einleitung 1


05 075 1

05 05 05

065

033

025 025 02

Ausgangspunkt[mm]

Ist-Zustand[mm]

Planungs-Ziel[mm]


Modul-Karosserie-

bau



2 1 Einleitung

0

2

4

6

8

10




Abweichung



laumlnger


kosten

30 5




1 Einleitung 3

Pro

du

ktio

nss

tuumlck

zah

l

Zeit

Ist-StandZiel




4 1 Einleitung

Ziel


Niedrigere Kosten


Dur

chg

aumlngi

ges

op

timie

rtes

To

leri

erun

gs-

S

tre

uung

skon

zep

t




Anlagen Puffer

Mehraufwendungen

Qualitaumltsgrenzen

Produkt

Prozeszlig






1 Einleitung 5

60

50

40

30

20

10

0



Behebungder Fehler


Def

initi

on

Ent

wic

klun

g

Pla

nung

Fe

rtig

ung

Pruuml

fung

Fel

dein

satz



Toleranzen


Teile-fertigung




6 2 Prozeszlig










CAD

CAP


2 Prozeszlig 7


CAD (Konstruktion)








CAM (Fertigung)








8 2 Prozeszlig



2 Prozeszlig 9


Produktplanung

Produktkonstruktion

Prototypfertigung

Produktionsplanung

Produkterprobung





Produktionswissen

Produktwissen


Mo

delli

erun

gsp

has

eV

ersu

chsp

has

e



10 2 Prozeszlig





Aufgabe







(Grobgestalten)

Anforderungsliste

Geklaumlrte Aufgabe

Funktionsstruktur

Wirkstruktur





Aufgabe




(Grobgestalten)

Anforderungsliste

Geklaumlrte Aufgabe

Baustruktur





2 Prozeszlig 11


Entwickelnund

Planen

Beschaffenund

Herstellen

-101-

10-

100-Kos

ten

pro

Feh

ler


Pla

nen

Ent

wic

klun

g

Arb

eits

-vo

rber

eitu

ng

Fer

tigun

g

End

pruumlf

ung

Kun

de



Konstruktion


TFerf

Arbeitsvorbereitung


TProzeszligltTFerf

Fertigung


Istmaszlige


Maszligkonrolle

Maszligabweichungen


Fun

ktio

nse

rfuuml

llun

g

Gu

t-S

chle

cht-

Te

ile

Nac

ha

rbe

it





12 2 Prozeszlig













2 Prozeszlig 13



Mehrgliedrig


Gesamttol zu eng




KONVENTIONELL

Statistik

ENDE

Normen


Beibehaltung



STATISTISCH



ja

nein

nein

nein

ja

ja

nein

ja

ja

nein

neinja





Start



ja

nein

Ende





14 2 Prozeszlig

Unterstuumltzung







Auswahl


Einverstaumlndnis




Feed-Back-Schleife









2 Prozeszlig 15




16 2 Prozeszlig








Linear Programming



Simplexmultipliers


GAparameters

Genericoperators




Gene pool


Lot size



Processoptimization


model


model


model








rungsansatzes


2 Prozeszlig 17



Primaumlr 1

Sekundaumlr 4

Primaumlrebene

Sekundaumlrebene

Tertiaumlrebene

Primaumlr 2

Primaumlr 3

Sekundaumlr 5

Tertiaumlr 6




18 2 Prozeszlig


Kritische Richtung







2 Prozeszlig 19



20 2 Prozeszlig




2 Prozeszlig 21











Prozeszlig

Produkt









Detaillierungsgrad

0 1

bull

bull

bull


Rohbauplanung

Preszligwerkplanung

Serienentwicklung

Vorentwicklung

Design

Zeitachse

Wechselwirkungen





Zei

t

Meilensteine

Fah

rdy

nam

ik

Des

ign

DM

U3

Fah

rzeu

gm

od

ell

Cra

sh

Fah

rdy

nam

ik

D

esig

n

DM

U

Fah

rzeu

gm

od

ell

Cra

sh



To

lera

nz

To

lera

nz



Untersuchungen












Konzeptphase

Vorentwicklung


Konstruktion

Produktion


LastenheftFreigabe

Projektbeschluszlig

Fer

tig

un

gs

-Kn

ow

-Ho

w


Design




Validieren


und Bezugsstellen


Rahmenheft




Detaillieren



Validieren



Meszligpunktdatei








Konzeptphase






Toleranzanalyse






Optimieren





Spirale derKonzept-

detaillierung






GenaueBezugsstellen


Toleranzanalyse



Optimierung








Optimieren

Beurteilen

Toleranzanalyse








Streuungen


durchvergleichende

Simulation

Optimieren

Toleranzanalyse








tG

Mensch






Toleranzkonzept




tG

Mensch



Umstaumlnde Markt-

anforderungen

tG

Mensch






Grobentwurf

Toleranzanalyse

tG

Mensch

Rechner




tG

Mensch


A

B

Konzeptphase

Gestaltungsphase




tG

Mensch



Untersuchungen


Untersuchungen


Untersuchungen





tG

Mensch



Untersuchungen

Konzeptphase

tG

Mensch

Rechner tG

Mensch

Gestaltungsphase

tG

Mensch



Toleranzanalyse



Meszligpunktdatei



Nutzen

Bereich Produktion



Wissens


Untersuchungen


Untersuchungen

Produktion




















Rohbauanlage


Rohbauanlage

Teil I ZB 1 ZB 2 ZB

Rohbauanlage


Presse

Geometrie1 Stufe

Geometrien Stufe

To

lera

nze

n


Str

eu

ung

en







Toleranzen ZB (RB)

Aufbaureihenfolge



Streuung ZB (RB)





Abgleich

Toleranzanalyse

Toleranzanalyse



Abgleich

Streuung Teil (PW)

Streuung Teil (RB)

Abgleich


Rohbauanlage)


Rohbauanlage)

Abgleich

Abgleich

Konvertierung








Unter-ZB-Ebene

Zusammenbau-Ebene

Einzelteil-Ebene

Schnittstelle






oder


oder






















ja

ja


nein

nein

Einzelteile

Unterzusammenbau

Zusammenbau


nutzen


nutzen








janein

Einzelteile



nutzen

Fuumlgen







Y YY


Kombihalter



Unterzusammenbau

X Prioritaumlt 1


Bezug









Haumlu

fig

keit




Haumlu

fig

keit



Haumlu

fig

keit





Haumlu

fig

keit







Preszligwerk

Stabile Flaumlchen


und Verwendung


Bezugsstellen im ZB














= Bezugsstelle










Unterzusammenbau

X Prioritaumlt 1


Bezug

X

X X

X

X























X

YZ

(10000)


1

2

(100015)(0015)

(000)

(1001000)

(1005015)

(50015)

(505030)

Bezugsstellen


4 35

6











W erkstoff

Um form en

Halbzeug

tG

Mensch

Um staumlnde

tG

Mensch

Mehrstufen-presse


Zusamm en-bau

tG

Mensch

E inzelteil

tG

Mensch

Rohbau-anlage












Meszligfehler




1 Normalverteilung




632













Rundlauf B1B2

Planlauf B1

Sonstige




Laumlngenmaszlig N





0

10

20

30

40

50

-02

-01

-01

00

1

00

8

01

5


Hauml

ufi

gk

eit


0

5

10

15

20

25

30

35

-03

-02 -0

01

2

02

6

04


Hauml

ufi

gk

eit


















bv02a 0001 0088 0528


bv02c 0001 0088 0528


SABC_BV 0003 0153 0918

NVA 0002 0087 0522


NVC 0002 0088 0528


SABC_NV 0006 0152 0912

a-125 0028 0077 0462


c-125 0028 0076 0456


S_ABC_BV 0083 0134 0804

A_NV 0028 0076 0456


C_NV 0028 0078 0468


S_ABC_NV 0082 0133 0798

lt1

lt1







3 =

=

=

=

=

3

3

3

3

s=009 s=015

s=009 s=015

s=008 s=013

s=008 s=013





221

2

2

1

)1(

)1()(

nn

nnn

snsnxxI

22


Verteilung-Quadrat

- Chider Quantile





0115 0087 274

)1100(

5129

)1100()(

2100

2100

1001

ssxxI


Vertrauensgrenzen

0000

0020

0040

0060

0080

0100

0120

0140

0160

0180

10 50 90 130

170

210

250

290

330

370

410

450

490


Soll

obere Grenze

untere Grenze





-0020

-0015

-0010

-0005

0000

0005

0010

20 60 100

140

180

220

260

300

340

380

420

460

500


obere Grenze

untere Grenze








annahme zulaumlssig

50 009545 0078 0116 0085331 006323 011035 5

100 009870 0088 0118 0058377 004474 008876 0

200 010065 0092 0108 0042989 002556 006738 0






s=001 n=50

s=001 n=100



5213 Meszligfehler







0

5

10

15

20

25

-00

35

-00

26

-00

17

-00

08

000

1

001

0

001

9

002

8

003

7

004

6

Abweichung in mm





0

5

10

15

20

25

30

35

-00

25

-00

20

-00

15

-00

10

-00

05

000

0

000

5

001

0

001

5

002

0

002

5

Abweichung in mm








5215 Gesamtfehler




2Meszligfehler



0076000300070 22Summe s





-50-40-30-20-10

01020304050

10

40

70

10

0

16

0

22

0

28

0

34

0

40

0

46

0


Ab

we

ich

un

g in

[

]

oben

unten







Streuung 1 01 008 008 008 008 008

Streuung 2 01 01 008 008 012 012

Streuung 3 01 01 01 008 01 008

Streuung 4 01 01 01 01 01 012

Streuung 5 01 01 01 01 01 01

Summe 0224 0215 0207 0198 0225 0227



Streuung 1 01 008 008 008 008 008

Streuung 2 01 01 008 008 012 012

Streuung 3 01 01 01 008 01 008

Summe 0173 0162 0151 0139 0175 0165






Loch


2 Zugflaumlche

Abkantung

Loch

Loch

1 Zugflaumlche

Loch


Loch

1 Zugflaumlche

Beschnitt

2 Zugflaumlche

Abkantung

Nachform-flaumlche

Nachform-flaumlche







X

Tiefziehen

Tiefziehwerkzeug

X

tG

Mensch

Greifer

tG

Mensch


tG

Mensch


tG

Mensch

tG

Mensch

tG

Mensch


tG

Mensch


AbkantenBeschneiden


AbkantenBeschneiden

LochenNachschlagen

tG

Mensch

2 Stufe1 Stufe

2 Stufe 5 Stufe














0

002

004

006

008

01

012

014

016

018

02

27 41 66 52 49 36

Meszligpunkt

2 7

3 6

4 9

5 2

4 1

6 6







siehe Kap 52




0

)(i

iitSteifigkei KS


2

0

2 )(

i

iiVerkippung KSS










000

010

020

030

040

050

060

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Meszligpunkte



FEMVerschiebungen




0

05

1

15

2

25

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Meszligpunkte

Str

euu

ng

(6

s) [

mm

]

St14

ZE 340

AC120









000

002

004

006

008

010

012

014

016

018

020

L02

L04

L06

L08

L10

L15

L17

L19

L21

L28

L31

Meszligpunkte

Str

euu

ng

(s

) [m

m]

Ver

sch

ieb

un

g [

mm

]



FEM-Verschiebungen





E -E

EE





0

02

04

06

08

1

12

14

16

51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Meszligpunkte

Charge 1

Charge 2

Charge 3

Charge 4

Charge 5




-1

-05

0

05

1

51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Meszligpunkte

Charge 1

Charge 2

Charge 3

Charge 4

Charge 5





6 6

0 5 A B C




-02

-015

-01

-005

0

005

01

015

02

1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91

Preszligteilnummer

Abw

eich

ung

vom

Mitt

elw

ert i

n m

m





6 6

0 5 A B C

0 3





Transportieren


Ausrichten


tG

Mensch


Fuumlgen

Zusammenbau


tG

Mensch

Einzelteil

Greifer etc

tG

Mensch





2


2Lochspiel im Lage

222gAusrichtun

6

dds s smit

s s ss

LochrDurchmesse




6StiftLoch dd



s s s s





Anlage

Bezeichnung Skizze

Min

imal

es L

ochs

piel

[m

m]

Dur

chm

esse

rtol

eran

z de

s S

tifts

[m

m]

starr [mm]

heraus-fahrbar [mm]

Ber

eich

der

Q

uerv

ersc

hieb

bark

eit i

m

Loch

[mm

]

Verfahrens-grenzen

Zus

aumltzl

iche

A

ufw

endu

ngen

Schwertstift

01 005 01 02 lt2



Langloch-aufnahme

01 005 01 02 2


Schwimmender Stift


Runder Stift

01 005 01 02 -

Kegelstift

- - 01 02


werden vermieden








Position [mm]



01 -05 01 02


01 05 01 02


Vorzentrierung







Validieren


ValidierterEntwurf

Ausarbeiten


tG

Mensch


GeklaumlrteAufgabe

Konzipieren

tG

Mensch


Validieren



tG

Mensch

Entwerfen


tG

Mensch

Entwurf


tG

Mensch



Checklisten

Konzept

Analysieren

tG

Mensch



Aufbaureihenfolge



tG

Mensch

Validieren

Checklisten

tG

Mensch




















Trennen

Fuumlgen

Umformen

Messen

Tra

nspo

rtie

ren

Zustand Einfrieren

Ausrichten

EndeTransportieren












Ausrichten Umformen









6313 Hauptteil







Optimierter Aufbau




6314 Zugriffsteil





x A B C

x A B C

x A B C











- negativer Effekt

o kein Effekt

+ positiver Effekt


6315 Anhang

















Zugaumlnglichkeit











erfaszligt werden







Gliede-



Streuungen

Reg

ion

Eige

nsch

aft

Einf

luszlig


Zustand

Nr

x A

B C

x A

B C

x A

B C

Maszlig

tole

ranz

Verm

eide

n

Aus

glei

chen

Vers

teck

en Begruumlndung


Grouml

szlige d

er

Kont

aktf

laumlch

e





Besc

haumldi

gung

Verm

eide

n



ausfuumlhren

6 o + ++

+ o + o



Art

der

Auf

nahm

e

Besc

haumldi

gung

Gestal ngs-regel

n A

usgl

eich

e





hen

Bauteilgroumlszlige

ngs-

Lochs ausgleic


Vor

richt

ung

selb

st


tu








Starre Bauteile







10

10

5

100

C

06 A B C

00001 CA B

Bild 85 Testbauteil



Maszlig







stab3d 5500 samples


Nominal 1620185

Mean 1620188




Cp NA

Cpk NA







F R E Q

0

400

600

800

10k

12k

1616500 1618500 1620500 1622500 1624500

-3S +3S








00000

01000

02000

03000

04000

05000

06000

07000

08000

AH AI

AL

AM

AO

P

AQ

R

AS

AZ

BH

BJ

BK

BM

BO

P

BQ

R

BS

BZ

CB

CD

CF

CK

CT

CU

CW

CX

Meszligpunkte

Messung

VSA-Simulation











WenigerNacharbeit

KleinerePuffer







Kosten

QualitaumltZeit

Ist-Zustand




















Pkt 1 65 mm


Pkt 6 55 mm


Pkt 3 7 mm

z

x y




















abhaumlngig




















































































Kap 0 Titel

Inhaltsverzeichnis

Kap 1_2_3_4



Kap 5_4 Rohbau

Kap 6_7_8_9

2 1 Einleitung

0

2

4

6

8

10




Abweichung



laumlnger


kosten

30 5




1 Einleitung 3

Pro

du

ktio

nss

tuumlck

zah

l

Zeit

Ist-StandZiel




4 1 Einleitung

Ziel


Niedrigere Kosten


Dur

chg

aumlngi

ges

op

timie

rtes

To

leri

erun

gs-

S

tre

uung

skon

zep

t




Anlagen Puffer

Mehraufwendungen

Qualitaumltsgrenzen

Produkt

Prozeszlig






1 Einleitung 5

60

50

40

30

20

10

0



Behebungder Fehler


Def

initi

on

Ent

wic

klun

g

Pla

nung

Fe

rtig

ung

Pruuml

fung

Fel

dein

satz



Toleranzen


Teile-fertigung




6 2 Prozeszlig










CAD

CAP


2 Prozeszlig 7


CAD (Konstruktion)








CAM (Fertigung)








8 2 Prozeszlig



2 Prozeszlig 9


Produktplanung

Produktkonstruktion

Prototypfertigung

Produktionsplanung

Produkterprobung





Produktionswissen

Produktwissen


Mo

delli

erun

gsp

has

eV

ersu

chsp

has

e



10 2 Prozeszlig





Aufgabe







(Grobgestalten)

Anforderungsliste

Geklaumlrte Aufgabe

Funktionsstruktur

Wirkstruktur





Aufgabe




(Grobgestalten)

Anforderungsliste

Geklaumlrte Aufgabe

Baustruktur





2 Prozeszlig 11


Entwickelnund

Planen

Beschaffenund

Herstellen

-101-

10-

100-Kos

ten

pro

Feh

ler


Pla

nen

Ent

wic

klun

g

Arb

eits

-vo

rber

eitu

ng

Fer

tigun

g

End

pruumlf

ung

Kun

de



Konstruktion


TFerf

Arbeitsvorbereitung


TProzeszligltTFerf

Fertigung


Istmaszlige


Maszligkonrolle

Maszligabweichungen


Fun

ktio

nse

rfuuml

llun

g

Gu

t-S

chle

cht-

Te

ile

Nac

ha

rbe

it





12 2 Prozeszlig













2 Prozeszlig 13



Mehrgliedrig


Gesamttol zu eng




KONVENTIONELL

Statistik

ENDE

Normen


Beibehaltung



STATISTISCH



ja

nein

nein

nein

ja

ja

nein

ja

ja

nein

neinja





Start



ja

nein

Ende





14 2 Prozeszlig

Unterstuumltzung







Auswahl


Einverstaumlndnis




Feed-Back-Schleife









2 Prozeszlig 15




16 2 Prozeszlig








Linear Programming



Simplexmultipliers


GAparameters

Genericoperators




Gene pool


Lot size



Processoptimization


model


model


model








rungsansatzes


2 Prozeszlig 17



Primaumlr 1

Sekundaumlr 4

Primaumlrebene

Sekundaumlrebene

Tertiaumlrebene

Primaumlr 2

Primaumlr 3

Sekundaumlr 5

Tertiaumlr 6




18 2 Prozeszlig


Kritische Richtung







2 Prozeszlig 19



20 2 Prozeszlig




2 Prozeszlig 21











Prozeszlig

Produkt









Detaillierungsgrad

0 1

bull

bull

bull


Rohbauplanung

Preszligwerkplanung

Serienentwicklung

Vorentwicklung

Design

Zeitachse

Wechselwirkungen





Zei

t

Meilensteine

Fah

rdy

nam

ik

Des

ign

DM

U3

Fah

rzeu

gm

od

ell

Cra

sh

Fah

rdy

nam

ik

D

esig

n

DM

U

Fah

rzeu

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od

ell

Cra

sh



To

lera

nz

To

lera

nz



Untersuchungen












Konzeptphase

Vorentwicklung


Konstruktion

Produktion


LastenheftFreigabe

Projektbeschluszlig

Fer

tig

un

gs

-Kn

ow

-Ho

w


Design




Validieren


und Bezugsstellen


Rahmenheft




Detaillieren



Validieren



Meszligpunktdatei








Konzeptphase






Toleranzanalyse






Optimieren





Spirale derKonzept-

detaillierung






GenaueBezugsstellen


Toleranzanalyse



Optimierung








Optimieren

Beurteilen

Toleranzanalyse








Streuungen


durchvergleichende

Simulation

Optimieren

Toleranzanalyse








tG

Mensch






Toleranzkonzept




tG

Mensch



Umstaumlnde Markt-

anforderungen

tG

Mensch






Grobentwurf

Toleranzanalyse

tG

Mensch

Rechner




tG

Mensch


A

B

Konzeptphase

Gestaltungsphase




tG

Mensch



Untersuchungen


Untersuchungen


Untersuchungen





tG

Mensch



Untersuchungen

Konzeptphase

tG

Mensch

Rechner tG

Mensch

Gestaltungsphase

tG

Mensch



Toleranzanalyse



Meszligpunktdatei



Nutzen

Bereich Produktion



Wissens


Untersuchungen


Untersuchungen

Produktion




















Rohbauanlage


Rohbauanlage

Teil I ZB 1 ZB 2 ZB

Rohbauanlage


Presse

Geometrie1 Stufe

Geometrien Stufe

To

lera

nze

n


Str

eu

ung

en







Toleranzen ZB (RB)

Aufbaureihenfolge



Streuung ZB (RB)





Abgleich

Toleranzanalyse

Toleranzanalyse



Abgleich

Streuung Teil (PW)

Streuung Teil (RB)

Abgleich


Rohbauanlage)


Rohbauanlage)

Abgleich

Abgleich

Konvertierung








Unter-ZB-Ebene

Zusammenbau-Ebene

Einzelteil-Ebene

Schnittstelle






oder


oder






















ja

ja


nein

nein

Einzelteile

Unterzusammenbau

Zusammenbau


nutzen


nutzen








janein

Einzelteile



nutzen

Fuumlgen







Y YY


Kombihalter



Unterzusammenbau

X Prioritaumlt 1


Bezug









Haumlu

fig

keit




Haumlu

fig

keit



Haumlu

fig

keit





Haumlu

fig

keit







Preszligwerk

Stabile Flaumlchen


und Verwendung


Bezugsstellen im ZB














= Bezugsstelle










Unterzusammenbau

X Prioritaumlt 1


Bezug

X

X X

X

X























X

YZ

(10000)


1

2

(100015)(0015)

(000)

(1001000)

(1005015)

(50015)

(505030)

Bezugsstellen


4 35

6











W erkstoff

Um form en

Halbzeug

tG

Mensch

Um staumlnde

tG

Mensch

Mehrstufen-presse


Zusamm en-bau

tG

Mensch

E inzelteil

tG

Mensch

Rohbau-anlage












Meszligfehler




1 Normalverteilung




632













Rundlauf B1B2

Planlauf B1

Sonstige




Laumlngenmaszlig N





0

10

20

30

40

50

-02

-01

-01

00

1

00

8

01

5


Hauml

ufi

gk

eit


0

5

10

15

20

25

30

35

-03

-02 -0

01

2

02

6

04


Hauml

ufi

gk

eit


















bv02a 0001 0088 0528


bv02c 0001 0088 0528


SABC_BV 0003 0153 0918

NVA 0002 0087 0522


NVC 0002 0088 0528


SABC_NV 0006 0152 0912

a-125 0028 0077 0462


c-125 0028 0076 0456


S_ABC_BV 0083 0134 0804

A_NV 0028 0076 0456


C_NV 0028 0078 0468


S_ABC_NV 0082 0133 0798

lt1

lt1







3 =

=

=

=

=

3

3

3

3

s=009 s=015

s=009 s=015

s=008 s=013

s=008 s=013





221

2

2

1

)1(

)1()(

nn

nnn

snsnxxI

22


Verteilung-Quadrat

- Chider Quantile





0115 0087 274

)1100(

5129

)1100()(

2100

2100

1001

ssxxI


Vertrauensgrenzen

0000

0020

0040

0060

0080

0100

0120

0140

0160

0180

10 50 90 130

170

210

250

290

330

370

410

450

490


Soll

obere Grenze

untere Grenze





-0020

-0015

-0010

-0005

0000

0005

0010

20 60 100

140

180

220

260

300

340

380

420

460

500


obere Grenze

untere Grenze








annahme zulaumlssig

50 009545 0078 0116 0085331 006323 011035 5

100 009870 0088 0118 0058377 004474 008876 0

200 010065 0092 0108 0042989 002556 006738 0






s=001 n=50

s=001 n=100



5213 Meszligfehler







0

5

10

15

20

25

-00

35

-00

26

-00

17

-00

08

000

1

001

0

001

9

002

8

003

7

004

6

Abweichung in mm





0

5

10

15

20

25

30

35

-00

25

-00

20

-00

15

-00

10

-00

05

000

0

000

5

001

0

001

5

002

0

002

5

Abweichung in mm








5215 Gesamtfehler




2Meszligfehler



0076000300070 22Summe s





-50-40-30-20-10

01020304050

10

40

70

10

0

16

0

22

0

28

0

34

0

40

0

46

0


Ab

we

ich

un

g in

[

]

oben

unten







Streuung 1 01 008 008 008 008 008

Streuung 2 01 01 008 008 012 012

Streuung 3 01 01 01 008 01 008

Streuung 4 01 01 01 01 01 012

Streuung 5 01 01 01 01 01 01

Summe 0224 0215 0207 0198 0225 0227



Streuung 1 01 008 008 008 008 008

Streuung 2 01 01 008 008 012 012

Streuung 3 01 01 01 008 01 008

Summe 0173 0162 0151 0139 0175 0165






Loch


2 Zugflaumlche

Abkantung

Loch

Loch

1 Zugflaumlche

Loch


Loch

1 Zugflaumlche

Beschnitt

2 Zugflaumlche

Abkantung

Nachform-flaumlche

Nachform-flaumlche







X

Tiefziehen

Tiefziehwerkzeug

X

tG

Mensch

Greifer

tG

Mensch


tG

Mensch


tG

Mensch

tG

Mensch

tG

Mensch


tG

Mensch


AbkantenBeschneiden


AbkantenBeschneiden

LochenNachschlagen

tG

Mensch

2 Stufe1 Stufe

2 Stufe 5 Stufe














0

002

004

006

008

01

012

014

016

018

02

27 41 66 52 49 36

Meszligpunkt

2 7

3 6

4 9

5 2

4 1

6 6







siehe Kap 52




0

)(i

iitSteifigkei KS


2

0

2 )(

i

iiVerkippung KSS










000

010

020

030

040

050

060

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Meszligpunkte



FEMVerschiebungen




0

05

1

15

2

25

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Meszligpunkte

Str

euu

ng

(6

s) [

mm

]

St14

ZE 340

AC120









000

002

004

006

008

010

012

014

016

018

020

L02

L04

L06

L08

L10

L15

L17

L19

L21

L28

L31

Meszligpunkte

Str

euu

ng

(s

) [m

m]

Ver

sch

ieb

un

g [

mm

]



FEM-Verschiebungen





E -E

EE





0

02

04

06

08

1

12

14

16

51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Meszligpunkte

Charge 1

Charge 2

Charge 3

Charge 4

Charge 5




-1

-05

0

05

1

51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Meszligpunkte

Charge 1

Charge 2

Charge 3

Charge 4

Charge 5





6 6

0 5 A B C




-02

-015

-01

-005

0

005

01

015

02

1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91

Preszligteilnummer

Abw

eich

ung

vom

Mitt

elw

ert i

n m

m





6 6

0 5 A B C

0 3





Transportieren


Ausrichten


tG

Mensch


Fuumlgen

Zusammenbau


tG

Mensch

Einzelteil

Greifer etc

tG

Mensch





2


2Lochspiel im Lage

222gAusrichtun

6

dds s smit

s s ss

LochrDurchmesse




6StiftLoch dd



s s s s





Anlage

Bezeichnung Skizze

Min

imal

es L

ochs

piel

[m

m]

Dur

chm

esse

rtol

eran

z de

s S

tifts

[m

m]

starr [mm]

heraus-fahrbar [mm]

Ber

eich

der

Q

uerv

ersc

hieb

bark

eit i

m

Loch

[mm

]

Verfahrens-grenzen

Zus

aumltzl

iche

A

ufw

endu

ngen

Schwertstift

01 005 01 02 lt2



Langloch-aufnahme

01 005 01 02 2


Schwimmender Stift


Runder Stift

01 005 01 02 -

Kegelstift

- - 01 02


werden vermieden








Position [mm]



01 -05 01 02


01 05 01 02


Vorzentrierung







Validieren


ValidierterEntwurf

Ausarbeiten


tG

Mensch


GeklaumlrteAufgabe

Konzipieren

tG

Mensch


Validieren



tG

Mensch

Entwerfen


tG

Mensch

Entwurf


tG

Mensch



Checklisten

Konzept

Analysieren

tG

Mensch



Aufbaureihenfolge



tG

Mensch

Validieren

Checklisten

tG

Mensch




















Trennen

Fuumlgen

Umformen

Messen

Tra

nspo

rtie

ren

Zustand Einfrieren

Ausrichten

EndeTransportieren












Ausrichten Umformen









6313 Hauptteil







Optimierter Aufbau




6314 Zugriffsteil





x A B C

x A B C

x A B C











- negativer Effekt

o kein Effekt

+ positiver Effekt


6315 Anhang

















Zugaumlnglichkeit











erfaszligt werden







Gliede-



Streuungen

Reg

ion

Eige

nsch

aft

Einf

luszlig


Zustand

Nr

x A

B C

x A

B C

x A

B C

Maszlig

tole

ranz

Verm

eide

n

Aus

glei

chen

Vers

teck

en Begruumlndung


Grouml

szlige d

er

Kont

aktf

laumlch

e





Besc

haumldi

gung

Verm

eide

n



ausfuumlhren

6 o + ++

+ o + o



Art

der

Auf

nahm

e

Besc

haumldi

gung

Gestal ngs-regel

n A

usgl

eich

e





hen

Bauteilgroumlszlige

ngs-

Lochs ausgleic


Vor

richt

ung

selb

st


tu








Starre Bauteile







10

10

5

100

C

06 A B C

00001 CA B

Bild 85 Testbauteil



Maszlig







stab3d 5500 samples


Nominal 1620185

Mean 1620188




Cp NA

Cpk NA







F R E Q

0

400

600

800

10k

12k

1616500 1618500 1620500 1622500 1624500

-3S +3S








00000

01000

02000

03000

04000

05000

06000

07000

08000

AH AI

AL

AM

AO

P

AQ

R

AS

AZ

BH

BJ

BK

BM

BO

P

BQ

R

BS

BZ

CB

CD

CF

CK

CT

CU

CW

CX

Meszligpunkte

Messung

VSA-Simulation











WenigerNacharbeit

KleinerePuffer







Kosten

QualitaumltZeit

Ist-Zustand




















Pkt 1 65 mm


Pkt 6 55 mm


Pkt 3 7 mm

z

x y




















abhaumlngig




















































































Kap 0 Titel

Inhaltsverzeichnis

Kap 1_2_3_4



Kap 5_4 Rohbau

Kap 6_7_8_9

1 Einleitung 3

Pro

du

ktio

nss

tuumlck

zah

l

Zeit

Ist-StandZiel




4 1 Einleitung

Ziel


Niedrigere Kosten


Dur

chg

aumlngi

ges

op

timie

rtes

To

leri

erun

gs-

S

tre

uung

skon

zep

t




Anlagen Puffer

Mehraufwendungen

Qualitaumltsgrenzen

Produkt

Prozeszlig






1 Einleitung 5

60

50

40

30

20

10

0



Behebungder Fehler


Def

initi

on

Ent

wic

klun

g

Pla

nung

Fe

rtig

ung

Pruuml

fung

Fel

dein

satz



Toleranzen


Teile-fertigung




6 2 Prozeszlig










CAD

CAP


2 Prozeszlig 7


CAD (Konstruktion)








CAM (Fertigung)








8 2 Prozeszlig



2 Prozeszlig 9


Produktplanung

Produktkonstruktion

Prototypfertigung

Produktionsplanung

Produkterprobung





Produktionswissen

Produktwissen


Mo

delli

erun

gsp

has

eV

ersu

chsp

has

e



10 2 Prozeszlig





Aufgabe







(Grobgestalten)

Anforderungsliste

Geklaumlrte Aufgabe

Funktionsstruktur

Wirkstruktur





Aufgabe




(Grobgestalten)

Anforderungsliste

Geklaumlrte Aufgabe

Baustruktur





2 Prozeszlig 11


Entwickelnund

Planen

Beschaffenund

Herstellen

-101-

10-

100-Kos

ten

pro

Feh

ler


Pla

nen

Ent

wic

klun

g

Arb

eits

-vo

rber

eitu

ng

Fer

tigun

g

End

pruumlf

ung

Kun

de



Konstruktion


TFerf

Arbeitsvorbereitung


TProzeszligltTFerf

Fertigung


Istmaszlige


Maszligkonrolle

Maszligabweichungen


Fun

ktio

nse

rfuuml

llun

g

Gu

t-S

chle

cht-

Te

ile

Nac

ha

rbe

it





12 2 Prozeszlig













2 Prozeszlig 13



Mehrgliedrig


Gesamttol zu eng




KONVENTIONELL

Statistik

ENDE

Normen


Beibehaltung



STATISTISCH



ja

nein

nein

nein

ja

ja

nein

ja

ja

nein

neinja





Start



ja

nein

Ende





14 2 Prozeszlig

Unterstuumltzung







Auswahl


Einverstaumlndnis




Feed-Back-Schleife









2 Prozeszlig 15




16 2 Prozeszlig








Linear Programming



Simplexmultipliers


GAparameters

Genericoperators




Gene pool


Lot size



Processoptimization


model


model


model








rungsansatzes


2 Prozeszlig 17



Primaumlr 1

Sekundaumlr 4

Primaumlrebene

Sekundaumlrebene

Tertiaumlrebene

Primaumlr 2

Primaumlr 3

Sekundaumlr 5

Tertiaumlr 6




18 2 Prozeszlig


Kritische Richtung







2 Prozeszlig 19



20 2 Prozeszlig




2 Prozeszlig 21











Prozeszlig

Produkt









Detaillierungsgrad

0 1

bull

bull

bull


Rohbauplanung

Preszligwerkplanung

Serienentwicklung

Vorentwicklung

Design

Zeitachse

Wechselwirkungen





Zei

t

Meilensteine

Fah

rdy

nam

ik

Des

ign

DM

U3

Fah

rzeu

gm

od

ell

Cra

sh

Fah

rdy

nam

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D

esig

n

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U

Fah

rzeu

gm

od

ell

Cra

sh



To

lera

nz

To

lera

nz



Untersuchungen












Konzeptphase

Vorentwicklung


Konstruktion

Produktion


LastenheftFreigabe

Projektbeschluszlig

Fer

tig

un

gs

-Kn

ow

-Ho

w


Design




Validieren


und Bezugsstellen


Rahmenheft




Detaillieren



Validieren



Meszligpunktdatei








Konzeptphase






Toleranzanalyse






Optimieren





Spirale derKonzept-

detaillierung






GenaueBezugsstellen


Toleranzanalyse



Optimierung








Optimieren

Beurteilen

Toleranzanalyse








Streuungen


durchvergleichende

Simulation

Optimieren

Toleranzanalyse








tG

Mensch






Toleranzkonzept




tG

Mensch



Umstaumlnde Markt-

anforderungen

tG

Mensch






Grobentwurf

Toleranzanalyse

tG

Mensch

Rechner




tG

Mensch


A

B

Konzeptphase

Gestaltungsphase




tG

Mensch



Untersuchungen


Untersuchungen


Untersuchungen





tG

Mensch



Untersuchungen

Konzeptphase

tG

Mensch

Rechner tG

Mensch

Gestaltungsphase

tG

Mensch



Toleranzanalyse



Meszligpunktdatei



Nutzen

Bereich Produktion



Wissens


Untersuchungen


Untersuchungen

Produktion




















Rohbauanlage


Rohbauanlage

Teil I ZB 1 ZB 2 ZB

Rohbauanlage


Presse

Geometrie1 Stufe

Geometrien Stufe

To

lera

nze

n


Str

eu

ung

en







Toleranzen ZB (RB)

Aufbaureihenfolge



Streuung ZB (RB)





Abgleich

Toleranzanalyse

Toleranzanalyse



Abgleich

Streuung Teil (PW)

Streuung Teil (RB)

Abgleich


Rohbauanlage)


Rohbauanlage)

Abgleich

Abgleich

Konvertierung








Unter-ZB-Ebene

Zusammenbau-Ebene

Einzelteil-Ebene

Schnittstelle






oder


oder






















ja

ja


nein

nein

Einzelteile

Unterzusammenbau

Zusammenbau


nutzen


nutzen








janein

Einzelteile



nutzen

Fuumlgen







Y YY


Kombihalter



Unterzusammenbau

X Prioritaumlt 1


Bezug









Haumlu

fig

keit




Haumlu

fig

keit



Haumlu

fig

keit





Haumlu

fig

keit







Preszligwerk

Stabile Flaumlchen


und Verwendung


Bezugsstellen im ZB














= Bezugsstelle










Unterzusammenbau

X Prioritaumlt 1


Bezug

X

X X

X

X























X

YZ

(10000)


1

2

(100015)(0015)

(000)

(1001000)

(1005015)

(50015)

(505030)

Bezugsstellen


4 35

6











W erkstoff

Um form en

Halbzeug

tG

Mensch

Um staumlnde

tG

Mensch

Mehrstufen-presse


Zusamm en-bau

tG

Mensch

E inzelteil

tG

Mensch

Rohbau-anlage












Meszligfehler




1 Normalverteilung




632













Rundlauf B1B2

Planlauf B1

Sonstige




Laumlngenmaszlig N





0

10

20

30

40

50

-02

-01

-01

00

1

00

8

01

5


Hauml

ufi

gk

eit


0

5

10

15

20

25

30

35

-03

-02 -0

01

2

02

6

04


Hauml

ufi

gk

eit


















bv02a 0001 0088 0528


bv02c 0001 0088 0528


SABC_BV 0003 0153 0918

NVA 0002 0087 0522


NVC 0002 0088 0528


SABC_NV 0006 0152 0912

a-125 0028 0077 0462


c-125 0028 0076 0456


S_ABC_BV 0083 0134 0804

A_NV 0028 0076 0456


C_NV 0028 0078 0468


S_ABC_NV 0082 0133 0798

lt1

lt1







3 =

=

=

=

=

3

3

3

3

s=009 s=015

s=009 s=015

s=008 s=013

s=008 s=013





221

2

2

1

)1(

)1()(

nn

nnn

snsnxxI

22


Verteilung-Quadrat

- Chider Quantile





0115 0087 274

)1100(

5129

)1100()(

2100

2100

1001

ssxxI


Vertrauensgrenzen

0000

0020

0040

0060

0080

0100

0120

0140

0160

0180

10 50 90 130

170

210

250

290

330

370

410

450

490


Soll

obere Grenze

untere Grenze





-0020

-0015

-0010

-0005

0000

0005

0010

20 60 100

140

180

220

260

300

340

380

420

460

500


obere Grenze

untere Grenze








annahme zulaumlssig

50 009545 0078 0116 0085331 006323 011035 5

100 009870 0088 0118 0058377 004474 008876 0

200 010065 0092 0108 0042989 002556 006738 0






s=001 n=50

s=001 n=100



5213 Meszligfehler







0

5

10

15

20

25

-00

35

-00

26

-00

17

-00

08

000

1

001

0

001

9

002

8

003

7

004

6

Abweichung in mm





0

5

10

15

20

25

30

35

-00

25

-00

20

-00

15

-00

10

-00

05

000

0

000

5

001

0

001

5

002

0

002

5

Abweichung in mm








5215 Gesamtfehler




2Meszligfehler



0076000300070 22Summe s





-50-40-30-20-10

01020304050

10

40

70

10

0

16

0

22

0

28

0

34

0

40

0

46

0


Ab

we

ich

un

g in

[

]

oben

unten







Streuung 1 01 008 008 008 008 008

Streuung 2 01 01 008 008 012 012

Streuung 3 01 01 01 008 01 008

Streuung 4 01 01 01 01 01 012

Streuung 5 01 01 01 01 01 01

Summe 0224 0215 0207 0198 0225 0227



Streuung 1 01 008 008 008 008 008

Streuung 2 01 01 008 008 012 012

Streuung 3 01 01 01 008 01 008

Summe 0173 0162 0151 0139 0175 0165






Loch


2 Zugflaumlche

Abkantung

Loch

Loch

1 Zugflaumlche

Loch


Loch

1 Zugflaumlche

Beschnitt

2 Zugflaumlche

Abkantung

Nachform-flaumlche

Nachform-flaumlche







X

Tiefziehen

Tiefziehwerkzeug

X

tG

Mensch

Greifer

tG

Mensch


tG

Mensch


tG

Mensch

tG

Mensch

tG

Mensch


tG

Mensch


AbkantenBeschneiden


AbkantenBeschneiden

LochenNachschlagen

tG

Mensch

2 Stufe1 Stufe

2 Stufe 5 Stufe














0

002

004

006

008

01

012

014

016

018

02

27 41 66 52 49 36

Meszligpunkt

2 7

3 6

4 9

5 2

4 1

6 6







siehe Kap 52




0

)(i

iitSteifigkei KS


2

0

2 )(

i

iiVerkippung KSS










000

010

020

030

040

050

060

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Meszligpunkte



FEMVerschiebungen




0

05

1

15

2

25

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Meszligpunkte

Str

euu

ng

(6

s) [

mm

]

St14

ZE 340

AC120









000

002

004

006

008

010

012

014

016

018

020

L02

L04

L06

L08

L10

L15

L17

L19

L21

L28

L31

Meszligpunkte

Str

euu

ng

(s

) [m

m]

Ver

sch

ieb

un

g [

mm

]



FEM-Verschiebungen





E -E

EE





0

02

04

06

08

1

12

14

16

51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Meszligpunkte

Charge 1

Charge 2

Charge 3

Charge 4

Charge 5




-1

-05

0

05

1

51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Meszligpunkte

Charge 1

Charge 2

Charge 3

Charge 4

Charge 5





6 6

0 5 A B C




-02

-015

-01

-005

0

005

01

015

02

1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91

Preszligteilnummer

Abw

eich

ung

vom

Mitt

elw

ert i

n m

m





6 6

0 5 A B C

0 3





Transportieren


Ausrichten


tG

Mensch


Fuumlgen

Zusammenbau


tG

Mensch

Einzelteil

Greifer etc

tG

Mensch





2


2Lochspiel im Lage

222gAusrichtun

6

dds s smit

s s ss

LochrDurchmesse




6StiftLoch dd



s s s s





Anlage

Bezeichnung Skizze

Min

imal

es L

ochs

piel

[m

m]

Dur

chm

esse

rtol

eran

z de

s S

tifts

[m

m]

starr [mm]

heraus-fahrbar [mm]

Ber

eich

der

Q

uerv

ersc

hieb

bark

eit i

m

Loch

[mm

]

Verfahrens-grenzen

Zus

aumltzl

iche

A

ufw

endu

ngen

Schwertstift

01 005 01 02 lt2



Langloch-aufnahme

01 005 01 02 2


Schwimmender Stift


Runder Stift

01 005 01 02 -

Kegelstift

- - 01 02


werden vermieden








Position [mm]



01 -05 01 02


01 05 01 02


Vorzentrierung







Validieren


ValidierterEntwurf

Ausarbeiten


tG

Mensch


GeklaumlrteAufgabe

Konzipieren

tG

Mensch


Validieren



tG

Mensch

Entwerfen


tG

Mensch

Entwurf


tG

Mensch



Checklisten

Konzept

Analysieren

tG

Mensch



Aufbaureihenfolge



tG

Mensch

Validieren

Checklisten

tG

Mensch




















Trennen

Fuumlgen

Umformen

Messen

Tra

nspo

rtie

ren

Zustand Einfrieren

Ausrichten

EndeTransportieren












Ausrichten Umformen









6313 Hauptteil







Optimierter Aufbau




6314 Zugriffsteil





x A B C

x A B C

x A B C











- negativer Effekt

o kein Effekt

+ positiver Effekt


6315 Anhang

















Zugaumlnglichkeit











erfaszligt werden







Gliede-



Streuungen

Reg

ion

Eige

nsch

aft

Einf

luszlig


Zustand

Nr

x A

B C

x A

B C

x A

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Maszlig

tole

ranz

Verm

eide

n

Aus

glei

chen

Vers

teck

en Begruumlndung


Grouml

szlige d

er

Kont

aktf

laumlch

e





Besc

haumldi

gung

Verm

eide

n



ausfuumlhren

6 o + ++

+ o + o



Art

der

Auf

nahm

e

Besc

haumldi

gung

Gestal ngs-regel

n A

usgl

eich

e





hen

Bauteilgroumlszlige

ngs-

Lochs ausgleic


Vor

richt

ung

selb

st


tu








Starre Bauteile







10

10

5

100

C

06 A B C

00001 CA B

Bild 85 Testbauteil



Maszlig







stab3d 5500 samples


Nominal 1620185

Mean 1620188




Cp NA

Cpk NA







F R E Q

0

400

600

800

10k

12k

1616500 1618500 1620500 1622500 1624500

-3S +3S








00000

01000

02000

03000

04000

05000

06000

07000

08000

AH AI

AL

AM

AO

P

AQ

R

AS

AZ

BH

BJ

BK

BM

BO

P

BQ

R

BS

BZ

CB

CD

CF

CK

CT

CU

CW

CX

Meszligpunkte

Messung

VSA-Simulation











WenigerNacharbeit

KleinerePuffer







Kosten

QualitaumltZeit

Ist-Zustand




















Pkt 1 65 mm


Pkt 6 55 mm


Pkt 3 7 mm

z

x y




















abhaumlngig




















































































Kap 0 Titel

Inhaltsverzeichnis

Kap 1_2_3_4



Kap 5_4 Rohbau

Kap 6_7_8_9

4 1 Einleitung

Ziel


Niedrigere Kosten


Dur

chg

aumlngi

ges

op

timie

rtes

To

leri

erun

gs-

S

tre

uung

skon

zep

t




Anlagen Puffer

Mehraufwendungen

Qualitaumltsgrenzen

Produkt

Prozeszlig






1 Einleitung 5

60

50

40

30

20

10

0



Behebungder Fehler


Def

initi

on

Ent

wic

klun

g

Pla

nung

Fe

rtig

ung

Pruuml

fung

Fel

dein

satz



Toleranzen


Teile-fertigung




6 2 Prozeszlig










CAD

CAP


2 Prozeszlig 7


CAD (Konstruktion)








CAM (Fertigung)








8 2 Prozeszlig



2 Prozeszlig 9


Produktplanung

Produktkonstruktion

Prototypfertigung

Produktionsplanung

Produkterprobung





Produktionswissen

Produktwissen


Mo

delli

erun

gsp

has

eV

ersu

chsp

has

e



10 2 Prozeszlig





Aufgabe







(Grobgestalten)

Anforderungsliste

Geklaumlrte Aufgabe

Funktionsstruktur

Wirkstruktur





Aufgabe




(Grobgestalten)

Anforderungsliste

Geklaumlrte Aufgabe

Baustruktur





2 Prozeszlig 11


Entwickelnund

Planen

Beschaffenund

Herstellen

-101-

10-

100-Kos

ten

pro

Feh

ler


Pla

nen

Ent

wic

klun

g

Arb

eits

-vo

rber

eitu

ng

Fer

tigun

g

End

pruumlf

ung

Kun

de



Konstruktion


TFerf

Arbeitsvorbereitung


TProzeszligltTFerf

Fertigung


Istmaszlige


Maszligkonrolle

Maszligabweichungen


Fun

ktio

nse

rfuuml

llun

g

Gu

t-S

chle

cht-

Te

ile

Nac

ha

rbe

it





12 2 Prozeszlig













2 Prozeszlig 13



Mehrgliedrig


Gesamttol zu eng




KONVENTIONELL

Statistik

ENDE

Normen


Beibehaltung



STATISTISCH



ja

nein

nein

nein

ja

ja

nein

ja

ja

nein

neinja





Start



ja

nein

Ende





14 2 Prozeszlig

Unterstuumltzung







Auswahl


Einverstaumlndnis




Feed-Back-Schleife









2 Prozeszlig 15




16 2 Prozeszlig








Linear Programming



Simplexmultipliers


GAparameters

Genericoperators




Gene pool


Lot size



Processoptimization


model


model


model








rungsansatzes


2 Prozeszlig 17



Primaumlr 1

Sekundaumlr 4

Primaumlrebene

Sekundaumlrebene

Tertiaumlrebene

Primaumlr 2

Primaumlr 3

Sekundaumlr 5

Tertiaumlr 6




18 2 Prozeszlig


Kritische Richtung







2 Prozeszlig 19



20 2 Prozeszlig




2 Prozeszlig 21











Prozeszlig

Produkt









Detaillierungsgrad

0 1

bull

bull

bull


Rohbauplanung

Preszligwerkplanung

Serienentwicklung

Vorentwicklung

Design

Zeitachse

Wechselwirkungen





Zei

t

Meilensteine

Fah

rdy

nam

ik

Des

ign

DM

U3

Fah

rzeu

gm

od

ell

Cra

sh

Fah

rdy

nam

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D

esig

n

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U

Fah

rzeu

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od

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Cra

sh



To

lera

nz

To

lera

nz



Untersuchungen












Konzeptphase

Vorentwicklung


Konstruktion

Produktion


LastenheftFreigabe

Projektbeschluszlig

Fer

tig

un

gs

-Kn

ow

-Ho

w


Design




Validieren


und Bezugsstellen


Rahmenheft




Detaillieren



Validieren



Meszligpunktdatei








Konzeptphase






Toleranzanalyse






Optimieren





Spirale derKonzept-

detaillierung






GenaueBezugsstellen


Toleranzanalyse



Optimierung








Optimieren

Beurteilen

Toleranzanalyse








Streuungen


durchvergleichende

Simulation

Optimieren

Toleranzanalyse








tG

Mensch






Toleranzkonzept




tG

Mensch



Umstaumlnde Markt-

anforderungen

tG

Mensch






Grobentwurf

Toleranzanalyse

tG

Mensch

Rechner




tG

Mensch


A

B

Konzeptphase

Gestaltungsphase




tG

Mensch



Untersuchungen


Untersuchungen


Untersuchungen





tG

Mensch



Untersuchungen

Konzeptphase

tG

Mensch

Rechner tG

Mensch

Gestaltungsphase

tG

Mensch



Toleranzanalyse



Meszligpunktdatei



Nutzen

Bereich Produktion



Wissens


Untersuchungen


Untersuchungen

Produktion




















Rohbauanlage


Rohbauanlage

Teil I ZB 1 ZB 2 ZB

Rohbauanlage


Presse

Geometrie1 Stufe

Geometrien Stufe

To

lera

nze

n


Str

eu

ung

en







Toleranzen ZB (RB)

Aufbaureihenfolge



Streuung ZB (RB)





Abgleich

Toleranzanalyse

Toleranzanalyse



Abgleich

Streuung Teil (PW)

Streuung Teil (RB)

Abgleich


Rohbauanlage)


Rohbauanlage)

Abgleich

Abgleich

Konvertierung








Unter-ZB-Ebene

Zusammenbau-Ebene

Einzelteil-Ebene

Schnittstelle






oder


oder






















ja

ja


nein

nein

Einzelteile

Unterzusammenbau

Zusammenbau


nutzen


nutzen








janein

Einzelteile



nutzen

Fuumlgen







Y YY


Kombihalter



Unterzusammenbau

X Prioritaumlt 1


Bezug









Haumlu

fig

keit




Haumlu

fig

keit



Haumlu

fig

keit





Haumlu

fig

keit







Preszligwerk

Stabile Flaumlchen


und Verwendung


Bezugsstellen im ZB














= Bezugsstelle










Unterzusammenbau

X Prioritaumlt 1


Bezug

X

X X

X

X























X

YZ

(10000)


1

2

(100015)(0015)

(000)

(1001000)

(1005015)

(50015)

(505030)

Bezugsstellen


4 35

6











W erkstoff

Um form en

Halbzeug

tG

Mensch

Um staumlnde

tG

Mensch

Mehrstufen-presse


Zusamm en-bau

tG

Mensch

E inzelteil

tG

Mensch

Rohbau-anlage












Meszligfehler




1 Normalverteilung




632













Rundlauf B1B2

Planlauf B1

Sonstige




Laumlngenmaszlig N





0

10

20

30

40

50

-02

-01

-01

00

1

00

8

01

5


Hauml

ufi

gk

eit


0

5

10

15

20

25

30

35

-03

-02 -0

01

2

02

6

04


Hauml

ufi

gk

eit


















bv02a 0001 0088 0528


bv02c 0001 0088 0528


SABC_BV 0003 0153 0918

NVA 0002 0087 0522


NVC 0002 0088 0528


SABC_NV 0006 0152 0912

a-125 0028 0077 0462


c-125 0028 0076 0456


S_ABC_BV 0083 0134 0804

A_NV 0028 0076 0456


C_NV 0028 0078 0468


S_ABC_NV 0082 0133 0798

lt1

lt1







3 =

=

=

=

=

3

3

3

3

s=009 s=015

s=009 s=015

s=008 s=013

s=008 s=013





221

2

2

1

)1(

)1()(

nn

nnn

snsnxxI

22


Verteilung-Quadrat

- Chider Quantile





0115 0087 274

)1100(

5129

)1100()(

2100

2100

1001

ssxxI


Vertrauensgrenzen

0000

0020

0040

0060

0080

0100

0120

0140

0160

0180

10 50 90 130

170

210

250

290

330

370

410

450

490


Soll

obere Grenze

untere Grenze





-0020

-0015

-0010

-0005

0000

0005

0010

20 60 100

140

180

220

260

300

340

380

420

460

500


obere Grenze

untere Grenze








annahme zulaumlssig

50 009545 0078 0116 0085331 006323 011035 5

100 009870 0088 0118 0058377 004474 008876 0

200 010065 0092 0108 0042989 002556 006738 0






s=001 n=50

s=001 n=100



5213 Meszligfehler







0

5

10

15

20

25

-00

35

-00

26

-00

17

-00

08

000

1

001

0

001

9

002

8

003

7

004

6

Abweichung in mm





0

5

10

15

20

25

30

35

-00

25

-00

20

-00

15

-00

10

-00

05

000

0

000

5

001

0

001

5

002

0

002

5

Abweichung in mm








5215 Gesamtfehler




2Meszligfehler



0076000300070 22Summe s





-50-40-30-20-10

01020304050

10

40

70

10

0

16

0

22

0

28

0

34

0

40

0

46

0


Ab

we

ich

un

g in

[

]

oben

unten







Streuung 1 01 008 008 008 008 008

Streuung 2 01 01 008 008 012 012

Streuung 3 01 01 01 008 01 008

Streuung 4 01 01 01 01 01 012

Streuung 5 01 01 01 01 01 01

Summe 0224 0215 0207 0198 0225 0227



Streuung 1 01 008 008 008 008 008

Streuung 2 01 01 008 008 012 012

Streuung 3 01 01 01 008 01 008

Summe 0173 0162 0151 0139 0175 0165






Loch


2 Zugflaumlche

Abkantung

Loch

Loch

1 Zugflaumlche

Loch


Loch

1 Zugflaumlche

Beschnitt

2 Zugflaumlche

Abkantung

Nachform-flaumlche

Nachform-flaumlche







X

Tiefziehen

Tiefziehwerkzeug

X

tG

Mensch

Greifer

tG

Mensch


tG

Mensch


tG

Mensch

tG

Mensch

tG

Mensch


tG

Mensch


AbkantenBeschneiden


AbkantenBeschneiden

LochenNachschlagen

tG

Mensch

2 Stufe1 Stufe

2 Stufe 5 Stufe














0

002

004

006

008

01

012

014

016

018

02

27 41 66 52 49 36

Meszligpunkt

2 7

3 6

4 9

5 2

4 1

6 6







siehe Kap 52




0

)(i

iitSteifigkei KS


2

0

2 )(

i

iiVerkippung KSS










000

010

020

030

040

050

060

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Meszligpunkte



FEMVerschiebungen




0

05

1

15

2

25

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Meszligpunkte

Str

euu

ng

(6

s) [

mm

]

St14

ZE 340

AC120









000

002

004

006

008

010

012

014

016

018

020

L02

L04

L06

L08

L10

L15

L17

L19

L21

L28

L31

Meszligpunkte

Str

euu

ng

(s

) [m

m]

Ver

sch

ieb

un

g [

mm

]



FEM-Verschiebungen





E -E

EE





0

02

04

06

08

1

12

14

16

51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Meszligpunkte

Charge 1

Charge 2

Charge 3

Charge 4

Charge 5




-1

-05

0

05

1

51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Meszligpunkte

Charge 1

Charge 2

Charge 3

Charge 4

Charge 5





6 6

0 5 A B C




-02

-015

-01

-005

0

005

01

015

02

1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91

Preszligteilnummer

Abw

eich

ung

vom

Mitt

elw

ert i

n m

m





6 6

0 5 A B C

0 3





Transportieren


Ausrichten


tG

Mensch


Fuumlgen

Zusammenbau


tG

Mensch

Einzelteil

Greifer etc

tG

Mensch





2


2Lochspiel im Lage

222gAusrichtun

6

dds s smit

s s ss

LochrDurchmesse




6StiftLoch dd



s s s s





Anlage

Bezeichnung Skizze

Min

imal

es L

ochs

piel

[m

m]

Dur

chm

esse

rtol

eran

z de

s S

tifts

[m

m]

starr [mm]

heraus-fahrbar [mm]

Ber

eich

der

Q

uerv

ersc

hieb

bark

eit i

m

Loch

[mm

]

Verfahrens-grenzen

Zus

aumltzl

iche

A

ufw

endu

ngen

Schwertstift

01 005 01 02 lt2



Langloch-aufnahme

01 005 01 02 2


Schwimmender Stift


Runder Stift

01 005 01 02 -

Kegelstift

- - 01 02


werden vermieden








Position [mm]



01 -05 01 02


01 05 01 02


Vorzentrierung







Validieren


ValidierterEntwurf

Ausarbeiten


tG

Mensch


GeklaumlrteAufgabe

Konzipieren

tG

Mensch


Validieren



tG

Mensch

Entwerfen


tG

Mensch

Entwurf


tG

Mensch



Checklisten

Konzept

Analysieren

tG

Mensch



Aufbaureihenfolge



tG

Mensch

Validieren

Checklisten

tG

Mensch




















Trennen

Fuumlgen

Umformen

Messen

Tra

nspo

rtie

ren

Zustand Einfrieren

Ausrichten

EndeTransportieren












Ausrichten Umformen









6313 Hauptteil







Optimierter Aufbau




6314 Zugriffsteil





x A B C

x A B C

x A B C











- negativer Effekt

o kein Effekt

+ positiver Effekt


6315 Anhang

















Zugaumlnglichkeit











erfaszligt werden







Gliede-



Streuungen

Reg

ion

Eige

nsch

aft

Einf

luszlig


Zustand

Nr

x A

B C

x A

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x A

B C

Maszlig

tole

ranz

Verm

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n

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glei

chen

Vers

teck

en Begruumlndung


Grouml

szlige d

er

Kont

aktf

laumlch

e





Besc

haumldi

gung

Verm

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n



ausfuumlhren

6 o + ++

+ o + o



Art

der

Auf

nahm

e

Besc

haumldi

gung

Gestal ngs-regel

n A

usgl

eich

e





hen

Bauteilgroumlszlige

ngs-

Lochs ausgleic


Vor

richt

ung

selb

st


tu








Starre Bauteile







10

10

5

100

C

06 A B C

00001 CA B

Bild 85 Testbauteil



Maszlig







stab3d 5500 samples


Nominal 1620185

Mean 1620188




Cp NA

Cpk NA







F R E Q

0

400

600

800

10k

12k

1616500 1618500 1620500 1622500 1624500

-3S +3S








00000

01000

02000

03000

04000

05000

06000

07000

08000

AH AI

AL

AM

AO

P

AQ

R

AS

AZ

BH

BJ

BK

BM

BO

P

BQ

R

BS

BZ

CB

CD

CF

CK

CT

CU

CW

CX

Meszligpunkte

Messung

VSA-Simulation











WenigerNacharbeit

KleinerePuffer







Kosten

QualitaumltZeit

Ist-Zustand




















Pkt 1 65 mm


Pkt 6 55 mm


Pkt 3 7 mm

z

x y




















abhaumlngig




















































































Kap 0 Titel

Inhaltsverzeichnis

Kap 1_2_3_4



Kap 5_4 Rohbau

Kap 6_7_8_9

1 Einleitung 5

60

50

40

30

20

10

0



Behebungder Fehler


Def

initi

on

Ent

wic

klun

g

Pla

nung

Fe

rtig

ung

Pruuml

fung

Fel

dein

satz



Toleranzen


Teile-fertigung




6 2 Prozeszlig










CAD

CAP


2 Prozeszlig 7


CAD (Konstruktion)








CAM (Fertigung)








8 2 Prozeszlig



2 Prozeszlig 9


Produktplanung

Produktkonstruktion

Prototypfertigung

Produktionsplanung

Produkterprobung





Produktionswissen

Produktwissen


Mo

delli

erun

gsp

has

eV

ersu

chsp

has

e



10 2 Prozeszlig





Aufgabe







(Grobgestalten)

Anforderungsliste

Geklaumlrte Aufgabe

Funktionsstruktur

Wirkstruktur





Aufgabe




(Grobgestalten)

Anforderungsliste

Geklaumlrte Aufgabe

Baustruktur





2 Prozeszlig 11


Entwickelnund

Planen

Beschaffenund

Herstellen

-101-

10-

100-Kos

ten

pro

Feh

ler


Pla

nen

Ent

wic

klun

g

Arb

eits

-vo

rber

eitu

ng

Fer

tigun

g

End

pruumlf

ung

Kun

de



Konstruktion


TFerf

Arbeitsvorbereitung


TProzeszligltTFerf

Fertigung


Istmaszlige


Maszligkonrolle

Maszligabweichungen


Fun

ktio

nse

rfuuml

llun

g

Gu

t-S

chle

cht-

Te

ile

Nac

ha

rbe

it





12 2 Prozeszlig













2 Prozeszlig 13



Mehrgliedrig


Gesamttol zu eng




KONVENTIONELL

Statistik

ENDE

Normen


Beibehaltung



STATISTISCH



ja

nein

nein

nein

ja

ja

nein

ja

ja

nein

neinja





Start



ja

nein

Ende





14 2 Prozeszlig

Unterstuumltzung







Auswahl


Einverstaumlndnis




Feed-Back-Schleife









2 Prozeszlig 15




16 2 Prozeszlig








Linear Programming



Simplexmultipliers


GAparameters

Genericoperators




Gene pool


Lot size



Processoptimization


model


model


model








rungsansatzes


2 Prozeszlig 17



Primaumlr 1

Sekundaumlr 4

Primaumlrebene

Sekundaumlrebene

Tertiaumlrebene

Primaumlr 2

Primaumlr 3

Sekundaumlr 5

Tertiaumlr 6




18 2 Prozeszlig


Kritische Richtung







2 Prozeszlig 19



20 2 Prozeszlig




2 Prozeszlig 21











Prozeszlig

Produkt









Detaillierungsgrad

0 1

bull

bull

bull


Rohbauplanung

Preszligwerkplanung

Serienentwicklung

Vorentwicklung

Design

Zeitachse

Wechselwirkungen





Zei

t

Meilensteine

Fah

rdy

nam

ik

Des

ign

DM

U3

Fah

rzeu

gm

od

ell

Cra

sh

Fah

rdy

nam

ik

D

esig

n

DM

U

Fah

rzeu

gm

od

ell

Cra

sh



To

lera

nz

To

lera

nz



Untersuchungen












Konzeptphase

Vorentwicklung


Konstruktion

Produktion


LastenheftFreigabe

Projektbeschluszlig

Fer

tig

un

gs

-Kn

ow

-Ho

w


Design




Validieren


und Bezugsstellen


Rahmenheft




Detaillieren



Validieren



Meszligpunktdatei








Konzeptphase






Toleranzanalyse






Optimieren





Spirale derKonzept-

detaillierung






GenaueBezugsstellen


Toleranzanalyse



Optimierung








Optimieren

Beurteilen

Toleranzanalyse








Streuungen


durchvergleichende

Simulation

Optimieren

Toleranzanalyse








tG

Mensch






Toleranzkonzept




tG

Mensch



Umstaumlnde Markt-

anforderungen

tG

Mensch






Grobentwurf

Toleranzanalyse

tG

Mensch

Rechner




tG

Mensch


A

B

Konzeptphase

Gestaltungsphase




tG

Mensch



Untersuchungen


Untersuchungen


Untersuchungen





tG

Mensch



Untersuchungen

Konzeptphase

tG

Mensch

Rechner tG

Mensch

Gestaltungsphase

tG

Mensch



Toleranzanalyse



Meszligpunktdatei



Nutzen

Bereich Produktion



Wissens


Untersuchungen


Untersuchungen

Produktion




















Rohbauanlage


Rohbauanlage

Teil I ZB 1 ZB 2 ZB

Rohbauanlage


Presse

Geometrie1 Stufe

Geometrien Stufe

To

lera

nze

n


Str

eu

ung

en







Toleranzen ZB (RB)

Aufbaureihenfolge



Streuung ZB (RB)





Abgleich

Toleranzanalyse

Toleranzanalyse



Abgleich

Streuung Teil (PW)

Streuung Teil (RB)

Abgleich


Rohbauanlage)


Rohbauanlage)

Abgleich

Abgleich

Konvertierung








Unter-ZB-Ebene

Zusammenbau-Ebene

Einzelteil-Ebene

Schnittstelle






oder


oder






















ja

ja


nein

nein

Einzelteile

Unterzusammenbau

Zusammenbau


nutzen


nutzen








janein

Einzelteile



nutzen

Fuumlgen







Y YY


Kombihalter



Unterzusammenbau

X Prioritaumlt 1


Bezug









Haumlu

fig

keit




Haumlu

fig

keit



Haumlu

fig

keit





Haumlu

fig

keit







Preszligwerk

Stabile Flaumlchen


und Verwendung


Bezugsstellen im ZB














= Bezugsstelle










Unterzusammenbau

X Prioritaumlt 1


Bezug

X

X X

X

X























X

YZ

(10000)


1

2

(100015)(0015)

(000)

(1001000)

(1005015)

(50015)

(505030)

Bezugsstellen


4 35

6











W erkstoff

Um form en

Halbzeug

tG

Mensch

Um staumlnde

tG

Mensch

Mehrstufen-presse


Zusamm en-bau

tG

Mensch

E inzelteil

tG

Mensch

Rohbau-anlage












Meszligfehler




1 Normalverteilung




632













Rundlauf B1B2

Planlauf B1

Sonstige




Laumlngenmaszlig N





0

10

20

30

40

50

-02

-01

-01

00

1

00

8

01

5


Hauml

ufi

gk

eit


0

5

10

15

20

25

30

35

-03

-02 -0

01

2

02

6

04


Hauml

ufi

gk

eit


















bv02a 0001 0088 0528


bv02c 0001 0088 0528


SABC_BV 0003 0153 0918

NVA 0002 0087 0522


NVC 0002 0088 0528


SABC_NV 0006 0152 0912

a-125 0028 0077 0462


c-125 0028 0076 0456


S_ABC_BV 0083 0134 0804

A_NV 0028 0076 0456


C_NV 0028 0078 0468


S_ABC_NV 0082 0133 0798

lt1

lt1







3 =

=

=

=

=

3

3

3

3

s=009 s=015

s=009 s=015

s=008 s=013

s=008 s=013





221

2

2

1

)1(

)1()(

nn

nnn

snsnxxI

22


Verteilung-Quadrat

- Chider Quantile





0115 0087 274

)1100(

5129

)1100()(

2100

2100

1001

ssxxI


Vertrauensgrenzen

0000

0020

0040

0060

0080

0100

0120

0140

0160

0180

10 50 90 130

170

210

250

290

330

370

410

450

490


Soll

obere Grenze

untere Grenze





-0020

-0015

-0010

-0005

0000

0005

0010

20 60 100

140

180

220

260

300

340

380

420

460

500


obere Grenze

untere Grenze








annahme zulaumlssig

50 009545 0078 0116 0085331 006323 011035 5

100 009870 0088 0118 0058377 004474 008876 0

200 010065 0092 0108 0042989 002556 006738 0






s=001 n=50

s=001 n=100



5213 Meszligfehler







0

5

10

15

20

25

-00

35

-00

26

-00

17

-00

08

000

1

001

0

001

9

002

8

003

7

004

6

Abweichung in mm





0

5

10

15

20

25

30

35

-00

25

-00

20

-00

15

-00

10

-00

05

000

0

000

5

001

0

001

5

002

0

002

5

Abweichung in mm








5215 Gesamtfehler




2Meszligfehler



0076000300070 22Summe s





-50-40-30-20-10

01020304050

10

40

70

10

0

16

0

22

0

28

0

34

0

40

0

46

0


Ab

we

ich

un

g in

[

]

oben

unten







Streuung 1 01 008 008 008 008 008

Streuung 2 01 01 008 008 012 012

Streuung 3 01 01 01 008 01 008

Streuung 4 01 01 01 01 01 012

Streuung 5 01 01 01 01 01 01

Summe 0224 0215 0207 0198 0225 0227



Streuung 1 01 008 008 008 008 008

Streuung 2 01 01 008 008 012 012

Streuung 3 01 01 01 008 01 008

Summe 0173 0162 0151 0139 0175 0165






Loch


2 Zugflaumlche

Abkantung

Loch

Loch

1 Zugflaumlche

Loch


Loch

1 Zugflaumlche

Beschnitt

2 Zugflaumlche

Abkantung

Nachform-flaumlche

Nachform-flaumlche







X

Tiefziehen

Tiefziehwerkzeug

X

tG

Mensch

Greifer

tG

Mensch


tG

Mensch


tG

Mensch

tG

Mensch

tG

Mensch


tG

Mensch


AbkantenBeschneiden


AbkantenBeschneiden

LochenNachschlagen

tG

Mensch

2 Stufe1 Stufe

2 Stufe 5 Stufe














0

002

004

006

008

01

012

014

016

018

02

27 41 66 52 49 36

Meszligpunkt

2 7

3 6

4 9

5 2

4 1

6 6







siehe Kap 52




0

)(i

iitSteifigkei KS


2

0

2 )(

i

iiVerkippung KSS










000

010

020

030

040

050

060

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Meszligpunkte



FEMVerschiebungen




0

05

1

15

2

25

7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Meszligpunkte

Str

euu

ng

(6

s) [

mm

]

St14

ZE 340

AC120









000

002

004

006

008

010

012

014

016

018

020

L02

L04

L06

L08

L10

L15

L17

L19

L21

L28

L31

Meszligpunkte

Str

euu

ng

(s

) [m

m]

Ver

sch

ieb

un

g [

mm

]



FEM-Verschiebungen





E -E

EE





0

02

04

06

08

1

12

14

16

51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Meszligpunkte

Charge 1

Charge 2

Charge 3

Charge 4

Charge 5




-1

-05

0

05

1

51 52 53 54 55 56 57 58 59 60

Meszligpunkte

Charge 1

Charge 2

Charge 3

Charge 4

Charge 5





6 6

0 5 A B C




-02

-015

-01

-005

0

005

01

015

02

1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91

Preszligteilnummer

Abw

eich

ung

vom

Mitt

elw

ert i

n m

m





6 6

0 5 A B C

0 3





Transportieren


Ausrichten


tG

Mensch


Fuumlgen

Zusammenbau


tG

Mensch

Einzelteil

Greifer etc

tG

Mensch





2


2Lochspiel im Lage

222gAusrichtun

6

dds s smit

s s ss

LochrDurchmesse




6StiftLoch dd



s s s s





Anlage

Bezeichnung Skizze

Min

imal

es L

ochs

piel

[m

m]

Dur

chm

esse

rtol

eran

z de

s S

tifts

[m

m]

starr [mm]

heraus-fahrbar [mm]

Ber

eich

der

Q

uerv

ersc

hieb

bark

eit i

m

Loch

[mm

]

Verfahrens-grenzen

Zus

aumltzl

iche

A

ufw

endu

ngen

Schwertstift

01 005 01 02 lt2



Langloch-aufnahme

01 005 01 02 2


Schwimmender Stift


Runder Stift

01 005 01 02 -

Kegelstift

- - 01 02


werden vermieden








Position [mm]



01 -05 01 02


01 05 01 02


Vorzentrierung







Validieren


ValidierterEntwurf

Ausarbeiten


tG

Mensch


GeklaumlrteAufgabe

Konzipieren

tG

Mensch


Validieren



tG

Mensch

Entwerfen


tG

Mensch

Entwurf


tG

Mensch



Checklisten

Konzept

Analysieren

tG

Mensch



Aufbaureihenfolge



tG

Mensch

Validieren

Checklisten

tG

Mensch




















Trennen

Fuumlgen

Umformen

Messen

Tra

nspo

rtie

ren

Zustand Einfrieren

Ausrichten

EndeTransportieren












Ausrichten Umformen









6313 Hauptteil







Optimierter Aufbau




6314 Zugriffsteil





x A B C

x A B C

x A B C











- negativer Effekt

o kein Effekt

+ positiver Effekt


6315 Anhang

















Zugaumlnglichkeit











erfaszligt werden







Gliede-



Streuungen

Reg

ion

Eige

nsch

aft

Einf

luszlig


Zustand

Nr

x A

B C

x A

B C

x A

B C

Maszlig

tole

ranz

Verm

eide

n

Aus

glei

chen

Vers

teck

en Begruumlndung


Grouml

szlige d

er

Kont

aktf

laumlch

e





Besc

haumldi

gung

Verm

eide

n



ausfuumlhren

6 o + ++

+ o + o



Art

der

Auf

nahm

e

Besc

haumldi

gung

Gestal ngs-regel

n A

usgl

eich

e





hen

Bauteilgroumlszlige

ngs-

Lochs ausgleic


Vor

richt

ung

selb

st


tu








Starre Bauteile







10

10

5

100

C

06 A B C

00001 CA B

Bild 85 Testbauteil



Maszlig







stab3d 5500 samples


Nominal 1620185

Mean 1620188




Cp NA

Cpk NA







F R E Q

0

400

600

800

10k

12k

1616500 1618500 1620500 1622500 1624500

-3S +3S








00000

01000

02000

03000

04000

05000

06000

07000

08000

AH AI

AL

AM

AO

P

AQ

R

AS

AZ

BH

BJ

BK

BM

BO

P

BQ

R

BS

BZ

CB

CD

CF

CK

CT

CU

CW

CX

Meszligpunkte

Messung

VSA-Simulation











WenigerNacharbeit

KleinerePuffer







Kosten

QualitaumltZeit

Ist-Zustand




















Pkt 1 65 mm


Pkt 6 55 mm


Pkt 3 7 mm

z

x y




















abhaumlngig




















































































Kap 0 Titel

Inhaltsverzeichnis

Kap 1_2_3_4



Kap 5_4 Rohbau

Kap 6_7_8_9

Toleranzmanagement im Entwicklungsprozeß

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Transcript of Toleranzmanagement im Entwicklungsprozeß