Die Realisierung eines geplanten Layoutkonzepts stellt eine komplexe Teilaufgabe innerhalb der Fabrikplanung dar. Insbesondere die zeitliche Anordnung der notwendigen Umzugsschritte unter Berücksichtigung vorhandener Restriktionen wird nach aktuellem Stand meist manuell ausgeführt. Eine methodische Planungsunterstützung könnte zu einer entscheidenden Reduzierung des Aufwands der Realisierungsvorbereitung beitragen. Daher wurde in einem Forschungsprojekt eine einfach anwendbare Methode zur Planung eines Fabrikumzugs für Reorganisationsprojekte entwickelt, welche von Unternehmen im praktischen Kontext angewendet werden kann.
Fabrikplanung, Umzugsplanung, Projektplanung, Optimierung, Operations Research
Die Nutzung von Machine Learning hat sich bereits in vielen Bereichen des alltäglichen Lebens etabliert und findet zunehmend Anwendung. Auch im Bereich der Produktion und Logistik gewinnt Machine Learning immer mehr an Bedeutung. Die komplexe Implementierung stellt jedoch vor allem kleine und mittlere Unternehmen (KMU) vor große Herausforderungen. Dies führt dazu, dass viele KMU auf die Nutzung von Machine-Learning-Anwendungen verzichten. Daher befasst sich das IPH – Institut für Integrierte Produktion gemeinsam mit dem IPRI – International Performance Research Institute in dem Forschungsprojekt „MLready“ mit der Entwicklung einer Einführungsstrategie, die KMU dazu befähigen soll, Machine Learning einfach und effizient implementieren und nutzen zu können
Maschinelles Lernen, KMU, Produktion, ML-Einführungsstrategie
Obwohl Fabrikplanung als Möglichkeit zur signifikanten Steigerung der Produktivität in der Fertigung weitgehend anerkannt ist, können die damit verbundenen Kosten in Bezug auf Zeit und Geld ein Hemmnis sein. In diesem Beitrag präsentieren wir eine Lösung für diese Herausforderung durch die Entwicklung eines Software-in-the-Loop (SITL) Frameworks, das ein automatisiertes unbemanntes Luftfahrtsystem (UAS). Das Framework beinhaltet simulierte Sensoren, ein UAS und eine virtuelle Fabrikumgebung. Darüber hinaus sellen wir einen Deep Reinforcement Learning (DRL) Agenten vor, der in der Lage ist, Kollisionen zu vermeiden und Explorationen mit dem Dueling Double Deep Q-Network (3DQN) mit priorisierter Erfahrungswiedergabe durchzuführen.
Künstliche Intelligenz, Bestärkendes Lernen, Unbemannte Luftfahrtsysteme
Schmiedeteile werden in mehreren Prozessschritten, der sogenannten Schmiedefolge, hergestellt. Die Gestaltung von effizienten Schmiedefolgen ist ein sehr komplexer und iterativer Entwicklungsprozess. Um diesen Prozess zu automatisieren und die Entwicklungszeit zu reduzieren, wird hier eine Methode vorgestellt, die auf Basis der Bauteilgeometrie (STL-Datei) automatisch mehrstufige Schmiedefolgen für unterschiedliche Schmiedegeometrien erzeugt. Das Verfahren wurde für das Gesenkschmieden entwickelt. Es werden die einzelnen Module dieser Schmiedefolgeauslegungsmethode (FSD-Methode) sowie die Funktionsweise des Algorithmus zur Generierung der Zwischenformen vorgestellt. Die Methode wird auf verschiedene Schmiedestücke mit unterschiedlichen geometrischen Merkmalen angewendet. Die generierten Schmiedefolgen werden mit FE-Simulationen auf die Qualitätskriterien Formfüllung und Faltenfreiheit überprüft. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass die entwickelte FSD-Methode in kurzer Zeit gute Näherungslösungen für einen ersten Entwurf von Schmiedefolgen für das Gesenkschmieden liefert.
Schmieden, Schmiedeabläufe, CAD, automatisierte Prozessgestaltung, Gesenkschmieden
Schmiedeteile werden in mehreren Prozessschritten, der sogenannten Stadienfolge, hergestellt. Die Gestaltung von effizienten Stadienfolgen ist ein sehr komplexer und iterativer Entwicklungsprozess. Um diesen Prozess zu automatisieren und die Entwicklungszeit zu reduzieren, wird hier eine Methode vorgestellt, die auf Basis der Bauteilgeometrie (STL-Datei) automatisch mehrstufige Stadienfolgen für unterschiedliche Schmiedegeometrien erzeugt. Das Verfahren wurde für das Gesenkschmieden entwickelt. Es werden die einzelnen Module dieser Stadienfolgeauslegungsmethode (FSD-Methode) sowie die Funktionsweise des Algorithmus zur Generierung der Zwischenformen vorgestellt. Die Methode wird auf verschiedene Schmiedeteile mit unterschiedlichen geometrischen Merkmalen angewendet. Die generierten Stadienfolgen werden mit FE-Simulationen auf die Qualitätskriterien Formfüllung und Faltenfreiheit überprüft. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass die entwickelte FSD-Methode in kurzer Zeit gute Näherungslösungen für einen ersten Entwurf von Stadienfolgen für das Gesenkschmieden liefert.
Stadienfolge, Stadienplanung, Automatisierung
Die Realisierung von Reorganisationsprojekten stellt eine komplexe und eigenständige Planungsaufgabe im Rahmen einer Fabriklayoutplanung dar. Es existieren nur wenig methodische Kenntnisse, welche die zeitlichen, räumlichen und organisatorischen Restriktionen in der Erstellung eines Terminplans berücksichtigen. Der vorliegende Beitrag soll die Wirkzusammenhänge in der Planung und Durchführung von Realisierungsprojekten darstellen und somit eine Diskussionsgrundlage für weiterführende Untersuchungen im Bereich der Terminplanung von Fabrikumzügen für die Reorganisation von Fabrikobjekten bereitstellen.
Fabrikplanung, Umzugsplanung, Projektplanung, Wirkmodellierung
Aufgrund der guten Fließeigenschaften von Aluminium neigt das Material beim gratlosen Präzisionsschmieden dazu, in Werkzeugspalte zu fließen und den sogenannten Flittergrat zu erzeugen. Zur industriellen Umsetzung von gratlosen Präzisionsschmiedeprozessen sollen, in Kooperation mit einem Industriepartner, eine innovative Prognosemethode für Flittergrat sowie Dichtungskonzepte erarbeitet werden. Simulative Untersuchungen zeigen, dass die lokale Formfüllung nicht gleichzusetzen ist mit einem hohen Druck respektive einer erhöhten Wahrscheinlichkeit für Flittergrat.
Flittergrat, FEM-Simulation, Dichtungskonzept, Präzisionsschmieden, Umformtechnik
Die fortschreitende Digitalisierung und neue Technologien haben die Entwicklung der Künstlichen Intelligenz (KI) in den letzten Jahren stark beeinflusst. Besonders für Unternehmen aus dem Bereich des Handwerks nimmt der Faktor Zeit aufgrund von verändertem Kundenverhalten, komplexer und anspruchsvoller werdenden Aufgaben und anderen Herausforderungen eine immer entscheidendere Rolle ein.
Künstliche Intelligenz, Handwerk, Leitfaden
Es wird eine neue Prozesskette für die Herstellung von lastangepassten Hybridbauteilen vorgestellt. Die Prozesskette "Tailored Forming" besteht aus einem Auftragschweißprozess, der Warmumformung, der spanenden Bearbeitung und einer optionalen Wärmebehandlung. Im Mittelpunkt dieser Arbeit steht die Kombination des Laserstrahl-Warmdraht-Auftragschweißens mit anschließender Warmumformung zur Herstellung von Hybridbauteilen. Die Anwendbarkeit wird für verschiedene Werkstoffkombinationen und Bauteilgeometrien, z. B. eine Welle mit Lagersitz oder ein Kegelrad, untersucht. Als Plattierungswerkstoffe werden der austenitische Edelstahl AISI 316L und der martensitische Ventilstahl AISI HNV3 verwendet, als Grundwerkstoffe werden Baustahl AISI 1022M und Einsatzstahl AISI 5120 eingesetzt. Die resultierenden Bauteileigenschaften nach dem Laserwarmdraht-Auftragschweißen und der Warmumformung wie Härte, Gefüge und Eigenspannungszustand werden vorgestellt. Die Warmumformung bewirkt im Auftragschweißen und in der Wärmeeinflusszone eine Umwandlung von einem Schweißgefüge in ein feinkörniges Umformgefüge. Die Warmumformung beeinflusst den Eigenspannungszustand in der Umhüllung erheblich, wobei der resultierende Eigenspannungszustand von der Werkstoffkombination abhängt.
Laser-Heißdraht-Auftragschweißen, Auftragschweißen, Warmumformung, Eigenspannung, Tailored Forming
Geometrie, Design und Verarbeitung haben neben den thermoelektrischen Materialeigenschaften einen erheblichen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit und Leistung von thermoelektrischen Generatoren (TEG). Während herkömmliche BULK-TEGs aufwändig herzustellen sind und nur begrenzte Variationen der Geometrie zulassen, sind gedruckte TEGs aufgrund der Verwendung organischer Materialien oft in ihrer Anwendung und Verarbeitungstemperatur eingeschränkt. In dieser Arbeit wird ein Proof-of-Concept für die Herstellung von modularen, anpassbaren und temperaturstabilen TEGs durch die Anwendung eines alternativen Laserprozesses demonstriert. Zu diesem Zweck wurden bei niedriger Temperatur gebrannte Keramiksubstrate großflächig beschichtet, mit einem Laser frei strukturiert, ohne Masken geschnitten und in einem einzigen optimierten thermischen Nachbearbeitungsprozess zu einer festen Struktur gesintert. Zum Nachweis der Machbarkeit wurde ein skalierbares Design mit komplexer Geometrie und großer Kühloberfläche für den Einsatz auf einer heißen Welle realisiert.
Thermoelektrik, Gedruckte Elektronik, Laserstrukturierung, Gedruckte Keramik, Sprühbeschichtung
Die digitale Erschließung von Räumen innerhalb der Stadt Hannover mittels digitalem Abbild ermöglicht es, Nutzungsbedarfe dieser Räume bedarfsgerechter und effizienter zu decken. Die Erstellung eines digitalen Abbilds, welches neue Möglichkeiten für den Zugang zum öffentlichen Raum erschließt, erfordert den Einsatz verschiedener Sensorik wie beispielsweise LiDAR-Sensoren und Tracking-Kameras zur 3D-Vermessung. Zur Auswahl geeigneter und mittels Multikopter einsetzbarer Sensoren, werden zunächst Anforderungen an das Gesamtsystem definiert, welche in Funktionsanforderungen für die Sensorik abgeleitet werden. Anschließend wird der Erfüllungsgrad der Funktionsanforderungen durch die unterschiedlichen Sensoren zunächst simulativ und anschließend praktisch ermittelt.
5G, Multikopter, digitales Abbild
Im Unrundwalzen wird die Machbarkeit untersucht, mehrere zueinander versetzte, lokal unrunde Formelemente in ein zylindrisches Halbzeug zu walzen. Ein Teilgebiet der Untersuchungen ist das Walzen von zwei elliptischen Abschnitten.
Aus drei unterschiedlichen Berechnungskonzepten für die Bestimmung der Werkzeuggravur wurde einer für eine simulative Parameterstudie gewählt. Die Haupteinflussgrößen, unter anderem die Länge und Breite der Gravur und ein Prozessfenster wurden identifiziert.
Umformtechnik, Fertigungstechnik, FEM
Um das Laserdurchstrahlschweißen (LDS) für additiv gefertigte Bauteile wie Prototypen, Kleinserien oder Einzelanfertigungen zu nutzen, ist ein erweitertes Prozesswissen erforderlich, um die aus dem additiven Fertigungsprozess resultierenden Schwierigkeiten beim Fügen der Bauteile zu überwinden. Im Vergleich zum Spritzgussverfahren für thermoplastische Teile führt das additive Fertigungsverfahren Fused Deposition Modeling zu einer inhomogenen Struktur mit Lufteinschlüssen im Inneren des Bauteils.
In diesem Beitrag wird ein auf einem neuronalen Netz basierendes Expertensystem vorgestellt, das dem Anwender Prozesswissen zur Verfügung stellt, um die Schweißnahtqualität von lasergeschweißten, additiv gefertigten Bauteilen zu verbessern. Sowohl der additive Fertigungsprozess als auch der LDS-Prozess werden durch das Expertensystem begleitet. Zunächst unterstützt das entwickelte Expertensystem den Anwender bei der Parametrierung des additiven Fertigungsprozesses, um die Transmissivität der gedruckten Bauteile zu erhöhen. Beim Schweißen werden die Parameter des additiven Fertigungsprozesses und des LDS-Prozesses zur Vorhersage der Schweißnahtfestigkeit verwendet. Um die Datenbasis für das Expertensystem zu schaffen, werden Proben aus transparentem und schwarzem Polylactid additiv gefertigt. Zur Veränderung der Transmissivität bei einer Wellenlänge von 940 nm des verwendeten Diodenlasers werden die Fertigungsparameter für die transparenten Teile variiert. Die Transmissivität der Proben wird mit einem Spektroskop gemessen. Die transparenten Proben werden mit Laserleistungen zwischen 8 und 14 W als Überlappstoß mit den schwarzen Proben verschweißt und im Scherzugversuch geprüft. In dieser Arbeit werden die Vorhersagen der Transmissivität und der Scherzugskraft mit einer Genauigkeit von mehr als 88,1 % der für das Expertensystem verwendeten neuronalen Netze nachgewiesen.
Additive Fertigung, Laserdurchstrahlschweißen, Neuronale Netze, Expertensystem
Um die Herstellung komplexer Geometrien möglichst effizient zu gestalten, werden in der Regel mehrere Umformstufen genutzt. Bei diesen wird das Rohteil zunächst homogen erwärmt und anschließend über mehrere Vor- und Zwischenstufen sowie der Fertigformung geschmiedet. Vorangegangene Untersuchungen haben gezeigt, dass durch den Einsatz einer inhomogenen, anstelle einer homogenen, Rohteilerwärmung eine deutliche Materialersparnis erzielt werden kann. Ein limitierender Faktor bei der praktischen Durchführung einer inhomogenen Erwärmung ist der Temperaturgradient zwischen den warmen und halbwarmen Bereichen des Rohteils.
Die vorliegende Studie untersucht daher den Einfluss der Länge des Temperaturgradienten auf die notwendige Rohteilgröße zur Erreichung einer Formfüllung bei gegebener Fertigteilgeometrie. Dafür wurde eine simulative Parameterstudie mit drei unterschiedlich langen Temperaturübergängen sowie zwei unterschiedlichen Fertigteilgrößen durchgeführt.
Es wurde gezeigt, dass je nach Fertigteilgröße und Länge des Temperaturgradienten zwischen 3,31 % und 17,49 % Material im Vergleich zu einem homogen erwärmten Rohteil eingespart werden können. Die Länge des Temperaturgradienten hat damit einen deutlichen Einfluss auf das Einsparpotential des Materials.
Massivumformung, Inhomogene Erwärmung, Ressourceneffizienz, FEM
Die zeitlich und räumlich exakte Darstellung von Informationen in Augmented Reality (AR) Systemen ist entscheidend für die Immersion und die Betriebssicherheit beim Einsatz der Technologie. In dieser Veröffentlichung wird ein Assistenzsystem vorgestellt, das ein Head-Mounted Display (HMD) verwendet, um visuelle Einschränkungen auf Gabelstaplern zu verbergen. Zudem wird eine Methode zur Bewertung der Genauigkeit und Latenz von AR-Systemen basierend auf HMD vorgeschlagen. Um die Genauigkeit zu messen, werden die Abweichungen zwischen realen und virtuellen Markern bestimmt. Für die Latenzmessung wird die Frame-Differenz zwischen realen und virtuellen Ereignissen bestimmt. Die Ergebnisse der Messungen zeigen die Einflüsse verschiedener Systemparameter und -dynamiken auf die Latenz und Einblendungsgenauigkeit.
Augmented Reality, Bildverarbeitung, Assistenzsystem, Flurförderzeuge
Die Additive Fertigung ermöglicht die wirtschaftliche Herstellung komplexer Komponenten mit einem hohen Maß an Individualisierung. Daher nutzt die medizinische Industrie die Vorteile der Additiven Fertigung zur Herstellung individualisierter medizinischer Geräte. Medizinische Geräte unterliegen besonderen Anforderungen an die Qualitätskontrolle, welche die additiven Fertigungsverfahren noch nicht erfüllen. Dieser Artikel befasst sich mit der Einführung eines Konzepts zur in situ Prozessüberwachung am Beispiel des Fused Deposition Modeling. Die Prozessüberwachung erfolgt durch ein Qualitätsmodell, welches auf die Daten eines selbst entwickelten, im Drucker integrierten Sensorkonzeptes zugreift. Diese Daten werden mit Hilfe einer Machine-Learning-Pipeline analysiert, um die Prozess- und Produktqualität vorherzusagen. Die Machine-Learning-Pipeline besteht dabei aus mehreren aufeinander aufbauenden Schritten, die von der Datenextraktion und -vorverarbeitung bis zum Modelltraining und -einsatz reichen. Das vorgestellte Verfahren zur Sicherstellung der Druckqualität bildet eine Grundlage für die Produktion von sicherheitsrelevanten Bauteilen in Losgröße eins und erweitert herkömmliche Qualitätssicherungsmethoden in der Additiven Fertigung.
Additive Fertigung, Qualität, Fused Deposition Modeling, Künstliche Intelligenz, Prozessüberwachung
Durch Prozessüberwachungsstrategien lassen sich verschleißbedingte Zustände von Schmiedegesenken erkennen und prognostizieren. Die Prognose des Verschleißzustands erlauben intelligente Instandhaltungsstrategien. Dadurch lassen sich Reststandmengen voll ausschöpfen, Ausschuss reduzieren und Ausfallzeiten einkalkulieren. Inhalt dieses Beitrags ist die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung zur Kalkulation des Amortisationszeitpunkts einer Prozessüberwachung
Schmieden, Prozessüberwachung, Wirtschaftlichkeit
Das Laserdurchstrahlschweißen (LTW) ist eine bekannte Technologie zum Verbinden konventionell hergestellter thermoplastischer Teile, z. B. Spritzgussteile. Wird LTW für additiv gefertigte Teile (in der Regel Prototypen, Kleinserien) verwendet, muss das Verfahren weiterentwickelt werden, um die aus dem additiven Fertigungsprozess resultierenden Schwierigkeiten bei der Teilezusammensetzung zu überwinden.
In diesem Beitrag wird eine Methode zur Verbesserung der Schweißnahtqualität von lasergeschweißten, additiv gefertigten Bauteilen mithilfe eines auf einem neuronalen Netz basierenden Expertensystems vorgestellt. Zur Validierung des Expertensystems werden Probekörper aus Polylactid additiv gefertigt. Die Parameter des additiven Fertigungsprozesses, die Transmissivität und die Parameter des LTW-Prozesses werden verwendet, um die Scherzugkraft mit dem neuronalen Netzwerk vorherzusagen. Die transparenten Proben werden mit schwarzen absorbierenden Proben als Überlappstoß verschweißt und in Scherzugversuchen geprüft. In dieser Arbeit wird die Vorhersage der Scherzugskraft mit einer Genauigkeit von 88,1 % des auf einem neuronalen Netz basierenden Expertensystems nachgewiesen.
Additive Fertigung, Laserdurchstrahlschweißen, Neuronale Netze, Expertensystem
Während des Flachbackenwalzens laufen zwei Werkzeugplatten aneinander vorbei und formen das darin eingeschlossene zylindrische Halbzeug um. Im Rahmen des Forschungsprojekts Unrundwalzen wird das Walzen von mehreren, lokal unrunden Geometrien wie Exzentern untersucht. Unter Zuhilfenahme der statistischen Versuchsplanung ist eine simulative Parameteruntersuchung erfolgt, Haupteinflussgrößen wurden erkannt und Prozessfenster identifiziert.
Unrund, Exzenter, Flachbackenwerkzeuge, Vorform, Zwischenform, FEM
Wie lassen sich additiv gefertigte Bauteile mit dem Laser verschweißen? Der schichtweise Aufbau additiver Bauteile macht den Schweißprozess komplizierter als bei herkömmlich produzierten Teilen. Das IPH und LZH erforschen gemeinsam, wie man Bauteile trotzdem qualitätssicher fügen kann.
Additive Fertigung, 3D-Druck, Laserdurchstrahlschweißen, Fügen, Qualität
