Verbundprojekt RobIN 4.0

Verbundprojekt RobIN 4.0

 

Motivation

Umformprozesse zählen zu den produktivsten industriellen Fertigungsverfahren. Hiermit können innerhalb kurzer Zeit große Stückzahlen von hochwertigen Produkten, beispielsweise aus den Bereichen Fahrzeugbau oder Medizintechnik, gefertigt werden. Die hohe Produktivität und die vielfältige Anwendbarkeit der Produkte machen die Umformtechnik zu einem Rückgrat der produzierenden Industrie. Jedoch weist die Einbettung von Umformprozessen in die innerbetrieblichen Informations- und Materialflüsse häufig erhebliche Lücken auf. Insbesondere eine Vernetzung mit anderen Planungs- und Wertschöpfungsprozessen ist in der Praxis kaum gegeben, siehe Abbildung [1]. Somit ist für die Auslegung robuster Prozessketten auch bei stark schwankenden Chargengrößen und -eigenschaften eine Erweiterung der Informationsflüsse unumgänglich.

[1] Material- und Informationsfluss bei einer üblichen umformenden Fertigung
[1] Material- und Informationsfluss bei einer üblichen umformenden Fertigung

Zielsetzung

Das Projekt RobIN 4.0 ist in das Themenfeld „Intelligente Vernetzung in der Produktion – ein Beitrag zum Zukunftsprojekt „Industrie 4.0“ eingebettet. Ziel des Projektes ist es, Informationsflüsse parallel zu den produktiven Materialflüssen zu ermöglichen, um somit eine bessere Prozessrobustheit und Produktionssicherheit zu erreichen.

 

Lösungsweg

Um die Robustheit von Umformprozessen weiter zu steigern, werden drei wesentliche Teilziele definiert. Zu Beginn steht die Entwicklung einer geeigneten Sensorik, mit der die Prozesskette überwacht werden kann. Ein weiteres Arbeitspaket umfasst die Speicherung, Interpretation und Verwendung der gewonnen Daten. Die Speicherung und Aufbereitung der Daten über einzelne Prozesse bzw. die gesamte Prozesskette ermöglicht die adaptive Steuerung einzelner Prozesse sowie von vor- und nachgelagerten Prozessen. Zusätzliche ist eine gezielte Kommunikation mit externen Partnern wie bspw. Werkzeugbauern (Abbildung [2]) möglich. Als Endergebnis entsteht ein Demonstrator in dem alle Teilziele anhand einer Musterprozesskette zusammengeführt werden.

 
[2] Gesamtprozesskette zur Zusammenführung der Teilziele
[2] Gesamtprozesskette zur Zusammenführung der Teilziele
 

Wesentliche Erkenntnisse

Die Bearbeitung des Verbundprojektes konnte verschiedene Aspekte von Industrie 4.0 für produzierende Unternehmen aufzeigen. Einerseits wird demonstriert, dass die ganzheitliche Digitalisierung von Wertschöpfungsketten zu einer deutlichen Steigerung des Prozessverständnisses führt. Gleichzeitig ist dadurch eine Erhöhung der Prozessrobustheit zu erreichen, welche wiederum in einem wirtschaftlichen Mehrgewinn bei den Anwendern mündet. Andererseits ermöglicht die Digitalisierung von Prozessen, bestehende Erfahrungswerte auf die Probe zu stellen und entweder mit messbaren Werten zu quantifizieren oder neue Erkenntnisse aufzuzeigen. Im Rahmen des Verbundprojektes wurden bei den Anwendern Zusammenhänge aufgezeigt, welche bisweilen unbekannt waren. Die Nutzung von Kraftverläufen für die adaptive Regelung von Biegestufen mittels integrierter Aktoren sowie die Zusammenhänge zwischen Biegewinkel und Kraftsignalen sind im produktiven Umfeld umgesetzt. Weiter ist eine Auswertung prozessübergreifender Zusammenhänge in der Massivumformung durch eine zentrale Datenverarbeitung realisiert. Sowohl in der Massiv- als auch in der Blechumformung haben sich hierfür grundlegende Aspekte bezüglich des Nutzens von Messtechnik abgezeichnet. Grundsätzlich ist ein Bewusstsein für die Messtechnik entstanden, durch welches ein strukturiertes Vorgehen bei der Integration von Messketten in Werkzeuge, Pressen oder Peripheriegeräte aufgebaut werden kann. Eben dieses Verständnis und die realisierten Brückenschläge zwischen verschiedenen informationstechnischen Technologien sowie zwischen Prozessen führen dazu, dass die grundlegenden Voraussetzungen für weitere Schritte in Richtung einer vernetzten Produktion gewährleistet sind. Gleichzeitig konnte aufgezeigt werden, dass für die Implementierung von Industrie 4.0 in der Produktion nicht einfach ein Schalter umzulegen ist. Industrie 4.0 kann als das Ergebnis eines disziplinierten langfristigen Lernprozesses beschrieben werden, in welchem ein hohes Maß an Interdisziplinarität gefordert ist.

Folgende Teilprojekte konnten mit besonderem Erfolg abgeschlossen werden:

  • Adaptives Folgeverbundwerkzeug in der Stanzteilproduktion (Phoenix Feinbau, PtU)
  • Verschleißkennwertermittlung bei Scherschneiden zur Langzeitnutzung (Schwer + Kopka, Kistler, PtU)
  • Digitale Schraubenproduktion – Prozessübergreifende Datennutzung in der Massivumformung (Kamax, Schwer + Kopka, ISW, PtU)
  • Vernetzung im Werkzeugbau und Rückverfolgbarkeit von Prozessfolgen (LS Mechanik, Kistler, PtU)
  • Adaptive Bedieneroberflächen und automatische Hubanpassung sowie Kollisionserkennung (H&T, ISG, ISW)
  • Prozessorientiertes Lernen – Schulungen für Industrie 4.0 (GSU, PtU)

 
[3] Digitalisierte Gesamtprozesskette bei der Schraubenproduktion
[3] Digitalisierte Gesamtprozesskette bei der Schraubenproduktion
 

Danksagung

Das PtU bedankt sich für die Förderung des Verbundprojektes im Rahmenkonzept „Forschung für die Produktion von morgen“ beim Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und dem Projektträger Karlsruhe (PTKA) für die Betreuung. Des Weiteren bedankt sich das PtU bei den folgenden Projektpartnern für die angenehme und konstruktive Zusammenarbeit:

  • Kistler Instrumente GmbH (Sindelfingen)
  • Industrielle Steuerungstechnik GmbH (Stuttgart)
  • H&T ProduktionsTechnologie GmbH (Crimmitschau)
  • KAMAX Automotive GmbH (Homberg Ohm)
  • LS-Mechanik GmbH (Alsfeld)
  • Institut für Steuerungstechnik der Werkzeugmaschinen und Fertigungsanlagen (ISW), Universität Stuttgart
  • PHOENIX FEINBAU GmbH & Co. KG (Lüdenscheid)
  • Schwer + Kopka GmbH (Weingarten)
  • GSU Schulungsgesellschaft für Stanz- und Umformtechnik mbH (Dortmund)
  • Kube GmbH Ingenieurbüro (Plochingen)

Darüber hinaus gilt weiterer Dank der Firma Bruderer für die Bereitstellung der Schnellläuferpresse BSTA 810 am Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen.