Automatisierte Flurförderzeuge meistern schwierige Fahrsituationen schlechter als Menschen – noch. Neue Ansätze auf Basis von Künstlicher Intelligenz (KI) sollen das menschliche Fahrverhalten nachbilden und automatisierten Systemen mehr Flexibilität verleihen.
FFZ, Künstliche Intelligenz, Intralogistik,
Additive Fertigung, Materialextrusion, Güteklassen, Bildverarbeitung, Prozessüberwachung
Hybridbauteile, die aus mehreren Werkstoffen bestehen, können die steigenden Anforderungen an Leichtbau und Funktionsintegration in der Automobil- und Flugzeugindustrie erfüllen. Hybride Halbzeuge werden hergestellt, indem auf einen niedrig legierten Grundwerkstoff eine hochlegierte Schicht aufgebracht wird, bevor das Werkstück warm umgeformt und bearbeitet wird. Während dieser Prozesskette können Werkstückabweichungen in Form von Materialverteilung und Werkstoffeigenschaften auftreten, die die Lebensdauer des Bauteils beeinflussen. In dieser Arbeit wird untersucht, ob solche Werkstückabweichungen innerhalb der Prozesskette durch die Analyse von Prozesssignalen aus nachfolgenden Prozessschritten erkannt werden können. Zu diesem Zweck wurden Hybrid-Halbzeuge aus C22.8/X45CrSi9-3 mit künstlichen Werkstückabweichungen versehen. Anschließend wurden die Prozesssignale während der Umformung und der Bearbeitung auf ihre Empfindlichkeit gegenüber den künstlichen Abweichungen hin analysiert. Die Ergebnisse zeigten, dass Abweichungen in der Beschichtungsgröße mit Hilfe von Signalen sowohl aus der Umformung als auch aus der Zerspanung effektiv überwacht werden können. Abweichungen in der Position der Beschichtung können nur während der Bearbeitung erkannt werden, während die Signale der Umformung besser auf die eingeführten Härteabweichungen von ca. 100 HV0,1 reagieren.
Laser-Heißdraht-Auftragschweißen, Querkeilwalzen, Zerspanung, Überwachung, Werkstückabweichungen
In einer zunehmend digitalisierten Welt bilden IT-Systeme wie ERP oder MES das Rückgrat effizienter Prozesse. Doch viele Unternehmen stellen fest, dass ihre IT-Systeme den sich ändernden Anforderungen weder gerecht werden noch die neuen Prozesse effektiv unterstützen. Dies führt entweder zur Entwicklung von Schatten-IT, d. h. zu provisorischen Anpassungen des IT-Systems oder zur Notwendikeit der Auswahl eines neuen IT-Systems. Um dem entgegenzuwirken bzw. den Auswahlprozess zu verbessern, wurde das Forschungsprojekt VIPER ins Leben gerufen. Das FIR an der RWTH Aachen und das IPH – Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH, haben sich zum Ziel gesetzt, Unternehmen durch die Betrachtung des gesamten soziotechnischen Informationssystems dabei zu unterstützen, die Lebensdauer ihrer IT-Systeme zu erhöhen und bessere Entscheidungen bei der Auswahl neuer IT-Systeme zu treffen.
IT-Systeme, Veränderungsfähigkeit
Entwicklung eines Prototyps zur automatisierten Datenqualitätskontrolle bei der Trivium Packaging GmbH, einem Hersteller von Metallverpackungen. Das Projekt zielte darauf ab, die Zuverlässigkeit der Produktionsdaten für KPI-Berechnungen zu gewährleisten, indem es Plausibilitätschecks für Maschinen- und Linien-Status implementierte, um Störungen frühzeitig zu identifizieren. Der Einsatz von KI und Algorithmen zur Überwachung und Auswertung der Datenqualität in Echtzeit führte zu einer verbesserten Effizienz und Leistung der Fertigungslinien. Ein Leitfaden zur Sicherstellung der Datenqualität für zuverlässige KPI-Berechnungen wurde ebenfalls erstellt, um kleinen und mittleren Unternehmen zu helfen, ihre Wettbewerbsfähigkeit zu steigern.
Datenqualität, Produktion, Fertigung, KPI, Metriken
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
Fahrerlose Transportsysteme (FTS) sind flurgebundene Systeme,
bestehend aus mehreren Komponenten, die den logistischen Materialtransport automatisiert und fahrerlos organisieren können.
Die Vorteile, die mit einer Einführung von FTS einhergehen, können besonders für kleinere oder mittlere Unternehmen (KMU)
interessant sein. Durch eine gezielte Erhöhung des Automatisierungsgrades bei der Organisation innerbetrieblicher Abläufe mithilfe von FTS kann ein erhöhtes Materialtransportaufkommen
zuverlässig und mit hoher Verfügbarkeit bewältigt werden, ohne
dass gleichzeitig mehr Personal gebunden werden muss. So können Personalressourcen effizienter eingesetzt und durch die Nutzung von FTS entlastet werden.
Digitale Wegenetzplanung, Digitale Fabrikplanung, FTS-Einführung
Eine autonom fliegende Indoor-Drohne entwickelt das IPH im Forschungsprojekt AIMS 5.0 als eines von 20 Anwendungsbeispielen für die Industrie der Zukunft. Das Projekt wird von der EU gefördert, beteiligt sind 53 Forschungs- und Industriepartner aus zwölf Ländern.
Drohne, Kopter, Datenerfassung, Digitaler Zwilling, Industrie 5.0
Eine alternde Gesellschaft sowie das Auftreten immer neuer Krankheiten erzeugen ein schnelles Wachstum der Gesundheitsbranche in vielen Industriestaaten. Die Nutzung von KI kann zu einer Leistungssteigerung bei gleichzeitigem Einsparen von Kosten führen. Daher nimmt der Einsatz von KI im
Bereich der Medizintechnik kontinuierlich zu, angetrieben von den zahlreichen Vorteilen, die sie mit sich bringt, unter anderem:
- Die Diagnosestellung kann erheblich optimiert werden, indem umfangreiches Erfahrungswissen in KI-Systeme eingepflegt und von diesen abgerufen werden kann. In dieser Hinsicht befähigt KI, Bilder, Laborergebnisse sowie Patient*innenakten zu analysieren und auszuwerten.
- Individualisierte Behandlungspläne können durch die Anwendung von KI entwickelt werden. Diese Pläne berücksichtigen ganzheitlich sämtliche Aspekte der Patient*innen und tragen dadurch dazu bei, die Wirksamkeit der Therapie in bedeutender Weise zu steigern.
- Prädiktive Analysen werden durch die Nutzung von KI ermöglicht. Hierbei kann die KI Risikofaktoren identifizieren und Komplikationen vorhersagen.
KI, Unüberwachtes Lernen, Diagnostik
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
Der Sonderforschungsbereich 1153 erforscht eine neuartige Prozesskette zur Herstellung von Hochleistungs-Hybridbauteilen. Die Kombination von Aluminium und Stahl kann das Gewicht von Bauteilen reduzieren und zu einem geringeren Kraftstoffverbrauch führen. Beim Schweißen von Aluminium und Stahl bildet sich eine spröde intermetallische Phase, die die Lebensdauer des Bauteils verringert. Nach dem Schweißen wird das Werkstück inhomogen erwärmt und in einem Querkeilwalzverfahren warm umgeformt. Da die intermetallische Phase während der Warmumformung temperaturabhängig wächst, ist die Temperaturführung von großer Bedeutung. In dieser Arbeit wird die Möglichkeit der prozessintegrierten Kontakttemperaturmessung mit Dünnschichtsensoren untersucht. Dazu wird die Anfangstemperaturverteilung nach der induktiven Erwärmung des Werkstücks bestimmt. Anschließend wird ein Querkeilwalzen durchgeführt und die Daten der Dünnschichtsensoren mit den Temperaturmessungen nach der Erwärmung verglichen. Es zeigt sich, dass in das Werkzeug eingebrachte Dünnschichtsensoren in der Lage sind, Oberflächentemperaturen bereits bei einer Kontaktzeit von 0,041 s zu messen. Die neue Prozessüberwachung der Temperatur ermöglicht es, ein besseres Prozessverständnis zu entwickeln sowie die Temperaturverteilung weiter zu optimieren. Langfristig lassen sich aus der Kenntnis der Temperaturen in den verschiedenen Werkstoffen auch Qualitätsmerkmale sowie Erkenntnisse über die Ursachen möglicher Prozessfehler (z.B. Bruch der Fügezone) ableiten.
Querkeilwalzen, Dünnschichtsensoren, Hybridbauteile, Aluminium, Temperaturüberwachung
Der Sonderforschungsbereich 1153 erforscht eine innovative Prozesskette zur Herstellung von Hybridbauteilen. Die hybriden Werkstücke werden zunächst gefügt und anschließend durch Querkeilwalzen umgeformt. Um das Verhalten der Fügezone bei erhöhter Komplexität des Umformprozesses zu untersuchen, wurden Ritzelwellen hergestellt. Zu diesem Zweck wurden sechs Arten von Werkstücken, die mit drei Arten von Fügeverfahren hergestellt wurden, zu Ritzelwellen umgeformt. Das Referenzverfahren liefert eine Welle mit einem glatten Lagersitz. Es wurde festgestellt, dass die erhöhte Komplexität im Vergleich zu den Referenzprozessen keine Herausforderungen darstellte. Bei den Ritzeln aus Stahl wurde eine nahezu endkonturnahe Geometrie erreicht.
Hybridbauteile, Querkeilwalzen, Warmumformung, Laserstrahlschweißen, LHWD-Schweißen
Die Globalisierung ermöglicht selbst kleinen und mittleren Unternehmen einen weltweiten Vertrieb ihrer Produkte. Einhergehend damit vergrößert sich für diese allerdings auch der Kreis der direkten Wettbewerber. Durch den stetig zunehmenden Wettbewerb bauen insbesondere kleinere Unternehmen Maßnahmen zu Direktvertrieb und E-Commerce aus. Dafür müssen Ressourcen für Verpackung, Lager und Kommissionierung vorgehalten werden. Der hohe Wettbewerbsdruck, dem die Unternehmen ausgesetzt sind, kann die Beachtung der Anforderungen der Ressource Mensch in den Hintergrund des unternehmerischen Handelns geraten lassen. Wird diese Ressource nicht nachhaltig genutzt, entsteht für diese Unternehmen oft auf kurze und lange Sicht ein Wettbewerbsnachteil in der Form, dass jenes Unternehmen Ersatz für kurzfristig ausfallende Mitarbeiter suchen muss und wichtiges Erfahrungswissen durch betroffene Mitarbeiter verliert. Dies stellt insbesondere für kleinere und mittlere Unternehmen einen Wettbewerbsnachteil dar. Ebenso ist der volkswirtschaftliche Schaden zu betrachten: Für erkrankte Mitarbeiter müssen Aufwendungen für Genesung und Umschulung aufgebracht werden. Des Weiteren sind Stellen durch ein zunehmendes Gesundheitsbewusstsein schwerer zu besetzen, wenn nicht auf die Gesundheit jedes Mitarbeiters eingegangen wird. Das Forschungsvorhaben mit dem Titel „Automatisierte kamerabasierte ergonomische Evaluation von Arbeitsplätzen” (kurz AkEvAp) setzt genau an diesem Punkt an, um den Menschen als Ressource nachhaltig für die Kommissionierung zu nutzen.
Kommissionierung, AkEvAp, Ergonomie
Energiewende ja, aber ein Windrad in der Nähe? Nein! Der Ausbau der Windenergie ist dringend notwendig, doch Widerstand in der Nachbarschaft und von Naturschutzvereinen verzögert oder stoppt viele Bauprojekte. Mit Künstlicher Intelligenz (KI) will das interdisziplinäre Verbundprojekt WindGISKI den Ausbau der Windenergie beschleunigen. Acht Unternehmen, Verbände und Forschungseinrichtungen entwickeln ein Geoinformationssystem, das die Erfolgsaussichten von Windenergie-Bauprojekten vorhersagen soll.
Künstliche Intelligenz, KI, Energiewende, Windenergie, Flächenbewertung, Geoinformationssystem
Die Resilienz von Lieferketten gewinnt für produzierende Unternehmen in Zeiten schwerer Störungen durch Krisen massiv an Bedeutung. Die Auswahl von Zulieferern ist ein zentraler Aspekt bei dem Aufbau einer resilienten Lieferkette. Aktuell fehlt jedoch eine ganzheitliche Methode zur Auswahl von Lieferanten unter Berücksichtigung der Resilienz. In diesem Beitrag wird daher ein Forschungsprojekt vorgestellt, das die Entwicklung eines Bewertungsmaßes für die Resilienz im Kontext der Zuliefererauswahl zum Ziel hat. Dabei sollen die vorhandene Resilienz aus der Sicht des Zuliefererunternehmens und die benötigte Resilienz aus der Sicht des auswählenden Unternehmens berücksichtigt werden.
Logistik, Zuliefererauswahl, Resilienz, Supply Chain, Supply Chain Management
Volatile Märkte sowie zunehmende Produktvarianz führen zu komplexeren innerbetrieblichen Materialflüssen. Um diesen gerecht zu werden, ist eine deutliche Steigerung der Flexibilität und Wandlungsfähigkeit vorherrschender Intralogistiksysteme von Nöten. Zur Flexibilisierung der Intralogistik können (kleinskalige) modulare Fördersysteme eingesetzt werden. Hemmnisse für den Praxiseinsatz stellen die geringe Verbreitung sowie die hohen Investitionskosten dar. Um Vorbehalte als auch Risiken zu reduzieren, wurden in einem Forschungsprojekt eine Evaluierungs- und Optimierungsmethode sowie ein anwendungsnahes Planungstool für modulare Förderanlagenlayouts entwickelt. Es befähigt sowohl Planungsdienstleister als auch Anwender, modulare Fördersysteme zu bewerten und deren Potentiale nutzbar zu machen.
Fördertechnik, Layoutplanung, Optimierung, Genetischer Algorithmus, Software
Arbeitsbedingte Erkrankungen und die daraus resultierenden Fehlzeiten der Mitarbeiter können vor allem in kleinen und mittleren Unternehmen erhebliche Auswirkungen auf die Produktivität und Wettbewerbsfähigkeit haben. Gerade in der Schmiedeindustrie führt die manuelle Handhabung von Schmiedeteilen zu hohen körperlichen Belastungen und damit zu häufigen Erkrankungen des Muskel-Skelett-Systems, insbesondere des Hand-Arm-Systems. Eine Möglichkeit, diesem Umstand entgegenzuwirken, ist der Einsatz von ergonomischen Schmiedezangen. In der hier vorgestellten Studie wurde der Einfluss von ergonomischen Schmiedezangen auf die körperliche Belastung von Schmiedebeschäftigten mittels Simulation und Experiment untersucht und mit herkömmlichen Schmiedezangen verglichen. Im Rahmen der Simulation und der experimentellen Untersuchung wurden Schmiedeteile und Schmiedezangen variiert. In der Simulation konnte eine ergonomische Beurteilung der Schmiedesituation mit Hilfe des Ergonomic Assessment Worksheet bewertet werden. In der experimentellen Untersuchung wurde anhand von Greifkraft- und Kalorienmessungen ermittelt, wie sich die Handhabung der Schmiedezange auf die Schmiedearbeiter auswirkt. Die Ergebnisse zeigen, dass der Einsatz der neuen ergonomisch optimierten Schmiedezange zu einer deutlichen körperlichen Entlastung der Schmiedemitarbeiter führen kann. Die Erkenntnisse aus den ergonomisch entwickelten Konzepten sind auch auf andere Branchen übertragbar.
Umformtechnik, Ergonomie
Die eingeschränkte Sicht beim Betrieb von Gabelstaplern ist eine der größten Gefahrenquellen beim innerbetrieblichen Materialumschlag. Bestehende Systeme erfassen verdeckte Bereiche über Kameras und zeigen diese direkt auf Monitoren in der Fahrerkabine an. Der Fahrer muss seine Aufmerksamkeit vorübergehend auf einen Bildschirm richten und kann die für die Fahraufgabe notwendigen Informationen nicht wirklich wahrnehmen. Wir haben das erste Augmented-Reality-basierte Fahrerassistenzsystem zur Verbesserung der Sicherheit in der Intralogistik entwickelt. Die Ergebnisse zeigen, dass es in der Lage ist, Sichteinschränkungen direkt im Blickfeld des Fahrers zu beseitigen und die Illusion von transparenten Fahrzeugkomponenten zu erzeugen.
Augmented Reality, Assistenzsystem, Intralogistik
Machine Learning findet bereits in vielen Bereichen des alltäglichen Lebens Anwendung und bietet weitreichende Potenziale in der Produktion. Gleichzeitig gewinnt durch die zunehmende Relevanz von ESG der effiziente Einsatz von Ressourcen immer mehr an Bedeutung. Mit der Umsetzung von Machine Learning in der Produktion zur Steigerung der Ressourceneffizienz können Unternehmen effektiver und effizienter werden, wobei sie gleichzeitig ESG-Strategien umsetzen. Insbesondere KMU stellt die Einführung vor eine große Herausforderung. Neben der hohen Komplexität von Machine Learning-Anwendungen fehlt oft die Kenntnis über passende Anwendungsmöglichkeiten sowie die Überzeugung des Nutzens, der sich daraus ergibt. Im folgenden Artikel werden Anwendungen des Maschinellen Lernens zur Steigerung der Ressourceneffizienz entlang der internen Lieferkette sowie deren Potenziale diskutiert.
Machine Learning, Produktion, Ressourceneffizienz
