Software zur Konstruktion und Simulation, Visualisierung und Bewertung

Für die Durchführung von aufwändigen numerischen Berechnungen sowie die Modellierung von technischen Systemen verfügen wir über die Software MATLAB/Simulink inklusive relevanter Toolboxen (Machine Learning und Deep Learning, Bildverarbeitung, Optimierung). Außerdem nutzen wir Python für die Erstellung von Grafischen Benutzeroberflächen (GUI), die Programmierung von Machine-Learning-Modellen und KI-Anwendungen.

Um Messdaten zu visualisieren und Bedienoberflächen für Maschinen oder Prüfstände zu erstellen, setzen wir die Software LabVIEW ein.

Für ereignisdiskrete Materialflusssimulationen verwenden wir die Software PlantSimulation. Mit der Software Sim 3D erstellen wir Animationen und Simulationen von Produktions- und Logistiksystemen. Dabei werden Bewegungen und Materialströme realitätsgetreu abgebildet und physikalische Eigenschaften wie Gravitation, Reibung und Trägheit berücksichtigt.

Der Einsatz von Materialflusssimulationen bietet bei der Neu- und Umplanung von Produktions-, Lager- und Logistiksystemen große Vorteile und erhöht die Planungssicherheit.

Mit der Ergonomiebewertungssoftware EMA WorkDesigner bilden wir Arbeitsprozesse in der Produktion in einem Simulationsmodell ab. Mit der Software modulieren wir Menschen bei der Arbeit, bespielsweise in der Montage oder Fertigung. Anschließend berechnet das Programm den Ergonomic Assesment Workplace Score (EAWS). Diese Zahl sagt aus, ob es sich bei der modulierten Tätigkeit um eine ergonomisch kritische Arbeitsbelastung handelt. Daraufhin können wir die Abläufe und Prozessschritte optimieren, um einen ergonomisch günstigeren Arbeitsablauf zu schaffen und die Ergonomie am Arbeitsplatz zu optimieren.

Zur Simulation von Umformprozessen nutzen wir die Finite-Elemente-Methode (FEM). Den Stofffluss von Schmiede-, Querkeilwalz- und Ringwalzprozessen simulieren wir unter anderem mit der Software Forge NxT. Das neuartige Hybridschmieden, innovative inhomogene Erwärmungsstrategien sowie die Verschleißreduktion beim Gesenkschmieden simulieren wir mit Simufact. Die Software Ansys Workbench wird verwendet, um mechanische Belastungen zu berechnen oder strukturmechanische Modellierungen im Rahmen der Produktentwicklung durchzuführen.

Zur Konstruktion nutzen wir in unseren Forschungsprojekten und Beratungsprojekten im Bereich der Produktentwicklung meist das CAD-Programm Creo Parametric. Damit konstruieren wir Umformwerkzeuge, etwa für das gratlose Präzisionsschmieden, das mehrdirektionale Schmieden, das Querkeilwalzen sowie verschiedene Prototypen im Rahmen von Produktentwicklungsprojekten.

Außerdem nutzen wir Creo Simulate für Belastungsanalysen bzw. die Analyse unserer Konstruktionsdaten. Nach der Konstruktion simulieren wir damit beispielsweise die Werkzeugverformung unter Last. Vor allem für komplizierte Werkzeugsysteme ist dies sinnvoll.

Zur Formulierung von komplexen mathematischen Optimierungsproblemen nutzen wir die Modellierungssprache GAMS (General Algebraic Modeling System).

In der zugehörigen Softwareumgebung können Reihenfolge-, Zuordnungs- oder Auswahlprobleme in Form von Zielfunktionen und Restriktionen mathematisch beschrieben werden. Das formulierte Optimierungsproblem kann dann nach Eingabe der benötigten Eingangsdaten mittels einen Solvers (zum Beispiel CPLEX) optimal gelöst werden.

Eine mögliche Anwendung ist die optimale Anordnung von Produktions- und Lagerflächen in der Fabriklayoutplanung, um beispielsweise die Materialflusslänge zu minimieren.

Zur Erstellung der 3D-Druck-Daten nutzen wir aktuelle Slicing-Software wie zum Beispiel:

• Simplify3D
• Ultimaker Cura
• SuperSlicer
• PrusaSlicer

 Darüber hinaus entwickeln wir auch eigene Scripte zur Anpassung des Maschinencodes, um die Interaktion zwischen 3D-Druckern und weiteren Maschinen zu ermöglichen – zum Beispiel das automatisierte Einlegen von RFID-Tags in additiv gefertigte Bauteile oder die automatische Entnahme von fertigen Bauteilen aus dem Drucker.

Um die Drohnen-Aufnahmen zu Punktewolken und anschließend zu planungsfähigen CAD-Modellen zu verarbeiten, nutzt das IPH folgende Photogrammetrie-Software:

• Agisoft Metashape
• Pix4D

Ein eigenes Softwaretoll haben IPH-Ingenieure auf Basis der Forschungsergebnisse aus dem Projekt Instant Factory Maps entwickelt.

Zum Einsatz kommt die Photogrammetrie-Software unter anderem bei der Abbildung des Ist-Zustands von Fabriklayouts.

Die Analyse und Optimierung von Produkten und Prozessen erfordert oft den Einsatz statistischer Methoden. Diese können nur mit Unterstützung geeigneter Software effektiv bewältigt werden. Beispiele hierfür sind die Analyse der Prozessfähigkeit oder die Planung und Auswertung von Versuchen.

Wir nutzen dazu die Statistik-Software Minitab, die speziell für statistische Analysen im Qualitätsmanagement entwickelt wurde und eine Vielzahl von statistischen Methoden und grafischen Werkzeugen bietet.