Veröffentlichungen

In diesem Beitrag wird eine neue Lösung für das Problem der Layoutplanung vorgestellt. Der Ansatz wurde in eine Planungssoftware integriert. Das Ziel des MeFaP-Forschungsprojekts war vor allem die Entwicklung einer benutzerfreundlichen Entscheidungshilfe des Facility-Layout-Problems für kleine und mittlere Unternehmen. Daher wurde auf eine realitätsnahe Modellierung des Planungsproblems Wert gelegt. So wurde z. B. eine Routenplanung mit Flächenzuordnung integriert. Als Lösungsansatz wurde die Metaheuristik Tabu Search gewählt. Um eine effiziente Optimierung zu gewährleisten, wird die Optimierung in zwei Schritten durchgeführt, einmal ohne und dann mit Routenplanung. Die Experimente wurden mit den Zielen Materialflussdistanz, Temperatur und Sauberkeit durchgeführt, die kurz beschrieben werden. Die Ergebnisse der Experimente wurden mit aktuellen Lösungsansätzen verglichen.

Facility Layout Problem, Fabrikplanung, multikriteriell, Metaheuristik, Tabu Search, Software

In der KMU-geprägten Schmiedeindustrie wird die Lebensdauer von Schmiedegesenken meist auf Basis von Erfahrungswerten und subjektiven Entscheidungen bestimmt. Um erhebliche logistische und wirtschaftliche Aufwände in Folge von ungeplanten Stillstandzeiten und Werkzeugversagen zu verhindern, wird die Lebensdauer oft um ein Vielfaches geringer festgelegt und eine Verschwendung von bestehender Reststandmenge hervorgerufen. Eine Möglichkeit die Reststandmenge von Schmiedewerkzeugen zu bestimmen, stellt ein kombiniertes Messverfahren dar, das im Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) gGmbH entwickelt werden soll.

Umformtechnik, Reststandmenge, Prozessüberwachung

Die Planung einer Fabrik ist eine große Herausforderung insbesondere für kleine und mittlere produzierende Unternehmen, die über wenig Erfahrung verfügen. Wir erklären, wie Fabrikplanungsprojekte ablaufen und welche digitalen Hilfsmittel die Planung vereinfachen und beschleunigen.

Fabrikplanung, Strukturplanung, Dimensionierung, Lagerplanung, Layoutplanung und -bewertung

Das Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) gGmbH hat es sich zur Aufgabe gemacht, den Kerngedanken der Nachhaltigkeit in sein Leitbild zu integrierten – in der Forschung, aber auch im täglichen Arbeiten. 

In zahlreichen Forschungsprojekten arbeiten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler daran, Kunststoffe zu recyclen, Energiebedarfe von Fahrzeugen zu vermindern, Leichtbaukonzepte zu entwickeln, Abfälle bei umformtechnisch hergestellten Bauteilen zu verringern und erneuerbare Energien intelligent in die Produktion einzubinden – und sie beleuchten auch Fragen bezüglich des umweltverträglichen Rückbaus, Repowerings und Neubaus von Windenergieanlagen.

Darüber hinaus engagiert sich das IPH mit einem interdisziplinären Team von Mitarbeitenden im Rahmen des Programmes „ÖKOPROFIT" dafür, das gesamte Unternehmen nachhaltiger zu gestalten.

Nachhaltigkeit, Ressourcen, Umweltschonung, Wirtschaftlichkeit, Ökoprofit

Die manuelle Handhabung von Schmiedeteilen ist für Schmiedemitar-beiter körperlich stark belastend. Diese körperlichen Belastungen spiegeln sich in Schädigungen des Hand-Arm-Systems und Rückens wider und führen zum Ausfall der Schmiedemitarbeiter. Um die Ge-sundheit der Schmiedemitarbeiter zu schonen, ist das Ziel die Grund-belastung durch das Eigengewicht der Schmiedezange durch Leicht-bau-Schmiedezangen zu verringern.

Schmiedezange, Ergonomie, Leichtbau

Die Entwicklung einer Methode zur optimalen Planung des Umzugs von Fabrikobjekten wird durch das IPH – Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH im Rahmen eines Forschungsprojekts adressiert. Die Gestaltung eines Umzugsplans, unter Berücksichtigung zeitlicher und räumlicher Restriktionen, stellt ein komplexes Planungsproblem dar. Mit der zu entwickelnden Methode wird eine umfängliche Bewertung eines Umzugsplans hinsichtlich unterschiedlicher Zielkriterien ermöglicht. Das mathematische Optimierungsmodell soll mithilfe eines heuristischen Lösungsverfahrens implementiert werden. Die intuitive Umsetzung innerhalb einer Software-Umgebung unterstützt weiterhin die einfache Anwendbarkeit.

Fabrikplanung, Realisierungsvorbereitung, Umzugsplanung, Projektplanung, Operations Research

Da Frei?ächen für Neubauten nur begrenzt vorhanden oder gar nicht verfügbar sind, ist Nachverdichtung ein vielversprechender Ansatz zur Generierung neuen Wohnraums. Das können sowohl die Erweiterung bestehender Gebäude um weitere Stockwerke sein als auch der vertikale Anbau oder die Nutzungsänderung anderer Gebäudestrukturen. Der modulare Hausbau trägt dieser Zielsetzung Rechnung, weil ein Großteil der Wertschöpfung vor Baubeginn generiert wird. Seine Vorteile stehen nun den logistischen Herausforderungen der Nachverdichtung gegenüber.

Modularer Hausbau, Nachverdichtung, Baustellen, Produktionsplanung und -steuerung

Auf innerstädtischen Baustellen steht meist nur ein begrenztes Flächenangebot zur Verfügung. Dadurch steigt die Komplexität in der Durchführung entsprechender Bauprojekte und zugleich das Risiko von Terminverschiebungen. Sowohl die Zusammensetzung des Bedarfs an spezifischen Flächenarten sowie deren Bedarfsentwicklung während der Bauzeit sollten im Zuge der Terminplanung Berücksichtigung finden. Eine Möglichkeit der Bewertung des Flächenbedarfs besteht über die Einführung des Wandlungspotenzials als Indikator für die Eigenschaft einer Fläche, bei möglichen kurzfristigen Änderungen im Bauprojekt flexibel angepasst werden zu können. Damit kann eine Bewertungsgrundlage geschaffen werden, die zunächst eine Entscheidungsunterstützung für Projektplaner darstellt und nachfolgend in optimierende Verfahren zur Terminplanung integriert werden kann. Dadurch kann die Güte eines Terminplans in Zusammenhang mit dessen Robustheit in positiver Sicht beeinflusst werden.

Dieser Beitrag beschreibt die Entwicklung einer Methode zur Bewertung von Flächenbedarfen und eine Möglichkeit der Integration in die Terminplanung von Bauprojekten. Es erfolgt eine anschließende Validierung der Methode anhand eines Praxisbeispiels. Abschließend werden die Ergebnisse resümiert.

Terminplanung, Baumanagement, Projektplanung, Produktionsplanung und -steuerung, Baustellen

Für die effiziente Herstellung komplexer Geometrien werden häufig mehrstufige Schmiedeprozessketten eingesetzt. Diese bestehen typischerweise aus einer homogenen Erwärmung, einer oder mehreren Vorformstufen und dem Fertigschmieden. Durch inhomogen erwärmte Rohteile können die Prozessketten vereinfacht oder verkürzt werden. Dies soll erreicht werden, indem innerhalb eines Rohteils verschiedene Temperaturbereiche eingestellt werden, die zu unterschiedlichen Fließspannungen führen. Diese können den Materialfluss beeinflussen, was zu einer einfacheren Herstellung komplexer Teile führt. In dieser Studie wird der Einfluss von inhomogen erwärmten Rohteilen auf den Umformprozess mittels FEA untersucht. Dazu werden zwei Prozessketten mit inhomogener Erwärmung und drei homogen erwärmte Referenzprozessketten entwickelt und verglichen. Jede Prozesskette wird so lange optimiert, bis die Formfüllung erreicht ist und keine Fehler mehr auftreten. Zielgrößen für die Bewertung sind die notwendige Umformkraft, die zur Formfüllung notwendige Materialmenge und der Werkzeugverschleiß. Die Ergebnisse zeigen für Prozessketten mit inhomogen erwärmten Rohteilen ein kleines Zeitfenster von ca. 5 s für eine erfolgreiche Umformung im Sinne einer Formfüllung. Umformkräfte und Werkzeugverschleiß steigen bei inhomogen erwärmten Rohteilen aufgrund höherer anfänglicher Fließspannungen an. Allerdings sinkt der Gratanteil bei inhomogen erwärmten Rohteilen. Je nach Größe weisen inhomogen erwärmte Rohteile bis zu 11,8 % weniger Grat auf als homogen erwärmte Rohteile. Dies zeigt ein Potenzial für den Einsatz der inhomogenen Erwärmung, um Schmiedeprozesse effizienter zu gestalten. Anschließend werden experimentelle Versuche durchgeführt, um die Ergebnisse der Simulationen zu verifizieren.

Inhomogene Erwärmung, Schmieden, FEA, Ressourceneffizienz, Vorformoperationen

Um die Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung geometrisch komplizierter Schmiedeteile zu erhöhen, ist die Materialeffizienz ein entscheidender Faktor. In dieser Studie wird eine Methode validiert, die eine mehrstufige Stadienfolge auf Basis der CAD-Datei des Schmiedeteils automatisch entwirft. Die Methode soll materialeffiziente Stadienfolgen generieren und die Entwicklungszeit sowie die Abhängigkeit von Referenzprozessen bei der Auslegung von Stadienfolgen reduzieren. Mittels künstlicher neuronaler Netze wird die Geometrie des Schmiedeteils analysiert und in eine Formklasse eingeordnet. Ergebnis der Analyse sind Informationen über die Bauteileigenschaften, wie z. B. Biegung und Löcher. Daraus lassen sich spezielle Operationen wie z. B. ein Biegevorgang in der Stadienfolge ableiten. Mit einem Slicer-Algorithmus wird die CAD-Datei des Schmiedeteils in Schnittebenen aufgeteilt und die Massenverteilung um die Schwerpunktslinie des Schmiedeteils berechnet. Ein Algorithmus nähert die Massenverteilung und die Querschnittskontur vom Schmiedeteil schrittweise bis zum Halbzeug an. Jede Zwischenform wird als CAD-Datei exportiert. Der Algorithmus benötigt wenige Minuten, um eine mehrstufige Stadienfolge zu generieren. Die entworfenen Stadienfolge werden durch FEM-Simulationen überprüft. Qualitätskriterien, die bewertet und untersucht werden, sind Formfüllung und Falten. Erste FEM-Simulationen zeigen, dass die automatisch generierten Stadienfolgen die Herstellung unterschiedlicher Schmiedeteile ermöglichen. In einem iterativen Anpassungsprozess werden die Ergebnisse der FEM-Simulationen zur Anpassung der Methode genutzt, um materialeffiziente und prozesssichere Stadienfolgen zu gewährleisten.

Automatische Prozessauslegung, Schmieden, FEM, Ressourceneffizienz, CAD

Es wird eine Methode vorgestellt, die es ermöglicht die Komplexität eines Schmiedeteils automatisiert auf Basis der CAD-Datei des Schmiedeteils zu bestimmen. Eine automatisierte Bewertung der Schmiedeteilkomplexität ist für eine digitalisierte und automatisierte Auslegung von Stadienfolgen notwendig, um wichtige Auslegungsparameter wie den Gratanteil oder die Anzahl der Stadien festlegen zu können.

CAD, Umformtechnik, Algorithmen

Bei der Produktion von Lagergütern stehen produzierende Unterneh-men einem unsicheren Kundenbedarf gegenüber. Um Unsicherheiten zu begegnen, ist ein erhöhter Lagerbestand notwendig, um die Kunden-bedarfe anforderungsgerecht bedienen zu können. Die entstehenden Kosten sind bei gegebener Prognoseunsicherheit durch das Bestellver-halten beeinflusst. Das Bestellverhalten wird maßgeblich von der Be-stellpolitik bestimmt. Daher wurde der Einfluss von Prognoseunsicher-heit und der Bestellpolitik auf die entstehenden Lagerkosten mittels Sensitivitätsanalysen untersucht. Prognoseunsicherheiten bedürfen bei der (t, S)-Politik demnach größerer Bestände als unter der (s, q)-Politik.

Lagerplanung, Bestellpolitik, Prognoserechnung

Unbemannte Luftfahrtsysteme haben die Industrie stark verändert. Die rasant voranschreitende technologische Entwicklung von sogenannten Unmanned Aircraft Systems (UAS) macht es notwendig, sich frühzeitig mit der Ausgestaltung künftiger  Einsatzszenarien zu befassen.

UAS, Drohnen, Navigation

Die Zusammenstellung von Informationen zur Bearbeitung innerbetrieblicher Produktionsaufgaben erfolgt oftmals auf Basis wenig hinterfragter Arbeitsplanvorlagen. Die Auswahl der optimalen Informationsmenge und –tiefe erfordert dabei eine Positionierung in einem Spannungsfeld aus Arbeitsaufwand in der Arbeitsplanung und Informationsnutzen in der Arbeitsausführung. Daher wird eine Methode vorgestellt, mit der Detaillierungsgrade unterschiedlicher Informationen individuell quantifiziert und bewertet werden können. Dadurch wird eine Grundlage geschaffen, um den optimalen Detaillierungsgrad von Arbeitsplänen bestimmen zu können.

Arbeitspläne, Arbeitsvorbereitung, Detaillierungsgrad, Informationsbereitstellung, MES-Einführung

Wie können Sichteinschränkungen im Gabelstapler mit Hilfe von strategisch angebrachten Kameras und einer Augmented-Reality-Brille kompensiert werden? Dieser Fragestellung nehmen sich Wissenschaftler des ITA und des IPH gemeinsam an.

Augmented Reality, AR, Flurförderzeuge, Sichtverbesserung, Assistenzsystem

Qualitative Unsicherheiten sind eine zentrale Herausforderung für die weitere Industrialisierung der additiven Fertigung. Um diese Herausforderung zu lösen, sind Methoden zur Messung der Prozesszustände und Eigenschaften von Teilen während der additiven Fertigung unerlässlich. Das Thema dieser Übersichtsarbeit ist die In-situ-Prozessüberwachung für die additive Fertigung durch Materialextrusion. Ziel ist es, erstens die Forschungsaktivität zu diesem Thema zu quantifizieren, zweitens die eingesetzten Technologien zu analysieren und schließlich Forschungslücken zu identifizieren. Es wurden verschiedene Datenbanken systematisch nach relevanten Publikationen durchsucht und insgesamt 221 Publikationen detailliert analysiert. Die Studie zeigte, dass die Forschungsaktivität auf diesem Gebiet zunehmend an Bedeutung gewinnt. Es wurden zahlreiche Sensortechnologien und Analysealgorithmen identifiziert. Dennoch bestehen Forschungslücken bei Themen wie optimierte Überwachungssysteme für industrielle Materialextrusionsanlagen, Inspektionsmöglichkeiten für zusätzliche Qualitätsmerkmale und Standardisierungsaspekte. Diese Literaturübersicht ist die erste, die die Prozessüberwachung für die Materialextrusion in einem systematischen und umfassenden Ansatz behandelt.

Materialextrusion, Fused deposition modeling, Prozessüberwachung, Sensoren, Forschungslücken

Die Layoutplanung ist eine komplexe Planungsaufgabe im Rahmen einer Fabrikplanung, welche bisher meist manuell ausgeführt werden musste. Zwar wurden in der Vergangenheit viele Optimierungsverfahren für die  zugrundeliegende Problemstellung entwickelt, jedoch waren diese nur für einen kleinen meist universitären Expertenkreis anwendbar. Daher wurde in einem Forschungsprojekt eine einfach anwendbare Software zur Layoutplanung entwickelt, um Unternehmen einen Zugang zu diesen Optimierungsverfahren zu bereiten.

Fabrikplanung, Layoutplanung, Optimierung, Operations Research, Software

Um die Auftragskontrolle von Zahnerstatzprodukten zu automatisieren wurde ein KI-Modell entwickelt, das eine Klassifizierung in verschiedene Produktklassen ermöglicht. Die einzelnen Zahnersatzprodukte liegen in STL-Dateien vor. Für das KI-Modell wurde ein Mixed-Data Ansatz verwendet. Die STL-Datei wird in eine Bild-Datei konvertiert und an ein CNN übergeben und parallel wurden Informationen wie Volumen und Oberflächenmaße aus der STL-Datei extrahiert und an ein KNN übergeben. Der Output aus dem KNN und dem CNN wird dann zur endgültigen Klassifizierung des Zahnersatzproduktes kombiniert.

Automatisierte Auftragskontrolle, KI, KNN, Bildverarbeitung, CAD

Es wurde ein Konzept für die Digitalisierung der Geschäftsprozesse in einem Handwerksunternehmen erarbeitet. Durch die Einführung eines Dokumentenmanagementsystems konnte das bereits eingesetzte ERP-System im Funktionsumfang erweitert und die Geschäftsprozesse auf ein papierloses Büro umgestellt werden. Außerdem wurde ein Konzept für eine digitale Bauakte ausgearbeitet, um Mitarbeitern im Außendienst in digitalisierte Prozesse einzubinden.

DMS, ERP, Digitalisierung, Geschäftsprozesse, Papierloses Büro, Handwerk

Kleinskalige modulare Fördertechnik ermöglicht es, mehrere Förderaufgaben gleichzeitig und auf kleinstem Raum durchzuführen und bietet so ein großes Potenzial zur Flexibilisierung und Effizienzsteigerung von Förderanlagen. Aktuell existiert keine einfach anwendbare Methode, die Unternehmen dabei unterstützt, diese neuartige Fördertechnik auf Prozessebene unter Berücksichtigung logistischer und wirtschaftlicher Zielstellungen in konventionelle Fördersysteme zu integrieren. Daher wird in einem Forschungsprojekt derzeit eine Optimierungsmethode für Förderanlagenlayouts entwickelt, mit der Unternehmen die Potenziale der neuartigen Fördertechnik bewerten können.

Kleinskalige modulare Förderer, Fördersysteme, Maschinelles Lernen, Künstliche Intelligenz

Ihre Ansprechpartnerin

Susann Reichert
B. Eng.

Referentin für Public Relations und Marketing

Anmerkung zu Veröffentlichungen bei sogenannten

„Predatory Publishers"

In der Vergangenheit sind unsere Mitarbeiter vereinzelt auf sogenannte „Predatory Publisher" hereingefallen. Dabei handelt es sich um Verleger, die sich nicht an die Regeln guter wissenschaftlicher Praxis halten, indem sie beispielsweise einen Peer-Review-Prozess vortäuschen, ohne dass dieser tatsächlich stattfindet. Vor Bekanntwerden der unwissenschaftlichen Motivation der Anbieter wurden diese durch das IPH als eine von mehreren Möglichkeiten gesehen, relevante Forschungsergebnisse einem breiten internationalen Publikum zugänglich zu machen.
Vom Vorwurf pseudowissenschaftlicher Beiträge möchte sich das IPH jedoch nachdrücklich distanzieren. Die Qualität der Anbieter ist nicht mit der inhaltlichen Qualität und dem allgemeinen wissenschaftlichen Anspruch der Beiträge des IPH, welche vorab immer in internen Reviewprozessen geprüft werden, gleichzusetzen.
In den Publikationslisten wurden diese Beiträge gelöscht, da sie unseren Anforderungen an Veröffentlichungen nicht genügen. Im Sinne der Transparenz und des offenen Umgangs mit diesem Thema haben wir uns jedoch dafür entschieden, diese ebenfalls in den Jahresberichten aufgeführten Veröffentlichungen in den auf unserer Webseite downloadbaren PDF-Dokumenten nicht zu verändern. Bei diesen handelt es sich um Zeitdokumente, die in ihrer gedruckten Form nicht nachträglich verändert werden können. Nach Bekanntwerden hat das IPH intern Prozesse inklusive eines systematischen Bewertungssystems für Anbieter etabliert, um sicherzustellen, dass diese Anbieter nicht weiter genutzt werden.