Prozessüberwachung und die daraus resultierende Qualitätssteigerung durch KI finden in weiten Teilen der produzierenden Industrie zunehmend Beachtung. Im Rahmen der Forschung des Sonderforschungsbereichs 1153 werden die Möglichkeiten der Inline-Prozessüberwachung des Querkeilwalzens untersucht. Ziel ist es, ein Überwachungssystem zu entwickeln, das eine Inline-Prozessregelung ermöglicht, um Prozessabweichungen, die während des Umformprozesses auftreten, zu kompensieren. Dazu wird ein Algorithmus entwickelt, der Prozessabweichungen innerhalb weniger Sekunden und bei laufendem Prozess erkennen und klassifizieren kann. Im Rahmen dieser Forschungsarbeit wurde ein KI-basierter Bilderkennungsalgorithmus eingesetzt. Die Prozessdaten wurden im Rahmen einer Sensitivitätsstudie der Prozessparameter erhoben. Anhand einer Parameterstudie wurden optimierte Hyperparameter für die KI-Modellierung ermittelt, die eine hohe Vorhersagegenauigkeit ermöglichen. Die Herausforderung der notwendigen Geschwindigkeit der Vorhersage wurde getestet und validiert. Die Auswertung des Algorithmus einschließlich der Generierung eines Bildes benötigt im Durchschnitt 270 ms und ist damit schnell genug, um als Vorbereitung für die Prozesssteuerung eingesetzt zu werden. Die Untersuchungen ergaben eine Möglichkeit zur Datenanreicherung, die die Vorhersagegenauigkeit der Modelle deutlich erhöht. Die Gesamtleistung des Modells wurde mittels Leave-One-Out Cross-Validation (LOOCV) ermittelt.
Querkeilwalzen, Hybridbauteile, Prozessüberwachung, KI-basierte Bilderkennung
Mit künstlicher Intelligenz (KI) lassen sich Fehler zuverlässig erkennen, Ausschuss reduzieren und die Bauteilqualität steigern. Im Projekt „AutoPress" haben Forschende ein System aus Sensoren und KI entwickelt, das 95 bis 98 Prozent aller Prozessabweichungen erkennt.
Künstliche Intelligenz, KI, Prozessüberwachung, Fehlererkennung
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
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
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
Der Einsatz eines digitalen Tools zur Arbeitsplatzbewertung ermöglicht es, aufwandsarm Produktionsarbeitsplätze bezüglich ihrer Ergonomie zu dokumentieren und zu bewerten. Im Rahmen des Digitalisierungsprojekts wurde mithilfe eines digitalen Tools ein Konzept zur Optimierung der Arbeitsplatzergonomie entwickelt und in einen Maßnahmenkatalog umgewandelt. Das Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) hat als Partner des Mittelstand-Digital Zentrums Hannover die WISTRO Elektro-Mechanik GmbH aus Langenhagen in einem Projekt dabei unterstützt, eine systematische Arbeitsplatzbewertung innerhalb eines digitalen Tools durchzuführen. Darüber hinaus wurden ergonomische Optimierungsmaßnahmen für einen Montagearbeitsplatz aufgezeigt und anhand einer individuellen Nutzwertanalyse bewertet.
Mit der Durchführung des Projekts konnten konkrete Maßnahmen und ein Bewusstsein für die Thematik der Ergonomie geschaffen werden und damit die Möglichkeiten zur Steigerung der Mitarbeitermotivation.
Ergonomie, Digitalisierung, Mitarbeiterzufriedenheit
Ein elementarer Faktor zur Beeinflussung der Prozessqualität und des Energiebedarfs einer energiegebundenen Umformmaschine stellt das gespeicherte Arbeitsvermögen dar. Gegenwärtig erfolgt die Berechnung der Umformenergie über die Arbeitsenergie, die in das System eingebracht wird. Hierbei werden Faktoren wie die Spindelverdrehung oder Reibwiderstände nur überschlägig betrachtet.
Im Rahmen des durch die Industrielle Gemeinschaftsforschung (IGF) geförderten Forschungsprojekts „Entwicklung eines Nachrüstsystems für Reibspindelpressen zur Automatisierung und Minimierung der Einrichtzeit und Entwicklung eines Sensorarrays zur erstmaligen Erfassung elementarer Prozessgrößen wie der Umformkraft“ (AutoPress) streben das IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH und die JOBOTEC GmbH eine automatisierte Prozessregelung von Spindelpressen an und liefern hierbei erste Erkenntnisse.
Retrofit, Umformtechnik, Digitalisierung
Aufgrund der guten Fließeigenschaften von Aluminium neigt das Material beim gratlosen Präzisionsschmieden dazu, in Werkzeugspalte zu fließen und den sogenannten Flittergrat zu erzeugen. Zur industriellen Umsetzung von gratlosen Präzisionsschmiedeprozessen sollen, in Kooperation mit einem Industriepartner, eine innovative Prognosemethode für Flittergrat sowie Dichtungskonzepte erarbeitet werden. Simulative Untersuchungen zeigen, dass die lokale Formfüllung nicht gleichzusetzen ist mit einem hohen Druck respektive einer erhöhten Wahrscheinlichkeit für Flittergrat.
Flittergrat, FEM-Simulation, Dichtungskonzept, Präzisionsschmieden, Umformtechnik
