Sampling-based Tolerance-Cost Optimization: The Key to Optimal Tolerance Allocation

Die Einschränkung fertigungsbedingter Einzelteilabweichungen mithilfe von Maß-, Form- und Lagetoleranzen hat primär die Sicherstellung der Baugruppenqualität zum Ziel. Zugleich werden dadurch jedoch bereits in der Produktentwicklung die Randbedingungen für die Fertigung und somit implizit die Herstellungskosten festgelegt. Die Methode der samplingbasierten Toleranz-Kosten-Optimierung, eine Kombination aus statistischer Toleranzanalyse auf Basis von Samplingverfahren und metaheuristischen Optimierungsalgorithmen, ermöglicht hierbei eine optimale Festlegung der Toleranzwerte und löst so automatisiert den Zielkonflikt zwischen Kosten und Qualität. Allerdings stehen Einschränkungen in Effektivität und Effizienz einem gewinnbringenden Einsatz zur Lösung komplexer, praxisrelevanter Problemstellungen und somit einer Ausschöpfung verborgener Kostenpotentiale bislang noch im Wege.

Um die aktuellen Forschungslücken zu schließen, werden in dieser Arbeit die beteiligten Einzelmethoden, insbesondere das Sampling, die Ausschussratenschätzung und die Optimierung auf Basis von Ersatzmodellen, gezielt (weiter-)entwickelt und in einem Gesamtansatz aufeinander abgestimmt, sodass verlässliche Optimierungsergebnisse in adäquaten Rechenzeiten erzielt werden können. Dessen Erweiterung zur simultanen Maschinenselektion und -allokation mit unterschiedlichen Losgrößen und selektiver Montage unter Berücksichtigung von maschinenspezifischen Fertigungsverteilungen und geometrischen, sich gegenseitig bedingenden Toleranzen trägt hierbei wesentlich zur Ausweitung des Anwendungskontextes um praxisrelevante Aspekte bei. Eine abschließende Evaluation des entwickelten Gesamtrahmenwerks stellt dessen Potential für eine produktive Anwendung an praxisnahen Problemstellungen unter Beweis und dient der Identifikation weiterer Forschungspotentiale.