title: Integrationslogik Additiver Fertigungsverfahren zur Unterstützung zeitweise autarker Systeme
title: Integration Logic for Additive Manufacturing Processes for Supporting Temporarily Self-Sufficient Systems
titleType: AlternativeTitle
Creators: name: Hartig, Sascha
Publisher: name: Helmut-Schmidt-Universität / Universität der Bundeswehr Hamburg
Year: 2023
Subjects: subject: Additive Manufacturing
subject: Am Level System
subject: Logistics
subject: Maritime Sector
subject: Operational Readiness
subject: Recycling
subject: Resilience
subject: Self-sufficient System
subject: 620 Ingenieurwissenschaften

description: Einsatzbereitschaft und Verfügbarkeit sind Schlüsselelemente innerhalb des maritimen Sektors. Sie bestimmen den wirtschaftlichen Erfolg von Exportnationen, die auf den Schiffstransport angewiesen sind und den Erfolg einer maritimen, militärischen Operation. Schiffe sind zeitweise autarke Systeme. Innerhalb einer Versorgungsperiode, z. B. zwischen zwei Häfen, können Sie autark, unabhängig im Sinne von Versorgungs- und Verbrauchsgütern, handeln. Sollten jedoch innerhalb einer Periode Anlagen an Bord einen Defekt aufweisen, für die kein Ersatzteil mitgeführt wird, so ist die Autarkie gestört, da je nach Funktion der Anlage das Gesamtsystem Schiff eingeschränkt ist. Die Einsatzbereitschaft der Einheiten der Deutschen Marine hat innerhalb der letzten Jahrzehnte aus verschiedenen Gründen abgenommen. Dies ist unerwünscht aufgrund von logistischen Problemen wie die fehlende Verfügbarkeit und Obsoleszenz durch das Alter der Systeme und Anlagen in einem sich stetig weiter entwickelndem Umfeld. Dies führt dazu, dass Operationen abgebrochen oder umgeplant werden müssen. Durch den Ausbau von Geräten aus funktionierenden Einheiten aufgrund von Fehlbeständen wird die Einsatzbereitschaft weiter vermindert. Hierdurch steigen wiederum die Kosten für Instandhaltung und Betrieb der Schiffe. Durch die Integration Additiver Fertigung können diese Probleme in ihrer Schwere vermindert und die Resilienz gesteigert werden, sodass eine höhere Einsatzbereitschaft der Boote und Schiffe möglich ist. Hierzu wird ein Schema zur Strukturierung der Vielzahl von Additiven Fertigungsprozessen vorgestellt: Das Levelsystem der Additiven Fertigung. Dieses vereinfacht die Kommunikation von Experten und Personal an Bord sowie in den übergeordneten Behörden. Um den Einfluss Additiver Fertigung auf die Einsatzbereitschaft zu untersuchen, wurde eine diskrete Eventsimulation des logistischen Systems des 1.Korvettengeschwaders erstellt. Hierdurch ist es möglich, den Einfluss jedes einzelnen Levels sowie deren Kombination zu untersuchen. Von der Fertigung mit einfachen Anlagen an Bord Level 1 über die Nutzung von industriellen Systemen im Korvettengeschwader Level 2 zur Nutzung eines Additiven Fertigungszentrums in der Marine Level 3 bis zur zertifizierten Herstellung von hochbelasteten Bauteilen in der Industrie mit Level 4. Anschließend wurden die Erkenntnisse durch Experimente an Bord von Booten und Schiffen validiert. Zusätzlich wurde das Recycling von thermoplastischen Kunststoffen erforscht, mit dem Ziel, Ausgangsstoffe für die additive Fertigung zu gewinnen, um so eine weitere Autarkiesteigerung zu ermöglichen. Durch die Integration additiver Fertigungsanlagen innerhalb der Validierungsphase auf sechs Booten und Schiffen konnte die Einsatzbereitschaft erhöht werden. Unter den 153 Anwendungsfällen konnten allein im Versuchszeitraum 37 versorgungskritische Bauteile und Baugruppen identifiziert werden. Die Herstellung und Nutzung dieser entlasten das logistische System der Bundeswehr in dem Sinne, dass die Einsatzbereitschaft der Schiffe zeitweise gegeben ist. Die additiv gefertigten Bauteile dienen dabei als temporärer Ersatz, bis die Ersatzteile vom Hersteller durch das Beschaffungswesen logistisch versorgt werden können. Die Additive Fertigung ist daher kein Ersatz für das logistische System, sondern die logische Erweiterung des Funktionsumfanges und die Erhöhung der Kapazität. Die organisationsspezifische Implementierung auf allen Ebenen verlangt nach einer Integrationssystematik, anhand derer eine strukturangepasste Integration additiver Fertigungssysteme sowie integrierte Reverse Engineering Prozesse möglich ist. Diese wird in Zusammenarbeit mit dem Bedarfsträger Deutsche Marine im Rahmen dieser Arbeit erstellt.
description: Readiness and availability are key elements within the maritime sector. They determine the economic success of export nations that rely on ship transportation and the success of a maritime military operation. Ships are temporarily self-sufficient systems. Within a supply period, e.g., between two ports, you can operate self-sufficiently, independently in terms of supplies and consumables. However, if within a period equipment on board has a defect for which no spare part is carried, the self-sufficiency is disturbed since the overall system of the ship is impaired, depending on the function of the equipment. The operational readiness of the units of the German Navy has decreased within the last decades for various reasons. This is undesirable due to logistical problems such as the lack of availability and obsolescence due to the age of systems and equipment in a constantly evolving environment. This results in operations having to be cancelled or rescheduled. Removal of equipment from functioning units due to obsolescence further reduces operational readiness. This in turn increases the cost of maintaining and operating vessels. By integrating additive manufacturing, these issues can be reduced in severity and resilience can be increased, allowing for greater operational readiness of boats and ships. To this end, a scheme for structuring the variety of additive manufacturing processes is presented: The Additive Manufacturing Level System. This simplifies the communication of experts and personnel on board as well as in the higher authorities. To investigate the influence of additive manufacturing on operational readiness, a discrete event simulation of the logistic system of the 1st corvette squadron was created. This made it possible to examine the influence of each individual level as well as their combination. From manufacturing with simple equipment on board level 1 to the use of industrial systems in the corvette squadron level 2 to the use of an additive manufacturing center in the Navy level 3 to the certified manufacturing of highly stressed components in the industry with level 4. Subsequently, the findings were validated by experiments on board boats and ships. In addition, the recycling of thermoplastics was researched with the aim of obtaining feedstock for additive manufacturing to enable further autarky enhancement. The integration of additive manufacturing equipment within the validation phase on six boats and ships increased operational readiness. Among the 153 use cases, 37 supply critical components and assemblies were identified during the trial period alone. The production and use of these relieve the logistical system of the German Armed Forces in the sense that the operational readiness of the ships is temporarily given. The additively manufactured components serve as temporary replacements until the spare parts can be supplied logistically by the manufacturer through the procurement system. Additive manufacturing is therefore not a replacement for the logistics system, but a logical extension of the functional scope and an increase in capacity. The organization-specific implementation on all levels requires an integration systematics, based on which a structure-adapted integration of additive manufacturing systems as well as integrated reverse engineering processes is possible. This will be developed in cooperation with the German Navy, the main user, as part of this work.