Beim Schmieden von flachen Aluminiumlangteilen können prozessbedingt Schmiedefehler wie bspw. Falten entstehen. Einen Sonderfall stellt dabei die Bildung von inneren Falten dar, welches sich im Faserverlauf ausprägt. Innere Falten haben u. a. einen negativen Effekt auf die dynamischen Bauteileigenschaften. Als Fertigungsverfahren kann Schmieden in eindirektionales und mehrdirektionales Schmieden unterteilt werden. Beim eindirektionalen Schmieden wurde die Entstehung von inneren Falten beobachtet. Durch die Verwendung des Umformens aus mehreren Richtungen – dem mehrdirektionalen Schmieden – kann die Umformung variabel eingestellt werden und dadurch eine Faltenbildung verhindert werden. Eine neu entwickelte Methode hilft bei der Auswahl des Umformverfahrens und bei der Bestimmung einer geeigneten Werkzeuggeometrie. Hier wird speziell der Bereich angepasst, in dem die inneren Falten entstehen. Dazu wurde ein Berechnungsmodell entwickelt, mit dem eine rechnergestützte Identifizierung der inneren Falten und eine Korrektur des verwendeten sowie parametrisch aufgebauten Schmiedewerkzeugs im relevanten Bereich möglich ist.
Mehrdirektionales Schmieden, flache Langteile, Aluminium, Faserverlauf
Es wurde untersucht, wie mittels Querwalzen in Flachbackenbauweise eine Kornfeinung in ein zylindrisches Walzstück eingebracht werden kann. Hierfür wurde eine unrunde Form ein- und wieder ausgewalzt. Aus einer theoretischen Voruntersuchung erfolgte die Definition eines geeigneten Parameterfelds zur experimentellen Evaluierung. Metallografische Untersuchungen ergaben, dass das Querwalzen einen positiven Effekt auf das Gefüge aufwies.
Querkeilwalzen, Feinkörnung
Ein großer Vorteil des gratlosen Präzisionsschmiedens ist das Einsparen von Ressourcen durch die Vermeidung überschüssigen Materials. Insbesondere bei Materialien mit guten Fließeigenschaften, wie Aluminium, kommt es zum Teil zur Flittergratbildung. Zur Vermeidung des Flittergrats, also das Fließen von Material in Werkzeugspalte, wurden Dichtungen entwickelt und experimentell untersucht. Die vorgestellte Untersuchung zeigt die Wirksamkeit differenter Dichtungswerkstoffe und die ideale Dichtungsgeometrie.
Flittergrat, Dichtungskonzept, Präzisionsschmieden, Umformtechnik, Prozessoptimierung
Dieser Artikel untersucht die Verwendung von Punktwolken als geometrische Datengrundlage für die Fabrikplanung und vergleicht verschiedene Kartierungstechniken zur Erzeugung dieser Punktwolken. Die Daten- und Informationsbeschaffung ist ein entscheidender Schritt in der Fabrikplanung und damit in der Entwicklung effizienter Produktionsprozesse. In diesem Zusammenhang werden verschiedene Kartierungstechniken analysiert: Photogrammetrie (mit Drohnen und Action-Kameras) und LiDAR-Scans (sowohl von Drohnen als auch vom Boden aus).
Die Methodik und die Ergebnisse dieser Untersuchung werden im Detail diskutiert, wobei die Vor- und Nachteile der einzelnen Kartierungstechniken aufgezeigt werden. Der Schwerpunkt liegt auf dem Vergleich der erzeugten Punktwolken hinsichtlich Vollständigkeit, Erkennbarkeit und geometrische Toleranz. Dieser Vergleich liefert wertvolle Informationen über welche Technik für die Datenerfassung in der Fabrikplanung am besten geeignet ist. Der Ausblick dieser Arbeit umfasst die Weiterentwicklung der Erfassungstechniken, insbesondere im Hinblick auf autonom fliegende Drohnen. Diese könnten in Zukunft eine effizientere und präzisere Datenerfassung für die Fabrikplanung ermöglichen und damit die Basis für die Optimierung von Produktionsprozessen weiter stärken.
Drohne, Photogrammetrie, LiDAR, Punktwolke, Fabrikplanung, Datenerfassung
Rund die Hälfte der derzeit ca. 30.000 aktiven Windenergieanlagen in Deutschland wird bis 2030 das Ende ihrer Lebensdauer erreichen, die vom Hersteller in der Regel mit 20 Jahren Betriebsdauer definiert wird. Die häufigste Strategie für die Nachnutzung eines Windparks ist das Repowering, sofern dies am jeweiligen Standort (rechtlich) möglich ist. Eine Möglichkeit, mit alten Anlagen umzugehen, ist der Weiterverkauf der Anlagen. Zum Zeitpunkt des Repowerings, in Deutschland im Durchschnitt nach rund 17 Jahren, haben die Windenergieanlagen meist noch eine Restlaufzeit von mehreren Jahren, bevor kritische Teile wie Generatoren ausfallen.
In diesem Artikel wird ein maschinelles Lernmodell zur Vorhersage des Wiederverkaufswerts von gebrauchten Windenergieanlagen vorgestellt. Mit diesem Modell lässt sich der Wiederverkaufswert vergleichbarer Windenergieanlagen auf der Grundlage bestimmter Eingangsparameter wie der Leistungsabgabe oder des Alters der Windenergieanlagen annähernd vorhersagen. Das Modell wurde anhand eines bereinigten Datensatzes von einer Online-Handelsplattform für Windenergieanlagen trainiert. Die notwendigen Vorverarbeitungsschritte wie das Entfernen extremer Ausreißerwerte und das Ergänzen bzw. Ersetzen fehlender oder fehlerhafter windturbinenspezifischer Daten aus einer zweiten Datenquelle mittels eines selbst entwickelten Matching-Algorithmus werden vorgestellt. Schließlich wird die Vorhersagegenauigkeit verschiedener ML-Algorithmen anhand von Testdaten getestet, um die beste Methode zur Vorhersage des Wiederverkaufswerts von Windenergieanlagen zu finden.
Erneuerbare Energien, Windenergieanlagen, Wiederverkaufswerte, Machine Learning, Data Science
Der Beitrag adressiert eine Methode zur Erzeugung von Umzugsplänen auf Basis eines geplanten Layout-Konzepts in Reorganisationsprojekten. Das Layout wird dabei in einem Zellenraster mit Zellen einheitlicher Kantenlänge modelliert. Die Fabrikobjekte werden sowohl für den Ist- als auch für den Soll-Zustand in diesem Raster angeordnet. Weitere Eingangsparameter beziehen sich auf die notwendigen zeitlichen und personellen Ressourcen. Vorgestellt wird ein zweistufiger Optimierungsalgorithmus, welcher zunächst eine vorgegebene Lösung auf layoutseitige Realisierbarkeit prüft und auf dieser Basis ein Projektplanungsproblem erzeugt und löst. Demnach werden Elemente des Facility Layout Problem in ein Ressource Constrained Project Scheduling Problem integriert. Der Ablaufschritte sind weiterhint eingebettet in einen Genetischen Algorithmus, welcher die Lösungen sukzessive verbessert. Die Bewertung der Umzugspläne erfolgt dabei anhand der resultierenden Projektlaufzeit sowie der Stillstandzeiten aller Fabrikobjekte. Ziel der Optimierung ist eine Minimierung beider Zielgrößen. Im Rahmen des Beitrags wird die Methode abschließend anhand eines Praxisbeispiels validiert.
Fabrikplanung, Umzugsplanung, Reorganisation, Projektplanung, Terminplanung
Increasing the service life and process reliability of systems plays an important role in terms of sustainable and economical production. Especially in the field of energy-intensive bulk forming, low scrap rates and long tool lifetimes are business critical. This article describes a modular method for AI-supported process monitoring during hot forming within a screw press. With this method, the following deviations can be detected in an integrated process: the height of the semi-finished product, the positions of the die and the position of the semi-finished product. The method was developed using the CRISP-DM standard. A modular sensor concept was developed that can be used for different screw presses and dies. Subsequently a hot forming-optimized test plan was developed to examine individual and overlapping process deviations. By applying various methods of artificial intelligence, a method for process-integrated detection of process deviations was developed. The results of the investigation show the potential of the developed method and offer starting points for the investigation of further process parameters.
Prozessüberwachung, Verschleiß, Warmmassivumformung, Qualitätsmanagement
Verschleiß durch thermische und mechanische Beanspruchung ist eine der Hauptursachen für das Versagen von Schmiedegesenken. Die Beurteilung des Gesenkzustandes und die damit verbundene Lebensdauer des Gesenks basiert in der Regel auf Erfahrungswerten. In diesem Beitrag wird eine Methode zur objektiven Vorhersage der verbleibenden Lebensdauer eines Schmiedegesenks vorgestellt. Mit dieser Methode kann eine Vorhersage auf der Grundlage optischer Messungen berechnet werden. Praktische Versuche zeigen die Anwendungsmöglichkeiten. Darüber hinaus werden Kraftmessungen durchgeführt und analysiert, um festzustellen, wie sich der Verschleiß auf die Kraftverteilung im Gesenk auswirkt. Die Bewertung auf Basis optischer Messungen erlaubt objektive Aussagen über die verbleibende Standzeit von Schmiedegesenken. Die Analyse der Kraftmessungen zeigt Potenzial zur Vorhersage der Standzeit, bedarf aber weiterer Untersuchungen.
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Prozessüberwachung, Verschleiß, optische Messungen, Kraftmessung
Eine stetig steigende Anzahl an Produktvarianten erhöht die Anforderungen an die Flexibilität des intralogistischen Transports. Eine Möglichkeit zur Flexibilisierung ist der Einsatz von zellularen Fahrerlosen Transportfahrzeugen, die je nach Größe des zu transportierenden Produkts variabel zusammengeschaltet werden können. In diesem Beitrag wird erläutert, was zellulare Fahrerlose Transportsysteme kennzeichnet und welche Zusammenhänge zwischen Einflussgrößen des zellularen Transportsystems und wirtschaftlichen und logistischen Zielgrößen bestehen.
Intralogistk, Fahrerlose Transportfahrzeuge, zellulare Transporteinheiten
Die Resilienz eines Lieferanten ist ein elementarer Faktor in der Gestaltung von Lieferketten. In der Lieferantenauswahl wird die Resilienz noch nicht vollumfänglich im Bewertungsprozess berücksichtigt. Im Rahmen eines Forschungsprojekts soll hierfür eine Grundlage geschaffen und damit die Resilienz als Bewertungskriterium in den Prozess der Lieferantenauswahl integriert werden. Der Beitrag soll dabei ein Verständnis über die unterschiedlichen Erfolgsfaktoren resilienter Lieferketten schaffen.
Resilienz, Nachhaltigkeit, Supply Chain Management, Risk Management
Zur Untersuchung der Veränderungsfähigkeit von IT-Systemen produzierender Unternehmen wurden zwölf Interviews mit Anwender- und Anbieterunternehmen von IT-Systemen durchgeführt. Durch eine methodische Auswertung der Interviews konnten Faktoren identifiziert werden, die die Einsatzdauer von IT-Systemen beeinflussen. Die Auswertung zeigt, dass neben der technischen Beschaffenheit insbesondere menschliche und organisatorische Aspekte für einen langfristigen Einsatz von IT-Systemen entscheidend sind.
Informationsmanagement, Mensch und Technik, Software
Hybridbauteile, die aus mehreren Werkstoffen bestehen, können die steigenden Anforderungen an Leichtbau und Funktionsintegration in der Automobil- und Flugzeugindustrie erfüllen. Hybride Halbzeuge werden hergestellt, indem auf einen niedrig legierten Grundwerkstoff eine hochlegierte Schicht aufgebracht wird, bevor das Werkstück warm umgeformt und bearbeitet wird. Während dieser Prozesskette können Werkstückabweichungen in Form von Materialverteilung und Werkstoffeigenschaften auftreten, die die Lebensdauer des Bauteils beeinflussen. In dieser Arbeit wird untersucht, ob solche Werkstückabweichungen innerhalb der Prozesskette durch die Analyse von Prozesssignalen aus nachfolgenden Prozessschritten erkannt werden können. Zu diesem Zweck wurden Hybrid-Halbzeuge aus C22.8/X45CrSi9-3 mit künstlichen Werkstückabweichungen versehen. Anschließend wurden die Prozesssignale während der Umformung und der Bearbeitung auf ihre Empfindlichkeit gegenüber den künstlichen Abweichungen hin analysiert. Die Ergebnisse zeigten, dass Abweichungen in der Beschichtungsgröße mit Hilfe von Signalen sowohl aus der Umformung als auch aus der Zerspanung effektiv überwacht werden können. Abweichungen in der Position der Beschichtung können nur während der Bearbeitung erkannt werden, während die Signale der Umformung besser auf die eingeführten Härteabweichungen von ca. 100 HV0,1 reagieren.
Laser-Heißdraht-Auftragschweißen, Querkeilwalzen, Zerspanung, Überwachung, Werkstückabweichungen
In dem Forschungsprojekt „AutoPress“ streben das IPH – Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH und die Jobotec GmbH gemeinsam die Entwicklung einer automatisierten Prozesssteuerung von Spindelpressen an. Durch den Retrofit und die Anwendung eines Optimierungsalgorithmus sollen der Energiebedarf gesenkt und die Bauteilqualität gesteigert werden.
Digitalisierung, Umformtechnik, Produktionstechnik
Durch die Erzeugung ultrafeinkörniger Gefüge können die Materialeigenschaften eines Werkstoffs verbessert werden. Ultrafeinkörniges Gefüge besitzt eine hohe Festigkeit bei gleichzeitig hoher Duktilität. In dieser Arbeit wird beschrieben, wie mithilfe eines Walzprozesses Einfluss auf das Gefüge eines Werkstoffs genommen werden soll. Der Prozess wird simulativ untersucht und Prozessfenster mithilfe der statistischen Versuchsplanung für die praktische Erprobung bestimmt
Kornfeinung, Flachbackenwalzen, Unrundwalzen, Finite-Elemente-Methode
Der Sonderforschungsbereich 1153 erforscht eine neuartige Prozesskette zur Herstellung von Hochleistungs-Hybridbauteilen. Die Kombination von Aluminium und Stahl kann das Gewicht von Bauteilen reduzieren und zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch führen. Beim Schweißen von Aluminium und Stahl bildet sich eine spröde intermetallische Phase, die die Lebensdauer des Bauteils verringert. Nach dem Schweißen wird das Werkstück inhomogen erwärmt und in einem Querkeilwalzverfahren warm umgeformt. Da die intermetallische Phase während der Warmumformung temperaturabhängig wächst, ist die Temperaturführung von großer Bedeutung. In dieser Arbeit wird die Möglichkeit der prozessintegrierten Kontakttemperaturmessung mit Dünnschichtsensoren untersucht. Dazu wird die Anfangstemperaturverteilung nach der induktiven Erwärmung des Werkstücks bestimmt. Anschließend wird ein Querkeilwalzen durchgeführt und die Daten der Dünnschichtsensoren mit den Temperaturmessungen nach der Erwärmung verglichen. Es zeigt sich, dass in das Werkzeug eingebrachte Dünnschichtsensoren in der Lage sind, Oberflächentemperaturen bereits bei einer Kontaktzeit von 0,041 s zu messen. Die neue Prozessüberwachung der Temperatur ermöglicht es, ein besseres Prozessverständnis zu entwickeln sowie die Temperaturverteilung weiter zu optimieren. Langfristig lassen sich aus der Kenntnis der Temperaturen in den verschiedenen Werkstoffen auch Qualitätsmerkmale sowie Erkenntnisse über die Ursachen möglicher Prozessfehler (z.B. Bruch der Fügezone) ableiten.
Querkeilwalzen, Dünnschichtsensoren, Hybridbauteile, Aluminium, Temperaturüberwachung
Der Sonderforschungsbereich 1153 erforscht eine innovative Prozesskette zur Herstellung von Hybridbauteilen. Die hybriden Werkstücke werden zunächst gefügt und anschließend durch Querkeilwalzen umgeformt. Um das Verhalten der Fügezone bei erhöhter Komplexität des Umformprozesses zu untersuchen, wurden Ritzelwellen hergestellt. Zu diesem Zweck wurden sechs Arten von Werkstücken, die mit drei Arten von Fügeverfahren hergestellt wurden, zu Ritzelwellen umgeformt. Das Referenzverfahren liefert eine Welle mit einem glatten Lagersitz. Es wurde festgestellt, dass die erhöhte Komplexität im Vergleich zu den Referenzprozessen keine Herausforderungen darstellte. Bei den Ritzeln aus Stahl wurde eine nahezu endkonturnahe Geometrie erreicht.
Hybridbauteile, Querkeilwalzen, Warmumformung, Laserstrahlschweißen, LHWD-Schweißen
Die Globalisierung ermöglicht selbst kleinen und mittleren Unternehmen einen weltweiten Vertrieb ihrer Produkte. Einhergehend damit vergrößert sich für diese allerdings auch der Kreis der direkten Wettbewerber. Durch den stetig zunehmenden Wettbewerb bauen insbesondere kleinere Unternehmen Maßnahmen zu Direktvertrieb und E-Commerce aus. Dafür müssen Ressourcen für Verpackung, Lager und Kommissionierung vorgehalten werden. Der hohe Wettbewerbsdruck, dem die Unternehmen ausgesetzt sind, kann die Beachtung der Anforderungen der Ressource Mensch in den Hintergrund des unternehmerischen Handelns geraten lassen. Wird diese Ressource nicht nachhaltig genutzt, entsteht für diese Unternehmen oft auf kurze und lange Sicht ein Wettbewerbsnachteil in der Form, dass jenes Unternehmen Ersatz für kurzfristig ausfallende Mitarbeiter suchen muss und wichtiges Erfahrungswissen durch betroffene Mitarbeiter verliert. Dies stellt insbesondere für kleinere und mittlere Unternehmen einen Wettbewerbsnachteil dar. Ebenso ist der volkswirtschaftliche Schaden zu betrachten: Für erkrankte Mitarbeiter müssen Aufwendungen für Genesung und Umschulung aufgebracht werden. Des Weiteren sind Stellen durch ein zunehmendes Gesundheitsbewusstsein schwerer zu besetzen, wenn nicht auf die Gesundheit jedes Mitarbeiters eingegangen wird. Das Forschungsvorhaben mit dem Titel „Automatisierte kamerabasierte ergonomische Evaluation von Arbeitsplätzen” (kurz AkEvAp) setzt genau an diesem Punkt an, um den Menschen als Ressource nachhaltig für die Kommissionierung zu nutzen.
Kommissionierung, AkEvAp, Ergonomie
Die Resilienz von Lieferketten gewinnt für produzierende Unternehmen in Zeiten schwerer Störungen durch Krisen massiv an Bedeutung. Die Auswahl von Zulieferern ist ein zentraler Aspekt bei dem Aufbau einer resilienten Lieferkette. Aktuell fehlt jedoch eine ganzheitliche Methode zur Auswahl von Lieferanten unter Berücksichtigung der Resilienz. In diesem Beitrag wird daher ein Forschungsprojekt vorgestellt, das die Entwicklung eines Bewertungsmaßes für die Resilienz im Kontext der Zuliefererauswahl zum Ziel hat. Dabei sollen die vorhandene Resilienz aus der Sicht des Zuliefererunternehmens und die benötigte Resilienz aus der Sicht des auswählenden Unternehmens berücksichtigt werden.
Logistik, Zuliefererauswahl, Resilienz, Supply Chain, Supply Chain Management
Volatile Märkte sowie zunehmende Produktvarianz führen zu komplexeren innerbetrieblichen Materialflüssen. Um diesen gerecht zu werden, ist eine deutliche Steigerung der Flexibilität und Wandlungsfähigkeit vorherrschender Intralogistiksysteme von Nöten. Zur Flexibilisierung der Intralogistik können (kleinskalige) modulare Fördersysteme eingesetzt werden. Hemmnisse für den Praxiseinsatz stellen die geringe Verbreitung sowie die hohen Investitionskosten dar. Um Vorbehalte als auch Risiken zu reduzieren, wurden in einem Forschungsprojekt eine Evaluierungs- und Optimierungsmethode sowie ein anwendungsnahes Planungstool für modulare Förderanlagenlayouts entwickelt. Es befähigt sowohl Planungsdienstleister als auch Anwender, modulare Fördersysteme zu bewerten und deren Potentiale nutzbar zu machen.
Fördertechnik, Layoutplanung, Optimierung, Genetischer Algorithmus, Software
Arbeitsbedingte Erkrankungen und die daraus resultierenden Fehlzeiten der Mitarbeiter können vor allem in kleinen und mittleren Unternehmen erhebliche Auswirkungen auf die Produktivität und Wettbewerbsfähigkeit haben. Gerade in der Schmiedeindustrie führt die manuelle Handhabung von Schmiedeteilen zu hohen körperlichen Belastungen und damit zu häufigen Erkrankungen des Muskel-Skelett-Systems, insbesondere des Hand-Arm-Systems. Eine Möglichkeit, diesem Umstand entgegenzuwirken, ist der Einsatz von ergonomischen Schmiedezangen. In der hier vorgestellten Studie wurde der Einfluss von ergonomischen Schmiedezangen auf die körperliche Belastung von Schmiedebeschäftigten mittels Simulation und Experiment untersucht und mit herkömmlichen Schmiedezangen verglichen. Im Rahmen der Simulation und der experimentellen Untersuchung wurden Schmiedeteile und Schmiedezangen variiert. In der Simulation konnte eine ergonomische Beurteilung der Schmiedesituation mit Hilfe des Ergonomic Assessment Worksheet bewertet werden. In der experimentellen Untersuchung wurde anhand von Greifkraft- und Kalorienmessungen ermittelt, wie sich die Handhabung der Schmiedezange auf die Schmiedearbeiter auswirkt. Die Ergebnisse zeigen, dass der Einsatz der neuen ergonomisch optimierten Schmiedezange zu einer deutlichen körperlichen Entlastung der Schmiedemitarbeiter führen kann. Die Erkenntnisse aus den ergonomisch entwickelten Konzepten sind auch auf andere Branchen übertragbar.
Umformtechnik, Ergonomie
Machine Learning findet bereits in vielen Bereichen des alltäglichen Lebens Anwendung und bietet weitreichende Potenziale in der Produktion. Gleichzeitig gewinnt durch die zunehmende Relevanz von ESG der effiziente Einsatz von Ressourcen immer mehr an Bedeutung. Mit der Umsetzung von Machine Learning in der Produktion zur Steigerung der Ressourceneffizienz können Unternehmen effektiver und effizienter werden, wobei sie gleichzeitig ESG-Strategien umsetzen. Insbesondere KMU stellt die Einführung vor eine große Herausforderung. Neben der hohen Komplexität von Machine Learning-Anwendungen fehlt oft die Kenntnis über passende Anwendungsmöglichkeiten sowie die Überzeugung des Nutzens, der sich daraus ergibt. Im folgenden Artikel werden Anwendungen des Maschinellen Lernens zur Steigerung der Ressourceneffizienz entlang der internen Lieferkette sowie deren Potenziale diskutiert.
Machine Learning, Produktion, Ressourceneffizienz
