Produktivitätsmaximierung durch intelligente Datenanalyse in der Blechverarbeitung 4.0 – Abgesichertes Lernen zweiter Ordnung von maximaler Produktivität

Das Projekt „Produktivitätsmaximierung“ widmet sich der Herausforderung der systematischen Hubzahlsteigerung von Folgeverbundwerkzeugen (FVW) und damit einhergehend der Steigerung der Produktivität. Im Rahmen dieses Projektes wird ein industrienahes, modulares FVW entwickelt und multisensoriell ausgestattet. Ziel ist es vorrangig dynamsiche Effekte, die zu Prozessgrenzen führen und die zugehörigen Prozessparameter in den Bereichen Maschine und Peripherie, Werkzeug, Halbzeug und Prozess zu identifizieren. Aus diesen Effekten werden anschließend Handlungsstrategien zu Verbesserungen, wie Optimierung oder Austausch von Werkzeugkomponenten, abgeleitet und im industriellen Umfeld validiert.

Motivation

Mehrstufige Umformprozesse stellen oftmals den wirtschaftlich bedeutendsten Teil der Wertschöpfungskette dar. FVW kombinieren eine Vielzahl an Umformprozessen bei nahezu zeitgleichem Eingriff der Werkzeuge in einem einzigen Pressenhub. Das durch dieses Vorgehen hergestellte Teilespektrum deckt einen breiten Bereich in der Maschinen-, Elektronik- und Automobilfertigung ab.

Im industriellen Umfeld werden FVW auf Pressen bei 20-100 Hub/min betrieben. Dem gegenüber stehen die Leistungsdaten bei Schnellläuferpressen von bis zu 2.000 Hub/min. Grund für die Diskrepanz zwischen tatsächlicher und theoretischer Hubzahl sind eine Vielzahl an Stell- und Störgrößen am Werkzeug, deren Komplexität mit steigender Stufenanzahl beliebig zunimmt. Die Ermittlung der maximal zulässigen Hubzahl basiert aktuell auf stark mitarbeitergeprägtem Knowhow und wird zur Sicherstellung der Bauteilqualität sowie zum Schutz von Werkzeug und Maschine meist konservativ ausgelegt.

Ziel des Projektes ist es, ein erhöhtes Prozessverständnis dynamischer Effekte in FVW zu erlangen, um daraus geeignete Gegenmaßnahmen für die Hubzahlerhöhung abzuleiten und somit die aktuell bestehenden Prozessgrenzen zu erweitern.

Lösungsweg

Im Rahmen des Projektes wird ein multisensorielles und modulares FVW unter Berücksichtigung aktueller Industriestandards entwickelt und in Betrieb genommen. Um dynamische Effekte im Betrieb des FVW sichtbar zu machen, ist die Aufzeichnung relevanter Prozessgrößen mittels geeigneter Sensorik notwendig. Eine entscheidende Rolle kommt hierbei der Sensorauswahl, -positionierung und –integration sowie der nachgelagerten Datenauswertung zu.

In Versuchsreihen werden durch Einbringung von künstlichen Verstimmungen in das System kritische Maschinen-, Werkzeug- und Prozesskomponenten identifiziert. Die dabei gewonnenen Prozessdaten dienen zur gezielten Differenzierung fehlerhafter Prozesszustände, deren Ursache und Ableitung geeigneter Gegenmaßnahmen.

Aus den Ergebnissen werden Handlungsrichtlinien zur Sensorauswahl und -integration sowie ein Maßnahmenkatalog von Werkzeugkomponenten zur Erweiterung der Verfahrensgrenzen abgeleitet.

Danksagung

Das Projekt „Produktivitätsmaximum“ wird von der Europäischen Forschungsgesellschaft für Blechverarbeitung e.V. (EFB) gefördert. Zusätzlich gilt der Dank an die Projektpartner Cantec GmbH & Co. KG, evopro systems engineering AG, FILZEK TRIBOtech, Graepel Löningen GmbH & Co. KG, Hans Berg GmbH & CO. KG, Hilma-Römheld GmbH, Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH, Hubert Stüken GmbH, Kistler Instrumente GmbH, Nidec SYS GmbH, RAZIOL Zibulla & Sohn GmbH, Scheuermann + Heilig GmbH, Schuler Pressen GmbH, STRACK NORMA GmbH & Co. KG und thyssenkrupp Rasselstein GmbH.