Dr.-Ing. Björn Eilert

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Abteilungsleiter Produktionsautomatisierung
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Dissertation

Die Unternehmen der Werkzeugbaubranche sind einer hohen Wettbewerbsintensität ausgesetzt. Um Kundenaufträge zu erhalten, müssen sie verlässliche Angebote in kurzer Zeit abgeben. Die dafür vorliegenden rudimentären und teilweise unvollständigen Informationen über das Werkzeug sind nur bedingt für eine verlässliche Herstellkostenermittlung geeignet. Die vorliegende Arbeit verfolgt daher das Ziel, die Werkzeugbauunternehmen bei der Angebotserstellung durch eine Methode zur merkmalbasierten Herstellkostenermittlung zu unterstützen. Wesentliche Grundlage bildet eine digitale Repräsentation des zu betrachtenden Werkzeugs, die mittels eines Regelwerks durch eine automatisierte CAD-Modellerstellung erzeugt wird. Die Methode wird in Form eines Expertensystems umgesetzt. Die Herstellkostenermittlung erfolgt zum einen, indem die Kosten für die mechanische Bearbeitung mittels eines analytischen Verfahrens auf Basis des CAD-Modells bestimmt werden. Zum anderen werden die Herstellungsprozesskosten mit Hilfe eines Data Mining-basierten Verfahrens ermittelt, indem Merkmale aus dem CAD-Modell abgeleitet werden und als Eingangsgrößen für Prognosemodelle dienen. Anhand von Praxisbeispielen wird die Anwendung des Expertensystems in der Praxis beschrieben und die Methode evaluiert. Dabei werden die praktische Anwendbarkeit und die Grenzen der Methode aufgezeigt.

Werkzeugbau, Angebotskalkulation, Data Mining, Expertensystem

Veröffentlichungen

Ein kombiniertes Messverfahren zur optischen Bestimmung des absoluten Drehwinkels und Drehmoments wurde erfolgreich umgesetzt. Sowohl absolute Codierungen des Winkels als auch dazugehörige Produktionstechnologien für die Herstellung geeigneter Markierungen auf der Welle wurden untersucht und erfolgreich umgesetzt.

Der absolute Drehwinkel konnte mit einer Auflösung von etwa 0,001° bei einer Genauigkeit von besser als 0,2° (entspricht 0,05 % v. E.) erfasst werden. Das Drehmoment wurde mit einer Genauigkeit von etwa 3 % v. E. bestimmt.

Das Ziel des Forschungsvorhabens ist erreicht worden.

optisches Messverfahren, Drehmoment, absoluter Drehwinkel

Dieser Beitrag beschreibt eine Methode zur automatisierten Erstellung von Wegenetzen für Fahrerlose Transportsysteme. Zurzeit erfolgt die Erstellung von Wegenetzen hauptsächlich manuell. Dies führt zu einer langen und arbeitsintensiven Planungsphase. Die vorgeschlagene Methode in diesem Paper verbindet die Vorteile mathematischer Wegfindung mit den Vorteilen der menschlichen Planung. Das menschliche Expertenwissen wird hierzu in einem Fuzzy Inferenz System gespeichert. Die Ergebnisse des Expertensystems werden sowohl mit dem A* Algorithmus, als auch mit manuell erstellen Wegenetzen unter realen Bedingungen verglichen. In beiden Fällen liefert das entwickelte Expertensystem bessere Ergebnisse.

Fuzzy Logik, Expertensystem, FTF, Wegenetz

Fahrerlose Transportsysteme (FTS) sind aus modernen Produktionsanlagen kaum mehr wegzudenken. Sie sind in der Lage, automatisiert Teile des Materialflusses zu übernehmen. Durch Fortschritte im Bereich des Lasthandlings, des Fahrverhaltens der fahrerlosen Transportfahrzeuge (FTF) und der generellen gesteigerten Automatisierung innerhalb von Produktionsanlagen, steigt auch die mögliche Einsatzfläche für FTF. Die Auslegung des Wegenetzes für Fahrerlose Transportsysteme (FTS) ist ein zeitaufwändiger Prozess, der zurzeit größtenteils manuell vollzogen wird. Durch den zunehmenden Komplexitätsgrad der FTS wird eine manuelle Planung des Wegenetzes immer schwieriger und herausfordernder. Im Zuge des Forschungsprojektes „Automatisierte Auslegung des Wegenetzes für fahrerlose Transportsysteme“ (IG 18007) wurde ein Softwaredemonstrator entwickelt, der es ermöglicht, automatisiert Wegenetze für FTS zu erstellen. Der Softwaredemonstrator wurde auf realen Referenzszenarien verwendet und es konnte gezeigt werden, dass die automatisiert erstellten Wegenetze genauso belastungsfähig sind wie manuell erstellte und in manchen Fällen sogar effizienter.

Fuzzy Logik, Expertensystem, FTF, Wegenetz

In diesem Paper wird die Bildverarbeitung einer binären Einspurcodierung für die Bestimmung des Drehmoments präsentiert. Das Ziel der wissenschaftlichen Untersuchung ist die Bestimmung des absoluten Drehwinkels eines Zylinders und dem anliegenden Drehmoment. Für die Bildaufnahme werden zwei unabhängige Module genutzt, welche jeweils erlauben, die absolute Drehposition und Drehzahl zu erfassen. Bei gleichzeitiger Nutzung beider, kann das Drehmoment bestimmt werden. Markierungen werden mit einem Laserverfahren aufgebracht, um auch eine spätere Umsetzung zu ermöglichen. Der gewählte technologische Ansatz ist das sog. Winkeldifferenzverfahren. Das Konzept der Bildverarbeitung als auch erste Ergebnisse zur Drehmomentmessung aus der zweifachen absoluten Winkelpositionserfassung werden präsentiert.

Bildverarbeitung, Einspurcodierung, Drehmoment

8D-Reports werden für die Analyse und Behebung von Fehlern verwendet, die im Produktionsprozess auftreten. Allerdings ist die Qualität dieser Berichte oft unzureichend und führt zu längeren Verarbeitungszeiten und Fehlern. Durch Zeit- und Kapazitätsbeschränkungen werden 8D-Reports einer ungenügenden internen Qualitätsprüfung unterzogen. In diesem Paper beschreiben wir Probleme mit fehlerhaften 8D-Reports und präsentieren darauf aufbauend ein System, das eine automatisierte Qualitätsprüfung von 8D-Reports ermöglicht. Dieser Beitrag konzentriert sich auf den Aufbau des entwickelten Systems und wie es die Qualität von 8D-Reports innerhalb der Reklamationsbearbeitung verbessert.

Reklamation, Qualitätssystem, Qualitätsmanagement, 8D-Methode, 8D-Report

Für die genaue Steuerung eines automatisierten Systems sowie die Überwachung hinsichtlich seiner Leistung ist die Kenntnis über das Drehmoment und die Drehzahl eine wesentliche Voraussetzung. Darüber hinaus bietet die Speicherung dieser beiden Messgrößen über die Lebensdauer des Systems die Möglichkeit zur langfristigen Zustandsüberwachung. Aktuelle Verfahren zum Messen des absoluten Drehwinkels und Drehmoments haben den Nachteil, dass diese meist ungenau, indirekt und für die Massenproduktion ungeeignet sind. In diesem Artikel wird ein kombiniertes berührungsloses Messverfahren vorgestellt, das auf dem Winkeldifferenzverfahren basiert. Ziel ist die Entwicklung eines kombinierten optischen Messsystems zur Bestimmung des Drehwinkels und des Drehmoments einer Welle und der dazugehörigen Produktionstechnologie für die Aufbringung der Markierung. Das Messverfahren nutzt zwei unabhängige Module, die sowohl getrennt die Winkel- und Drehzahlmessung, als auch zusammengesetzt die Drehmomentmessung erlauben. Zur einfacheren Integration des Systems in eine Anwendung wird auf Codierscheiben und zusätzliche Torsionswellen und Anbauteile verzichtet. Stattdessen werden die Markierungen der Maßverkörperung durch ein Laserverfahren direkt auf die Oberfläche der Welle aufgebracht. Der gewählte technologische Lösungsansatz basiert auf einem berührungslosen und winkelmessenden Verfahren. Das Konzept sowie erste Forschungsergebnisse werden dargestellt.

Absolutdrehwinkelgeber, Winkeldifferenz, kontalktlose kombinierte Messung, Sensor, Drehmoment

In heutigen Produktions- und Logistiksystemen spielen fahrerlose Transportsysteme (FTS) für die Realisierung eines leistungsfähigen innerbetrieblichen Materialtransports eine zentrale Rolle. Durch den Einsatz von kognitiven Technologien sollen FFZ dazu befähigt werden, ähnlich dem Menschen, flexibel auf physische Umgebungsveränderungen sowie organisatorische Veränderungen des Arbeitsablaufs zu reagieren. Hierdurch entstehen interaktive FTF, die den heutigen konventionellen FTS dadurch überlegen sind, dass sie ihr Verhalten selbstständig und flexibel an sich wandelnde Produktionsumgebungen und -anforderungen anpassen können. Im Zuge dessen kann gleichzeitig der aktuell hohe Inbetriebnahmeaufwand fahrerloser Systeme reduziert werden.

FTS, Gestensteuerung, Sprachsteuerung

Dieser Vortrag erläutert die Ergbnisse des Forschungsprojekts "FTF out of the box" und geht dabei insbesondere auf die vom IPH entwickelte Mensch-Maschine Schnittstelle für Fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF) ein, die in Form einer Sprach- und Gestensteuerung umgesetzt wurde.

Mensch-Maschine Schnittstelle, Sprachsteuerung, Gestensteuerung, FTF

Der Vortrag stellt kleinskalige, multidirektionale Fördermodule vor, die mit Hilfe einer verteilten, dezentralen Steuerung den Materialfluss von Gütern realisieren. Sie werden zu einer Transportmatrix zusammengeschaltet. Neben der Steuerung wird die verwendete Hardware beschrieben.

Dezentrale Steuerung, Routenplanung, Fördermatrix

Der Vortrag stellt eine Methode zur automatisierten Konstruktion und Kalkulation von Folgeverbundwerkzeugen vor. Grundlage bildet eine automatisierte CAD-Modellerstellung für Folgeverbundwerkzeuge. Aus den erstellten CAD-Modellen werden Merkmale abgeleitet, die als Eingangsparameter für Prognosemodelle zur Vorhersage der Werkzeugkosten dienen.

Werkzeugbau, Angebotskalkulation, Data Mining, Prognose

In dem Vortrag werden die Ergebnisse des Forschungsprojekte "FTF out of the box" vorgestellt. Der Fokus liegt auf der vom IPH entwickelten Mensch-Maschine-Interaktion auf Basis einer Sprach- und Gestensteuerung.

Mensch-Maschine Schnittstelle, Sprachsteuerung, Gestensteuerung, FTF

In diesem Artikel wird eine kleinskalige, cyber-physische Fördertechnik am Beispiel einer Fördermatrix vorgestellt. Diese Fördermatrix wird modular aus einzelnen Fördermodulen zusammengesetzt, die kleiner als die zu transportierenden Pakete sind. Weiterhin ist die Fördermatrix in der Lage, verschiedene intralogistische Funktionen wie den Transport, die Rotation, die Pufferung und die Sequenzierung von Paketen durchführen. Parallel zu der Route des physischen Paketes wird ein Datenschatten mitbewegt: Hierdurch sind zu jedem Transportzeitpunkt alle Daten zur Beschreibung des Transportvorganges vorhanden. Die Steuerung der Fördermatrix ist dezentral und verteilt. Im Folgenden werden sowohl der hardwareseitige Aufbau der Fördermodule als auch die notwendigen Steuerungsalgorithmen beschrieben. Die Steuerungsalgorithmen dienen der Bewegung der physischen Pakete samt Datenschatten auf die Fördermatrix.

Cyber-physische Fördertechnik, dezentrale Steuerung, Materialfluss, ProductionML

Dieser Beitrag zeigt, wie die von Menschen bekannten Fähigkeiten zur Flexibilität und Anpassung gegenüber veränderten Umgebungsbedingungen, die sich in den kognitiven Eigenschaften der Menschen widerspiegeln, auf Flurförderzeuge in der Intralogistik übertragen werden können. Als Beispiele für die Umsetzung von Industrie 4.0 in der Intralogistik werden Technologien vorgestellt, die es Flurförderzeugen ermöglichen, ihre Umgebung zu erkennen, Informationen zu kommunizieren, zu schlussfolgern, autonom zu handeln, Entscheidungen zu treffen, zu lernen oder zu planen. Realisiert werden diese Fähigkeiten durch ein optisches Ortungssystem zur Positionsbestimmung, eine kamerabasierte Ein-/ Auslagerungsunterstützung und in Reifen integrierte Sensorik sowie neuartige Interaktionsformen für Flurförderzeuge in Form von Sprache und Gestik.

Flurförderzeuge, Gestensteuerung, Sprachsteuerung, Sensorintegration, 3D-Kamera, Ortungssystem

Der Vortrag gibt einen Überblick über die Arbeitsgebiete des IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH. In den Bereichen Produktionsautomatisierung, Logistik und Prozesstechnik werden exemplarisch Praxisbeispiele für Forschungs- und Beratungsprojekte aufgezeigt. Zudem erfolgt eine Einführung in das Thema Industrie 4.0 und die Darstellung der sich daraus ergebenden Trends und Chancen.

Forschung und Entwicklung, Industrie 4.0, Automatisierungstechnik

Fahrerlose Transportsysteme (FTS) bestehen grundsätzlich aus einer Leitsteuerung, einem Kommunikationssystem und den Fahrerlosen Transportfahrzeugen (FTF). Die Steuerung des FTS hat die Aufgabe, einen Transportauftrag durchzuführen, sobald dieser von einem übergeordneten System erteilt wird. Der Transportauftrag wird von der FTS-Steuerung in eine tatsächliche Bewegung des FTF umgesetzt. Die Anzahl der FTF variiert dabei zwischen einigen wenigen bis hin zu 100 FTF. Durch die hohe Anzahl von FTF wird die Wahrscheinlichkeit von Behinderungen im Streckennetz erhöht. Heutige zentrale FTS-Steuerungen berücksichtigen die entstehenden dynamischen Verkehrssituationen nur unzureichend und sind im Hinblick auf Veränderungen und Störungen zu wenig flexibel und robust.

FTS, Dezentrale Steuerung, Fahrerlose Transportsysteme

Bei der Gestaltung von Lieferketten müssen zwei gegensätzliche Prinzipien abgewogen werden. Lieferketten sind entweder starr und ermöglichen einen hohen Durchsatz, z. B. Bandförderanlagen, oder sie sind flexibel und ermöglichen nur einen geringeren Durchsatz, z. B. Flurförderzeuge (FFZ). Wandlungsfähigkeit, die über die Flexibilität hinausgeht, stellt beide Prinzipien vor neue technische und wirtschaftliche Herausforderungen. Im Verbundprojekt ISI-WALK (Intelligente Schnittstellen in wandlungsfähigen Lieferketten) wurden Methoden und Technologien zur effizienten Gestaltung von wandlungsfähigen Lieferketten entwickelt. In Anlehnung an die kognitiven Fähigkeiten des Menschen und der daraus resultierenden hohen Wandlungsfähigkeit sollten FFZ befähigt werden, ihre Umgebung zu erkennen, Informationen zu kommunizieren, zu schlussfolgern, zu lernen oder zu planen. Um diese Ziele zu erreichen, wurden für FFZ u. a. ein auf 3D-Kameras basierendes Assistenzsystem zur Unterstützung der Ein- und Auslagerung sowie ein optisches Ortungssystem zur Navigation entwickelt.

Optische Positionierung, Aktive Infrastruktur, Datenübertragung, Bildverarbeitung

Die Auslegung von Wegenetzen für fahrerlose Transportsysteme (FTS) im Bereich der Logistik wird durch die häufig wandelnden Produktionsumgebungen immer komplexer. Hintergründe hierfür sind nicht nur die kürzeren Lebenszyklen der Produkte sondern auch der Fortschritt im Bereich fahrerloser Transportfahrzeuge (FTF). Ebenso erweitern sich die Einsatzbereiche der FTF. Bis jetzt findet eine Auslegung des Wegenetzes für FTS auf manuelle Weise statt und ist damit sehr aufwändig und kostenintensiv. Informationen aus verschiedenen Quellen (z. B. Hallenlayout und Transportmatrix) müssen zusammengeführt und anschließend analysiert werden. Eine Vereinfachung bietet hier die Auslagerung des Expertenwissens der Systemplaner in eine Künstliche Intelligenz in Form eines Fuzzy-Regelwerks. Dieses soll in einem Softwaretool realisiert werden und in der Lage sein, automatisiert Wegenetze für FTS auszulegen.

Fahrerlose Transportsysteme, Expertensystem, Fuzzy Logik, Fuzzy Logik Kontroller

Gesamtziel des Vorhabens war die Entwicklung einer Methode zur automatisierten CAD-Modellerstellung und Kostenkalkulation von Folgeverbundwerkzeugen. Die Methode sollte zum einen die automatisierte Erstellung eines CAD-Modells des Werkzeugs auf Basis eines Streifenbildes ermöglichen. Dazu sollten die Werkzeuge modularisiert und die Wechselwirkungen der einzelnen Module auf die Werkzeugkonstruktion in Regeln abgebildet werden. Die Regeln sollten anschließend die automatisierte CAD-Modellerstellung ermöglichen. Zum anderen sollte eine Verknüpfung der CAD-Modelle mit einer automatisierten Kostenkalkulation und -überwachung erfolgen. Grundlage der Kostenkalkulation und -überwachung waren die CAD-Modelle des Werkzeugs und die eingeführten Standardprozesse in der Werkzeugproduktion.

Künstliche Intelligenz, Werkzeugbau, Herstellkostenermittlung, Produktkonfiguration, CAD-Automation

Im Rahmen des Forschungsprojekts „Intelligente Schmiedewerkzeuge zur Fehlerreduktion in der Massivumformung“ (AiF 17009 N) wurden intelligente Schmiedewerkzeuge und eine spezifische Software entwickelt, die eine Identifikation von Schmiedefehlern sowie eine Formfüllungsüberwachung ermöglichen. Dieser Beitrag stellt das zugrunde liegende Konzept und die entwickelte Software vor.

Schmieden, Prozessüberwachung

Dieser Beitrag stellt die Entwicklung von Methoden und Regeln zur automatisierten Erstellung eines Werkzeugmodells sowie zur automatisierten Kostenkalkulation und -überwachung vor. Ausgehend vom Streifenbild des herzustellenden Produkts werden Werkzeuge konfiguriert, deren Elemente mit Herstellungsprozessen und Kostendaten verknüpft sind. Durch den Einsatz von Algorithmen der Künstlichen Intelligenz wird auch die Mitarbeitererfahrung bei der Angebotserstellung abgebildet und berücksichtigt.

Werkzeugbau, Angebotskalkulation, Data Mining, Expertensystem

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