Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Forschungsprojekt (FKZ: 13N16563) „StAmping Insights“ hat die Entwicklung eines anwendungsadaptiven Kamerasystems zum Ziel. Einen weiteren Schwerpunkt bildet die Latenzoptimierung des Messsystems. Damit ist das System zur Überwachung, Steuerung und Reglung hochdynamischer Produktionsprozesse einsetzbar. Eine zentrale Herausforderung stellt die Integration des optischen Systems in den Produktionsprozess dar. Einerseits bedingt durch den begrenzten Bauraum, andererseits durch den Einfluss von Störgrößen. Außerdem müssen die erfassten Daten gespeichert und verarbeitet werden. Zur Auswertung der Daten wird künstliche Intelligenz (KI) eingesetzt. Die Herausforderung beim Einsatz von KI als Basis für eine Regelung besteht darin, dass die getroffenen Entscheidungen robust und zuverlässig sein müssen.

Das entwickelte System soll die Wirtschaftlichkeit, Effizienz und das Prozessverständnis verbessern.

Motivation

Umformprozesse zählen zu den wirtschaftlichsten Prozessen in der produzierenden Industrie und zeichnen sich durch eine eng tolerierte und gleichbleibende Produktqualität bei gleichzeitig hohen Produktionsraten aus. Die Komplexität solcher Prozesse und die damit verbundenen prozess- und halbzeugbedingten Unsicherheiten stehen jedoch im Konflikt zu einer sicheren Prozessführung. Insbesondere in Kombination mit hohen Prozessgeschwindigkeiten von bis zu 1.000 verarbeiteten Bauteilen pro Minute führen bereits kurze Maschinenstillstandszeiten oder Prozesszeiten, in denen fehlhafte Bauteile produziert werden, zu verringerten Wirtschaftlichkeit. Um in Zukunft nun auch weiterhin die Wettbewerbsfähigkeit von produzierenden Unternehmen in diesem Bereich zu sichern, ist eine auf optischen Daten basierende Überwachung und automatisierte Adaption des Prozesses an sich verändernde Randbedingungen nötig.

Lösungsweg

Ziel des Verbundvorhabens ist es ein optisches System in Form eines modularen Baukastensystems zu entwickeln, das die Überwachung und automatisierte Adaption schnelllaufender Produktionsprozesse an sich verändernde Randbedingungen ermöglicht. Die Gesamtlösung besteht aus den drei Hauptkomponenten HARDWARE, SOFTWARE und PROZESSTEUERUNG, die in Abbildung 1 dargestellt sind. Während im Baustein HARDWARE die Entwicklung des optischen Systems und dessen Adaption an produktionstechnische Anforderungsprofile erfolgt, wird im Baustein SOFTWARE eine hybride Datenbank aufgebaut in der Strukturierung und Analyse der Daten sowie die Bereitstellung von datengetriebenen Modellen erfolgt. Im Baustein PROZESSSTEUERUNG erfolgt schließlich die automatisierte Anpassung der Produktionsprozesse durch die Nutzung von Steuerungs- und Regelmodellen in Kombination mit intelligenter Aktorik.

Danksagung

Das Forschungsvorhaben „StAmping Insights“ ist Teil des Programms „Photonik Forschung Deutschland“ des BMBF. Das Institut für Produktionstechnik und Umformmaschinen dankt dem Projektträger für die finanzielle Zuwendung im Rahmen des Projektes. Ferner bedanken wir uns bei allen Industriepartnern, die das Forschungsprojekt „StAmping Insights“ im Projektbegleitenden Ausschuss unterstützen.

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