Veröffentlichungen

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

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

Unbemannte Luftfahrzeugsysteme (engl. Unmanned Aircraft Systems - UAS) decken nicht nur draußen, sondern auch Indoor unterschiedlichste Anwendungsmöglichkeiten ab. In einigen dieser Anwendungsfelder wie bspw. bei der Fabriklayoutdigitalisierung oder dem innerbetrieblichen Materialtransport konnte die Verwendung von UAS bereits erfolgreich getestet und validiert werden. Der aktuelle technische Entwicklungsstand von UAS für Flugregelung, Kollisionsvermeidung und Flugleistung lässt grundsätzlich den Einsatz im Produktionsbetrieb zu. Ungeklärt ist weiterhin, welche rechtlichen und somit auch versicherungstechnischen, technischen und betrieblichen Voraussetzungen von anwendenden Unternehmen für die Verwendung im Produktionsbetrieb geschaffen werden müssen. In diesem Whitepaper werden diese Fragen diskutiert. Anschließend wird eine technische und betriebliche Risikoanalyse vorgestellt, die um einen Maßnahmenkatalog für eine fachgemäße Einführung und Anwendung der UAS-Technologie ergänzt wird. Dabei werden mögliche Risiken betrachtet, auch wenn mit zunehmendem Automatisierungsgrad von UAS die Risiken durch Sicherheitsmechanismen und entsprechende Sensorik verringert werden können.

Drohnen, Intralogistik, Automatisierter Transport

Der Einsatz eines Manufacturing Execution Systems (MES) kann viele Vorteile für Unternehmen bieten, doch stellt die Einführung häufig eine große Herausforderung dar. Determinierend für eine erfolgreiche Einführung sind die Bestimmung notwendiger Anforderungen, deren Erfüllung durch das Unternehmen sowie deren Berücksichtigung im Einführungsprozess. In diesem Beitrag wird die Entwicklung einer reifegradbasierten Methode für die Bewertung und Verbesserung der unternehmensindividuellen Erfüllung der Anforderungen einer MESEinführung vorgestellt.

Manufacturing Execution System, Reifegradmodell, Digitalisierung

Projektstart FliDiAl: In Kooperation mit der Otto Fuchs KG erforscht das IPH Methoden, um Flittergrat beim Gratlosschmieden von Aluminium vorherzusagen und zu vermeiden. Die Entwicklung zielführender Dichtungskonzepte soll zukünftig die Prozesseffizienz erheblich erhöhen.

Gratlosschmieden, Aluminium, Flittergrat, Dichtungskonzept

Der 3-D-Druck von großen maschinenbaulichen Komponenten mit Unikatcharakter wie beispielsweise Gehäuse von Schiffsgetrieben hat als sogenannte Additive Fertigung ein großes Entwicklungspotential. Als Alternative zum Gießen mit aufwändigem Formenbau bietet die Additive Fertigung von solchen Groß-Produkten deutlich größere konstruktive Freiheiten. Dazu entwickelt ein Konsortium aus Forschungsinstituten und Unternehmen aus Hannover, Langenhagen und Hameln gemeinsam einen XXL-3DDrucker mit einem Bauraum von 4,5 m * 3 m * 1,4 m.

Additive Fertigung, 3D-Druck, XXL-Produkte, Unikatfertigung, Qualitätsüberwachung

Dieser Artikel handelt vom Aufbau von Recyclingkreisläufen für den 3D-Druck. Hierfür erforschen Wissenschaftler am Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) gGmbH Prozessschritte zur Gewinnung und Verarbeitung von recycelten Kunststoffmaterialien.

Recycling, Additive Fertigung, Kunststoffabfälle

Die Produktion von Hybridbauteilen beinhaltet eine lange Prozesskette, die bereits vor der Bearbeitung zu hohen Investitionskosten führt. Um die Prozesssicherheit und Prozessqualität bei der Endbearbeitung zu erhöhen, ist es notwendig, Informationen über die Halbzeuggeometrie für den Bearbeitungsprozess bereitzustellen und fehlerhafte Bauteile frühzeitig zu identifizieren. In diesem Beitrag wird eine Untersuchung zur Vorhersage von Maßabweichungen und Lunkern im Material während des Querkeilwalzens von Wellen auf Basis des gemessenen Werkzeugkraft vorgestellt. Zunächst wird der Prozess in Bezug auf die Variation des Durchmessers für drei Walzspalte und zwei Materialien untersucht. Anschließend werden aus den hydraulischen Drücken der Werkzeuge Merkmale generiert und multi-lineare Regressionsmodelle entwickelt, um die resultierenden Durchmesser der Wellenschulter zu bestimmen. Diese Modelle zeigen eine bessere Vorhersagegenauigkeit als Modelle, die auf Metadaten über den eingestellten Walzenspalt und das geformte Material basieren. Die Merkmale werden zusätzlich genutzt, um den Prozess hinsichtlich des Mannesmann-Effekts erfolgreich zu überwachen. Abschließend wird ein Sensorkonzept für eine neue Querkeilwalzmaschine zur Verbesserung der Vorhersage der Werkstückgeometrie und ein neuer Ansatz zur Überwachung von Bearbeitungsprozessen von Werkstücken mit Maßabweichungen für kommende Studien vorgestellt.

Querkeilwalzen, Umformtechnik, Hybrid, Halbzeuge, Tailored Forming

Warmgeschmiedete Bauteile haben bessere Oberflächeneigenschaften und eine höhere Maßhaltigkeit als warmgeschmiedete Bauteile. Als Verschleißschutzschichten können diamantähnliche Kohlenstoffschichten (DLC) eingesetzt werden, die antiadhäsiv und extrem hart (bis 3500 HV) sind, um die Standzeit der Werkzeuge zu erhöhen. In der ersten Förderperiode des Forschungsprojekts am IPH - Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH und dem Institut für Oberflächentechnik (IOT) der Technischen Universität Braunschweig in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik (IST) wurde der Einfluss verschiedener Schichttypen und Prozesstemperaturen auf den Werkzeugverschleiß untersucht. Das Ergebnis ist, dass DLC-Beschichtungen den Werkzeugverschleiß zum Teil deutlich reduzieren können, ihre Standzeit aber stark von der Temperatur abhängig ist. Eine schichtintegrierte Temperaturmessung konnte zu diesem Zeitpunkt aufgrund von Adhäsionsproblemen nicht realisiert werden. In der zweiten Förderperiode wurde der Einfluss von mehrlagigen DLC-Schichten auf den Werkzeugverschleiß untersucht. Außerdem wurde eine zusätzliche Methode der Temperaturmessung auf der Gravuroberfläche mittels Dünnschichtsensoren entwickelt, um die lokale Prozesstemperatur und den lokalen Schichtverschleiß zu korrelieren. In dieser Arbeit werden die Entwicklung und die Ergebnisse der Dünnschicht-Temperatursensoren vorgestellt, die genauere Temperaturmessungen als die üblicherweise verwendeten Thermoelemente ermöglichen. Ihre Funktionalität und Haltbarkeit unter hohen Belastungen wurden untersucht und erwiesen sich als vielversprechend.

DLC2, Halbwarmschmieden, Schmieden, Verschleiß, Umformung

Fabrikplanung ist für produzierende Unternehmen ein wichtiges Werkzeug, um die Effizienz zu steigern oder die Wettbewerbsfähigkeit zu erhalten. Eine besondere Herausforderung ist hierbei die Aufnahme von Fabriklayoutdaten und die Verarbeitung der Daten in Fabrikplanungstools. In der heutigen Zeit werden viel Layoutdaten noch händisch aufgenommen oder aus Laserscandaten händisch in Fabrikplanungstools übertragen. Dies führt zu einem hohen Arbeitsaufwand und ist fehleranfällig.

In dieser Arbeit wird ein ganzheitliches Konzept für eine automatisierte und systematische Datenaufnahme und Datenverarbeitung für den Fabrikplanungsprozess vorgestellt.

3D Fabrikplanung, automatisierter Drohnenflug, Punktwolkenverarbeitung, 3D Layoutscan

Wie lassen sich additive Prozessketten automatisieren und die Druckqualität überwachen? Wie entsteht im Multimaterialdruck ein Bauteil aus Metall und Kunststoff? Das und mehr haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von Niedersachsen ADDITIV in den vergangenen drei Jahren erforscht.

Additive Fertigung, 3D-Druck, Automatisierung, Qualitätssicherung

In diesem Artikel wird ein Verfahren zur automatischen Sichteinschränkungsdetektion und maskenbasierten, deckungsgleichen Sichteinschränkungskompensation, basierend auf dem Prinzip der erweiterten Realität, vorgestellt. Das Verfahren beruht auf einer Überlagerung eines simulierten Bedienerblickfeldes mit Informationen aus einer von zwei RGB-Kameras rekonstruierten Szene. Die Kameras werden derart angeordnet, dass sie die Szeneninformationen hinter der Sichteinschränkung aufnehmen können. Neben der Vorstellung des Versuchsaufbaus, findet eine detaillierte Vorstellung der Bildverarbeitungssoftware statt. Im Hinblick auf den späteren Einsatz des Systems in einem Flurförderzeug, wird zudem die Echtzeitfähigkeit untersucht und Optimierungsmöglichkeiten diskutiert.

Augmented Reality, Flurförderzeug, Sichteinschränkungskompensation, Bildverarbeitungssoftware

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.