Veröffentlichungen

Steigende Energiepreise sowie eine zunehmende Volatilität dieser, aufgrund der vermehrten Einspeisung von erneuerbaren Energien wie Solar- oder Windenergie, stellen produzierende Unternehmen vor neue Herausforderungen: Beziehen Unternehmen ihren Strom kurzfristig zu schwankenden Preisen an Strombörsen oder über Energieeinkaufsgemeinschaften, kann die Fertigungssteuerung über ihre Stellgrößen die resultierenden Energiekosten bei konstantem Energieverbrauch beeinflussen. Gerade die Reihenfolgebildung, die kurzfristig über den nächsten zu bearbeitenden Auftrag entscheidet, weist dabei hohes Potenzial auf. Die in diesem Artikel vorgestellte energiepreisorientierte Reihenfolgeregel priorisiert zu Zeiten niedriger Energiepreise Aufträge mit einem hohen Energiebedarf und zu Zeiten hoher Energiepreise Aufträge mit einem niedrigen Energiebedarf, ohne dabei den geplanten Fertigstellungstermin zu vernachlässigen. Jedoch eignet sich die Anwendung dieser Reihenfolgeregel nur unter bestimmten Voraussetzungen, die im vorliegenden Artikel anhand einer Simulationsstudie herausgearbeitet werden und die Wirkungsweise der Regel bestätigt wird.

Produktionsplanung und -steuerung, Fertigungssteuerung, Reihenfolgebildung, Energiekosten

Die Losgrößenbildung ist eine wichtige Aufgabe der Produktionsplanung und -steuerung. Bei der Losgrößenbildung wird üblicherweise auf losgrößenabhängige Auftragswechselkosten- sowie Lagerhaltungskosten zurückgegriffen. Modelle zur Losgrößenbildung vernachlässigen jedoch den Aspekt von losgrößenabhängigen Instandhaltungskosten. Insbesondere für Schmiedeunternehmen ist der Werkzeugverschleiß aber von hoher wirtschaftlicher Bedeutung, weil die Werkzeugkosten einen Hauptkostenfaktor der Herstellungskosten darstellen. In diesem Artikel wird das deterministische Logsgrößenmodell von Andler um losgrößenabhängige Instandhaltungskosten erweitert. Hierfür wird zunächst der Zusammenhang zwischen der Losgröße und dem Werkzeugverschleiß als Funktion abgebildet. Diese Funktion wird im Anschluss mit losgrößenabhängigen Instandhaltungskosten bewertet und in das Losgrößenmodell von Andler integriert. Die Validierung des erweiterten Losgrößenmodells erfolgt in zwei Schritten. Zuerst wird die Funktionalität des erweiterten Losgrößenmodells validiert. Danach wird eine Sensitivitätsanalyse hinsichtlich der losgrößenabhängigen Kosten und Stückkosten durchgeführt.

Losgrößenbildung, Werkzeugverschleiß, Schmiedeindustrie, Sensitivitätsanalyse

In dieser Veröffentlichung werden Untersuchungen über die Verschiebung der Fügezone von seriell angeordneten hybriden Halbzeugen beim Querkeilwalzen vorgestellt. Die untersuchten Werkstoffkombinationen sind Stahl-Stahl (C22 und 41Cr4) und Stahl-Aluminium (20MnCr5 und AlSi1MgMn). Der Querkeilwalzprozess wurde mittels FEM-Simulationen ausgelegt und anschließend experimentell untersucht. Untersuchungsschwerpunkt ist die Untersuchung der Verschiebung der Fügezone in Abhängigkeit der Hauptparameter des Querkeilwalzens. Es konnte gezeigt werden, dass das Umformverhalten seriellen hybriden Halbzeugen aus Stahl-Stahl und Stahl-Aluminium mit der FEM beschrieben werden kann. Die Abweichung der Verschiebung gemäß Simulation im Vergleich zu den experimentellen Versuchen beträgt nur etwa 3 %, was eine gute Näherung ist.

Querkeilwalzen, Hybride Bauteile, Fügezone, Stahl, Aluminium

Die Untersuchung der Flittergratbildung in einem gratlosen Präzisionschmiedeprozess von einem lenkerähnlichen Aluminiumlangteil mittels FEM und experimentellen Umformversuchen wurde in diesem Vortrag beschrieben. Flittergratbildung erschwert das Handling und die Positionierung der Bauteile in nachfolgenden Prozessschritten und führt zu Lage- und Toleranzfehlern. Zu Untersuchungszwecken wurden drei volumengleiche Vorformen unterschiedlicher Geometrie verwendet, um dieselbe Fertigteilgeometrie zu erzeugen.

Die FEM-Simulationen wurden hinsichtlich der vorformgeomtrieabhängigen Formfüllungs-Sychronität untersucht, um Bereiche der Flittergratbildung zu prognostizieren. Die FEM-basierten Prognosen wurden mit der in experimentellen Schmiedeversuchen ermittelten Flittergratbildung verglichen. Der Vergleich zeigte gute Übereinstimmung. In allen Bereichen, in denen simualtiv Flittergrat prognostiziert wurde, konnte auch Flittergratbildung experimentell nachgewiesen werden. Vorfomen mit höherer Formfüllungssynchronität zeigten geringere Flittergratbildung. 

Schmieden, Aluminium, FEM, Flittergratbildung, Vorhersage

Individuelle Produkte lassen sich bald annähernd zum Preis von Massenware herstellen – mithilfe von 3D-Druckern. Bei der Einführung der neuen Technologien erhalten kleine und mittlere Unternehmen (KMU) Unterstützung vom Niedersächsischen Zentrum für Additive Fertigung.

3D-Druck, additive Fertigung, individuelle Produkte

Durch die Zunahme der Einspeisungen erneuerbarer Energien nimmt die Volatilität des Strompreises stetig zu. Unter Berücksichtigung dieses Sachverhaltes können produzierende Unternehmen durch die Anwendung einer energiepreisorientierten Reihenfolgeregel Energiekosten sparen. Da die Anwendung dieser Reihenfolgeregel nicht nur Auswirkungen auf die Energiekosten hat, wird in diesem Fachbeitrag eine Potentialanalyse vorgestellt, welche neben den Energiekosten zusätzlich die Termineinhaltungskosten von Fertigungsaufträgen berücksichtigt.

Kostenrechnung, Fertigungssteuerung, Produktionsplanung und -steuerung

Produktbezogene Fehlerkosten können durch die Berücksichtigung menschlicher Leistungsschwankungen in der Belegungsplanung reduziert werden. In diesem Artikel wird das Problem der Belegungsplanung als mathematisches Problem formuliert und mit produktbezogenen Fehlerkosten und Logistikkosten erweitert. Produktbezogene Fehlerkosten steigen mit der Überbeanspruchung des operativen Personals. Die Logistikkosten basieren auf dem Umlaufbestand und der Durchlaufzeit. Die kostmäßige Definition der betrachteten Zielgrößen ermöglicht schließlich eine simultane Optimierung der Belegungsplanung. Zudem wird ein Memetischer Algorithmus (MA) zur Lösung des mathematischen Problems entwickelt. Im evolutionären Prozess des Memetischen Algorithmus ist ein lokales Suchverfahren sowie Reparaturverfahren integriert, um die Lösungsfindung zu beschleunigen und zu zu verbeseen. Schließlich wird der Einfluss von produktbezogenen Fehlerkosten auf die Gesamtkosten eines Belegungsplan untersucht.

flexible Belegungsplanung, memetischer Algorithmus, menschliche Leistugnsschwankungen, Fehlerkosten

Ein wesentlicher Bestandteil von Gurtförderanlagen sind die Tragrollen. Besonders in Schüttgutförderanlagen, die im anspruchsvollen Gelände mit zahlreichen Steigungen und Gefällen sowie unter extremen Umweltbedingungen in tropischen und arktischen Regionen eingesetzt werden, sind sie erheblichen Belastungen ausgesetzt. Die stetig wachsenden Fördermengen bedingen immer höhere Auflasten und Drehzahlen für die Tragrollen. Diesem Trend wird mit neuartigen Antriebskonzepten entgegengewirkt. So kommen in dezentral angetriebenen Gurtförderanlagen Tragrollen mit intern verbauten Motoren zum Einsatz.

Innerhalb eines Forschungsprojekts wird vom Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) eine duale Messeinrichtung entwickelt, mit der sowohl konventionelle Tragrollen als auch angetriebene Tragrollen geprüft werden können. 

Angetriebene Tragrollen, Prüfstand, Effizienz von Gurtförderanlagen

Vor dem Hintergrund des Ausbaus der erneuerbaren Energien ist zunehmend mit einem temporären Überangebot an elektrischer Energie und einem dadurch verursachten Preisverfall an der Leipziger Strombörse zu rechnen. Bereits jetzt weist der an der Strombörse gehandelte Strom eine hohe Preisvolatilität auf. Aus diesem Grund werden Energiespeicher benötigt, die einen Ausgleich zwischen Energieangebot und -nachfrage zur Sicherstellung der Netzstabilität herstellen können. Dabei kann die produzierende Industrie durch eine Anpassung ihres Verbrauchs über eine Verlagerung stromintensiver Produktionsschritte in Zeiten negativer Residuallast einen Beitrag leisten.

Energiekosten, Produktionsplanung, Voraussetzungen, Stromkosten

Das Erfassen von Drehmomenten durch Sensoren, sowie das Erzeugen von Drehmomenten, stellt eine wichtige Basis für viele Industriezweige dar. Im Rahmen eines Forschungsprojektes wurde ein optisches, berührungsloses Messverfahren zur absoluten Drehwinkel- und Drehmomentmessung entwickelt. Zum Vergleich mit dem aktuellen Stand der Technik wurde ein Versuchsstand aufgebaut und mit einem Referenzdrehmomentsensor verglichen. Die Ergebnisse dieser Validierung werden in diesem Paper vorgestellt.

Drehmoment, Drehwinkel, Optisch, Validierung

Die Unternehmensbereiche Produktion und Logistik stehen derzeit vor allem durch die zunehmende Nachfrage nach Produktvariabilität unter Druck. Interaktive Assistenzsysteme leisten dabei einen essentiellen Beitrag zur Effizienzsteigerung in diesen Bereichen. Aufgrund fehlender Rahmenbedingungen stehen jedoch gerade KMU der Technologieeinführung kritisch gegenüber, da sich diese nicht als trivial erweist. Plant ein Unternehmen die Einführung von interaktiven Assistenzsystemen in Produktion und Logistik, eignen sich Reifegradmodelle zur Fähigkeitsanalyse und Unterstützung bei der Planung und Steuerung dieses Prozesses. Dabei ist es jedoch wichtig, einen systematischen Prozess zur Entwicklung der Modelle zu verfolgen, um im Anschluss daran eine erfolgreiche Implementierung der Assistenzsysteme im Unternehmen gewährleisten zu können. 

Industrie 4.0, Digitalisierung, Interaktive Assistenzsysteme, Datenbrillen, Reifegradmodelle

Die Untersuchung der Flittergratbildung in einem gratlosen Präzisionschmeideprozess von einem lenkerähnlichen Aluminiumlangteil mittels FEM und experimentellen Umformversuchen wurde im Vortrag beschrieben. Flittergratbildung erschwert das Handling und die Positionierung der Bauteile in nachfolgenden Prozesschritten und führt zu Lage- und Toleranzfehlern. Zu Untersuchungszwecken wurden drei volumengleiche Vorformen unterschiedlicher Geometrie verwendet, um dieselbe Fertigteilgeometrie zu erzeugen.

Die FEM-Simulationen wurden hinsichtlich der vorformgeomtrieabhängigen Formfüllungs-Sychronität untersucht, um Bereiche der Flittergratbildung zu prognostizieren. Die FEM-basierten Prognosen wurden mit der in experimentellen Schmiedeversuchen ermittelten Flittergratbildung verglichen. Der Vergleich zeigte gute Übereinstimmung. In allen Bereichen, in denen simualtiv Flittergrat prognostiziert wurde, konnten auch Flittergratbildung experimentell nachgewiesen werden. Vorfomen mit höherer Formfüllungssynchronität zeigten geringere Flittergratbildung. 

Schmieden, gratlos Schmieden, Aluminium, FEM, Flittergrat, Prognose

Die Auslegung von Massivumformprozessen erfordert viel Zeit. Aufwendige FEM-Simulationen dienen der Vorabuntersuchung, benötigen jedoch in Abhängigkeit der Ergebnisgüte Berechnungszeiten von Stunden oder Tagen. Forscher des Instituts für Integrierte Produktion Hannover gGmbH (IPH) wollen dies beschleunigen: Ein Algorithmus soll relevante Ergebnisteile der Simulation innerhalb einer Minute vorhersagen. Die Basis zur Vorhersage sind viele Simulationen, die automatisiert aufgesetzt, durchgeführt und ausgewertet werden sollen. Der Artikel zeigt, wie man ebendiese Automatierung sinnvoll durchführen könnte.

KImulation, Simulation, Automatisierung

Fällt ein Schiffsgetriebe auf hoher See aus, kann das sehr gefährlich für die Besatzung werden – und teuer für den Reeder: Er muss sein Schiff abschleppen lassen und bringt die Fracht nicht pünktlich ans Ziel. Deshalb werden kritische Bauteile regelmäßig ausgetauscht. Das Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) will die Wartung günstiger und sicherer machen, indem es Schiffsgetriebe rund um die Uhr aus der Ferne überwacht – mit einem energieautarken, drahtlosen Sensornetzwerk.

Messtechnik, Schiffsgetriebe, Fernüberwachung, Sensornetzwerk

Um durch den Einsatz Fahrerloser Transportsysteme (FTS) die Effizienz des Gesamtbetriebs steigern zu können, muss die Verfügbarkeit des FTS entsprechend hoch sein. Störungen sind zu vermeiden; treten sie dennoch auf, spielt ein erfolgreiches Störungsmanagement eine zentrale Rolle. Vor allem bei produzierenden Unternehmen können erhebliche wirtschaftliche Schäden auftreten, wenn Material nicht rechtzeitig an der richtigen Station angeliefert wird. Verzögerungen können die Termintreue gefährden. Zur Unterstützung der Betreiber und Hersteller von FTS soll deshalb im Rahmen eines aktuellen Forschungsprojekts eine Lösung für die Praxis entwickelt werden. Entstehen soll u. a. ein Softwaredemonstrator, der gezielt Handlungsanweisungen zur Störungsbehebung gibt, die automatisiert oder teilautomatisiert realisiert werden.

FTF, Expertensystem, Fahrerlose Transportfahrzeuge, Case-based Reasoning, CBR

Plasma-Pulver-Auftragschweißen (PTA) ist ein flexibles Schweißverfahren, um metallische Werkstoffe mit einer Vielzahl von Materialkombinationen zu beschichten. An der Leibniz Universität Hannover wird dieser Prozess derzeit für die Herstellung von hybriden Halbzeugen für die Massenproduktion untersucht. Die Technologie bietet viele Antworten auf die Fragen nach kostengünstigen Herstellungsmethoden im Bereich von Hochleistungsbauteilen. Das dargestellte Verfahren ist eine Kombination aus einem Schweiß- und einem Querkeilwalzprozess (QKW) mit dem Ziel eine homogene Beschichtung aus Stahl mit einem hohen Kohlenstoffanteil (CEV>0,5) herzustellen. Dabei ist ein stabiler Prozess wichtig um Schwachstellen aufgrund von inhomogenen Schichtdicken in den fertigen Bauteilen zu verhindern, vor allem wenn die Teile in tribologischen Anwendungen eingesetzt werden. Daher ist es notwendig, dass wichtige Eigenschaften der Fügezone zwischen den Materialien wie der Beschichtungsdicke und der Mikrostruktur gut bekannt sind und gesteuert werden können.

Die Verformung der Schweißnähte und der Mikrostruktur wird optisch untersucht. Es wird gezeigt, dass es möglich ist, das ursprüngliche Schweißgefüge der geschweißten Schicht in ein Umformgefüge umzuwandeln. Die Untersuchungen geben einen ersten Überblick über die Möglichkeiten, die Beschichtungsqualität durch Umformprozesse bei der Herstellung von geschweißten Hybrid-Halbzeugteilen zu beeinflussen.

Tailored Forming, Plasma-Pulver-Auftragschweißen, Hybride Bauteile, Querkeilwalzen

In diesem Artikel wird das flexible job-shop scheduling problem um die Betrachtung von Energiekosten erweitert, die infolge der Lastspitze entstehen. Zudem werden weitere Zielgrößen, wie der Bestand und die Durchlaufzeit, mit in die Zielfunktion aufgenommen. Somit kann ein Produktionsplan simultan hinsichtlich der entstehenden Energie- und Logistikkosten optimiert werden.

Das entstehende energy-costs-aware flexible job-shop scheduling problem (EFJSP) wird mathematisch beschrieben und ein memetischer Algorithmus (MA) zur Lösung vorgestellt. In dem MA wird der evolutionäre Prozess um eine lokale Suche erweitert. Zusätzlich werden Reparaturverfahren angewendet, um im evolutionären Prozess entstandenen Unzulässigkeiten zu beheben. Ein Potential zur Senkung der Kosten eines Produktionsplans infolge der Berücksichtigung von Energieverbräuchen wird aufgezeigt.

Memetischer Algorithmus, Energiekosten, Lastspitze, Produktionsplan

Schmiedeteile eignen sich für den Gebrauch in der Automotiveindustrie, da sie die Anforderungen des Leichtbaus erfüllen und zugleich hohen Belastungen standhalten. Um eine hohe Prozessgüte zu erreichen, muss beim gratlosen Präzisionschmieden die Flittergratbildung zwischen den formgebenden Elementen (Gesenkhälften und Stempeln) vermieden werden. Nach aktuellem Stand der Forschung ist die zur Vermeidung notwendige Vorheresage der Flittergratbildung nicht möglich.

In diesem Paper ist die Entwicklung eines Modells zur Vorhersage der Flittergratbildung, basierend auf der Finite Elemente Methode (FEM), beschrieben. Dazu wurden verschiedene Analyseparemeter aus der FEM hinsichtlich ihrer Korrelation (Signifikanz und Effekt) zu den Prozessparametern Umformtemperatur, Umformgeschwindigkeit und Gratspaltbreite untersucht. Unter allen untersuchten Analyseparametern wurden der Hydrostatische Druck und die Umformkraft in Hauptumformrichtung als die zur Flittergratprognose am meisten geeigneten Parameter identifiziert.

Aluminiumschmieden, gratloses Präzisionsschmieden, gratloses Schmieden, FEM

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.

Schlussbericht

optisches Messverfahren, Drehmoment, absoluter Drehwinkel

Dieser Vortrag erläutert die Ergebnisse des Forschungsprojekts "4.0 Ready" und geht dabei insbesondere auf die Potenziale und Hemmnisse der Einführung interaktiver Assistenzsysteme, speziell im Bereich Service und Wartung, sowie die Unterstützung dieser über die Verwendung von Reifegradmodellen ein.

Industrie 4.0, Interaktive Assistenzsysteme, Datenbrillen, Reifegradmodelle

Ihre Ansprechpartnerin

Susann Reichert
B. Eng.

Referentin für Public Relations und Marketing

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