Prof. Dr.-Ing. habil. Arnim Nethe

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Dr. Arnim Nethe

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Habilitation

Habilitation

Arnim Nethe

Beitrag zur Prozeßmodellbildung am Beispiel der elektromagnetischen Felder zum induktiven Oberflächenhärten

BTU Cottbus, 1998
(Download: Habilitation pdf)

Heutzutage wird im Bereich der Prozessentwicklung und der Prozessführung die Simulation als ein strategisches Werkzeug angesehen. Sie dient zur modellhaften Darstellung oder Nachbildung bestimmter Aspekte eines vorhandenen oder eines noch zu entwickelnden Systems. Sie erlaubt die Untersuchung von Systemen, an denen die probeweise Durchführung zu gefährlich, zu teuer oder sogar unmöglich ist. Grundlegend für jede Simulation ist die Verfügbarkeit eines allgemeinen oder eingeschränkten Prozessmodells, das mathematisch genau die wesentlichen Prozesseigenschaften beschreibt. Solche Prozessmodelle sind häufig nicht vorhanden oder besitzen noch nicht die Entwicklungsreife, die auch Nichtspezialisten eine problemlose Anwendung erlauben würde.

Die vorrangige Aufgabenstellung für den Einsatz von allgemeinen und eingeschränkten Prozessmodellen ist zum einen die Erlangung eines grundlegenden Verständnisses des statischen und dynamischen Verhaltens eines Systems, zum anderen die Vorausbestimmung seines Verhaltens unter definierten Bedingungen. Dies lässt eine Vorhersage zu, wie sich das System unter normalen Bedingungen verhält bzw. steuern lässt. Ferner sind Prognosen möglich, wie sich das System unter extremen oder fehlerhaften Bedingungen verhält.

Grundschema für die systematische 
Prozessmodellbildung

Während bei der Bildung allgemeiner Prozessmodelle die möglichst vollständige Erfassung und Bewertung des Wissens über einen bestimmten Prozess im Vordergrund steht, so sind es bei einem eingeschränkten Prozessmodell die Grenzen der Prozessparameter. Dieses Prozessmodell muss nur innerhalb dieser Parameter so genau wie nötig sein, während außerhalb des Gültigkeitsbereiches dieser Prozessparameter die Genauigkeit von untergeordnetem Interesse ist. Dies bedeutet, dass der Detaillierungsgrad so klein wie möglich gehalten werden sollte und das Prozessmodell absichtlich nur die für den bestimmten Anwendungszweck wichtigen Eigenschaften hinreichend genau wiedergibt, so dass der Modellierungszweck gerade erreicht wird. Dieses hat erhebliche Konsequenzen, weil sie die Prozessmodellbildung erleichtert und einer Strukturierung zugänglich macht.

Als Beispiel dient eine Anordnung zum induktiven Oberflächenhärten. Dabei beschränkt sich das eingeschränkte Prozessmodell auf den im Produktionsprozess noch unbefriedigt gelösten feldtheoretischen Induktionsanteil der Härtungseinrichtung.

Technische Anordnung zum induktiven Oberflächenhärten

Ziel der Prozessanalyse ist die Bewertung der einzelnen Komponenten, aus der das analytische Feldproblem besteht. Es ist herauszufinden, ob dabei nicht eine oder mehrere Komponenten zu vereinfachen oder wegzulassen sind. Wie bereits eingangs erwähnt, erfordert die Prozessmodellbildung Intuition und Erfahrung; daher ist es nicht sinnvoll, bei der Erstellung des Prozessmodells schematisch nach der Reihenfolge der oben genannten Punkte vorzugehen, sondern es ist durchaus legitim, die einfachen, d.h. schnell handhabbaren Punkte zuerst abzuhandeln, um sich dann den diffizilen zu widmen.

Fasst man die vorangegangenen Ausführungen zusammen und führt sie einer Systematik zu, so gelangt man zum unten dargestellten Schema. Es soll einmal den Vorgang der Prozessmodellbildung veranschaulichen und gleichzeitig als Ablaufkontrolle dienen. Im linken Bildteil ist die reale Anordnung zum induktiven Oberflächenhärten dargestellt, darunter die Punkte, aus denen die wesentlichen Elemente ausgewählt werden. Die genannten Punkte beziehen sich auf diejenigen, die für das feldtheoretische Problem von Bedeutung sind. Daraus wurde das allgemeine Prozessmodell entwickelt, welches in der Mitte abgebildet ist. Es enthält nahezu alle Komponenten der Anordnung, so dass auch Berechnungen durchgeführt werden können, die außerhalb der Bereiche der Prozessparameter liegen. Es kann weiterhin zur Validierung des Prozessmodells verwendet werden. Nach entsprechender Bewertung der einzelnen Punkte und der strukturierten Entkopplung gelangt man zu dem Prozessmodell (rechter Bildteil). Durch die gewählte tabellarische Form ist die für das Prozessmodell erforderliche Reduzierung sehr gut ersichtlich.

Schema der Prozessmodellbildung: von der realen Anordnung über das komplizierte allgemeine Prozessmodell zum Prozessmodell

HabilitationsschriftBeitrag zur Prozeßmodellbildung am Beispiel der elektromagnetischen Felder zum induktiven Oberflächenhärten
LehrprobeDämpfung von Hohlleiterwellen
wissenschftliches KolloquiumTransversale Beam-Dynamik

Habilitationsausschuss Termine
Vorsitzender: Prof. Dr.-Ing. G. Lappus Eröffnung des Habilitationsverfahrens: 15.04.1998
1. Berichter: Prof. Dr.-Ing. habil. H.-D. Stahlmann Lehrprobe: 09.07.1998
2. Berichter Prof. Dr.-Ing. L. Kiesewetter wissenschftliches Kolloquium: 09.11.1998
3. Berichter Prof. Dr.-Ing. G. Duelen Zuerkennung der Lehrbefähigung: 16.12.1998
Prof. Dr.-Ing. habil. K. Klinger Verleihung der Lehrbefugnis: 08.02.1999
Prof. Dr.-Ing. A. Kost
Prof. Dr.-Ing. B. Scholz-Reiter

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