Veröffentlichungen

Die Lagerplanung ist ein wichtiger Bestandteil der Fabrikplanung und stellt in Zeiten des globalen Wettbewerbs ein Optimierungspotenzial dar. Die Auswahl eines geeigneten Lager-, Kommissionier- und Transportsystems, im Folgenden LKT-System, ist speziell für kleine und mittlere Unternehmen eine große Herausforderung. In einem Forschungsprojekt am IPH – Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH wird eine Methode entwickelt, mit der Unternehmen anhand des notwendigen Grads an Wandlungsfähigkeit und Automatisierung das optimale LKT-System bestimmen können. In diesem Artikel wird das Forschungsprojekt vorgestellt, der Lösungsweg erläutert sowie auf erste Ergebnisse eingegangen.

Lagerplanung, LKT-Systeme, Wandlungsfähigkeit, Automatisierung, Softwaredemonstrator

Der Energiebedarf von Gurtförderanlagen wird im Wesentlichen durch die notwendige Antriebsleistung bestimmt, die sich aus dem Hauptantrieb und Zwischenantrieben zusammensetzt. Durch den Einsatz von angetriebenen Tragrollen kann der konventionelle Antrieb am Kopfende der Förderanlage entlastet und damit geringer dimensioniert werden, was zu Energie- und Kosteneinsparungen führen kann. Im Gegensatz zu konventionellen Kopfantrieben ermöglichen angetriebene Tragrollen die Umsetzung von modularen Förderanlagen. Um die Vorteile von angetriebenen Tragrollen uneingeschränkt nutzen zu können, muss bei der Auslegung und Umsetzung von Förderanlagen eine nicht zu unterschätzende Anzahl von Hemmnissen überwunden werden, wie zum Beispiel die Stromversorgung entlang der kompletten Anlage.

Angetriebene Tragrollen, Prüfstand, Gurtförderanlage, Energieeffizienz

Um eine gratlos geschmiedete Kurbelwelle innerhalb weniger Prozessschritte und mit geringem Energieverbrauch herzustellen sind innovative Umformverfahren nötig. Beispiele sind hier das Querkeilwalzen und das mehrdirektionale Schmieden. Eine direkte Kombination dieser umformenden Fertigungsverfahren führt normalerweise zu Grat am unteren Ende der Kurbelwangenvorform. Der Grund ist die mehrdirektionale Umformung einer rotationssymmetrischen, querkeilgewalzten Vorform quer zur Rotationsachse. In diesem Paper wird ein Parameterfeld identifiziert, in dem eine gratfreie Kombination der beiden Umformverfahren möglich ist. Die Parameter, die innerhalb der experimentellen Versuche variiert wurden, sind der Schulterwinkel und die Querschnittflächenreduzierung beim Querkeilwalzen sowie der Lagerversatz, die Umformgeschwindigkeit und die Umformtemperatur beim mehrdirektionalen Schmieden. Die Grenzen des Parameterfeldes sind grafisch dargestellt. Für eine gratfreie Kombination des Querkeilwalzens und der mehrdirektionalen Umformung sind jeweils niedrige Werte für die signifikanten Einflussparameter Schulterwinkel (? = 30°) Querschnittsflächenreduzierung (?A = 30 %) und Umformtemperatur (T =1050 °C) empfehlenswert.

Mehrdirektionales Schmieden, Querkeilwalzen, Kurbelwelle, Parameterstudie, gratlos

Der Schmelzprozess in einem Aluminiumschmelzofen kann nicht durch Kontaktsensoren überwacht werden, da der Ofen aufgrund der hohen Temperaturen (mehr als 700 ° C) nicht zugänglich ist. Im hier vorgestellten Forschungsprojekt wird daher erstmals die Überwachung des Schmelzprozesses mittels optischer Sensoren untersucht. Dieser Artikel befasst sich mit einem innovativen optischen Messsystem, das in der Lage ist, die Schmelzbrücke trotz der glühenden Ofenwände zu überwachen. Zu diesem Zweck wird eine Lichtfeldkamera auf einem Aluminiumschmelzofen installiert, um den Prozess zu überwachen und mit einem drehbaren Brenner gezielt Wärme in den Schmelzofen zu leiten. Die verwendete Lichtfeldkamera kann eine 3D-Punktwolke mit nur einem Bild erfassen. Um dies zu erreichen, wird ein separates Linsenfeld zwischen dem Bildsensor und der Hauptlinse angeordnet, um ein virtuelles Zwischenbild auf den eigentlichen Bildsensor zur weiteren Datenverarbeitung zu projizieren. Darüber hinaus dient ein selbst entwickeltes Bildanalyseprogramm zur Überwachung der Höhenvariation des Aluminiumblocks und etwaiger Schmelzreste auf der Schmelzbrücke des Ofens.

So konnte die Energieeffizienz des Aluminiumschmelzprozesses um 15% gesteigert und die Schmelzzeit durch Online-Überwachung um fast 20 Minuten reduziert werden.

Lichtfeldkamera, Prozessüberwachung, Bildverarbeitung, Schmelzprozess, Energieeffizienz

Ein Teilziel des Forschungsprojektes „Vernetzte, kognitive Produktionssysteme (netkoPs)“ war die Entwicklung einer formalen Sprache Production Modelling Language (PML). Die PML ist als digitales Abbild des Produktes und des Produktionssystems zu verstehen. Aus dem Stand der Forschung sowie den Zielen des Forschungsprojektes netkoPs wurden zu Beginn Nutzpotenziale für die PML abgeleitet. Anschließend wurde auf Basis einer Anforderungsanalyse die benötigten Datenfelder für die PML klassifiziert. In einem nächsten Schritt wurde die PML, angelehnt an die AutomationML, umgesetzt. Die im Kontext von netkoPs formulierten Nutzenpotenziale konnten abschließend im Zusammenhang mit den weiteren Forschungsergebnissen aufgezeigt werden. So kann z. B. eine vorauseilende ProductPML Rüstvorgänge vor dem Eintreffen des Produktes anstoßen.

digitales Abbild, ProductionML, dezentrale Steuerung, Materialfluss

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

Falsch bücken, schwer heben, über Kopf greifen: Auf Dauer können solche Bewegungen krank machen. Um dem vorzubeugen, entwickeln Forscher am IPH und IFA ein System zur Ergonomiebewertung in der Montage: Mit Hilfe von 3D-Kameras sollen ungesunde Bewegungen automatisch erkannt werden.

3D-Kamerasystem, Ergonomiebewertung, Montage

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

Um ein hinterschnittenes Bauteil durch Schmieden herstellen zu können, wird ein geeignetes mehrdirektionales Werkzeug benötigt. Insbesondere um die hohen benötigten Schließkräfte beim Hinterschnittschmieden aufzubringen, wird eine Variante mit einem form- und eine mit einem kraftgepaarten Gesenkverschluss untersucht. Die Analyse zeigt, dass die Vorteile der Variante mit kraftgepaartem Verschluss überwiegen.

Werkzeugbau, Konstruktion, Schmieden, Hinterschnitt, Hinterschnittschmieden, mehrdirektional

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

Arbeitsbedingte Erkrankungen und ihre Folgen können für Unternehmen zu einem Produktivitätsverlust und damit zu einer Abnahme ihrer Wettbewerbsfähigkeit führen. Eine ergonomische Arbeitsplatzgestaltung kann dazu beitragen, einige Ursachen dieser Erkrankungen zu beseitigen. Häufig fehlt es den Unternehmen jedoch an dem erforderlichen Know-how zur Umsetzung. In diesem Beitrag werden Anforderungen an ein zu entwickelndes System beschrieben, das Unternehmen bei der ergonomischen Arbeitsplatzgestaltung unterstützen soll.

Ergonomie, Evaluation, Optimierung, Arbeitsplatzdesign

Ihre Ansprechpartnerin

Judith Kebbe
M. A.

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.