TITELTHEMEN: WERKZEUGMASCHINEN – PRODUKTIONSANLAGEN – SMART SERVICES – VERFGÜGBARKEIT – PRODUKTIVITÄTSSTEIGERUNG ALS SERVICE 07.09.2021, 13:58 Uhr

Inhalte der Online-Ausgabe 7/8-2021

Neue Herausforderungen für die Produktionstechnik

J. Fleischer – wbk Institut für Produktionstechnik, KIT Karlsruher Institut für Technologie (Editorial)

Seit dem Frühjahr 2020 wird das tägliche Leben durch die Corona-Pandemie bestimmt. Dies stellt insbesondere die Produktionstechnik vor neue Herausforderungen. Die Krisensituation zeigt auf, dass das deutsche produzierende Gewerbe aktuell noch ein Ausbaupotenzial hinsichtlich der Reaktionsfähigkeit auf ein wechselhaftes Umfeld aufweist. Um in Zukunft auch unvorhersehbaren Situationen Stand halten zu können und die Produktion unter unbekannten Umständen aufrechtzuerhalten, müssen Produktionssysteme zunehmend flexible und wandlungsfähige Strukturen annehmen. S. 474

Online Learning für die präventive Verschleißdetektion*

T. Schlagenhauf, N. Ammann, J. Fleischer – KIT, wbk

Die industrielle Zustandsüberwachung mithilfe von Techniken des Maschinellen Lernens (ML) wird für die Wettbewerbsfähigkeit von Herstellern immer wichtiger [1]. In diesem Beitrag wird eine Methode vorgestellt, ML-Modelle zur präventiven Verschleißerkennung von Kugelgewindetrieben auf Um­gebungsveränderungen im Betrieb (online) nachzutrainieren. Damit lässt sich Domänenwissen graduell im Modell implementieren, um die Klassifikationsgüte auch für neu­artige Verschleißmuster stabil zu halten. S. 475

Daten-Enabling für eine breite KI-Anwendung*

M. Netzer, P. Gönnheimer, W. Schäfer, K. Grosser, J. Fleischer – KIT, wbk

Die stärker werdende Bedeutung von Digitalisierung im Maschinenbau stellt klein- und mittelständische Anlagenan­bieter wie -betreiber vor neue Herausforderungen. Vor allem bei Bestandsanlagen in heterogenen Daten- und Schnittstellenlandschaften der Produktion sind innovative Ansätze zur Vernetzung und Erzeugung einer Datenpipeline notwendig. Ziel der in diesem Beitrag vorgestellten Forschung ist deshalb die einfache und nachrüstbare Bereitstellung von Maschinendaten zur Steigerung der Wertschöpfung durch KI-­Anwendungen. S. 481

Flexible Produktionsysteme*

J. Fleischer, F. Kößler, J. Sawodny, T. Storz, P. Gönnheimer, J. Hofmann – KIT, wbk

Die industrielle Batteriezellfertigung ist geprägt durch starre Produktionssysteme für die Massenfertigung. Die Fertigung anwendungsspezifischer Zellen im geringen bis mittleren Stückzahlsegment erfolgt derzeit kostenintensiv in einer Werkstattfertigung. Basierend auf standardisierten Roboterzellen und einer flexiblen Steuerungsarchitektur wird ein Konzept zur hoch automatisierten material-, format- und stückzahlflexiblen Batteriezellfertigung beschrieben. S. 486

Flexibles Twisten von Statoren mit Hairpin-Wicklung*

L. Hausmann, J. Fleischer – KIT, wbk

Um wirtschaftlich auf die volatilen Marktanforderungen der Elektromobilität reagieren zu können, muss der Maschinen- und Anlagenbau den Automobilherstellern stückzahl- und variantenflexible Produktionslösungen bereitstellen. Im Kontext der Fertigung von Statoren mit Hairpin-Wicklung sind diesbezüglich die werkzeuggebundenen Prozessschritte zur Hairpin-Formgebung sowie zum Twisten der offenen Spulen­enden zu fokussieren. Eine Perspektive für das flexible Twisten bis hin zur Losgröße 1 stellt ein neuer Ansatz mittels kinematischer Prozessführung dar. S. 490

Hauptwerkzeug für das werkzeuggebundene Twisten von sechs Lagen. Grafik: KIT / wbk

Körperschallemission in CFK und Fräswerkzeugen*

E. Uhlmann, T. Holznagel, S. Ospina Mora – Technische Universität Berlin, Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb IWF

Herausforderungen bei der spanenden Bearbeitung von CFK sind unerwünschte Materialschädigungen im Bauteil sowie hohe Werkzeugverschleißraten. Für diese Arbeit wurden zerstörende Analog­versuche an CFK und diamantbeschichteten Hartmetallproben durchgeführt und die Körperschallmesssignale analysiert. Die eingehende Untersuchung der Messwerte aus den Analogversuchen kann zu einer datengetriebenen Parametrierung einer körperschallbasierten Prozessüberwachung für die Fräsbearbeitung von CFK beitragen. S. 495

Segmentierte Werkzeugelektroden*

E. Uhlmann, M. Polte, J. Streckenbach, T. Becker, K. Thißen, R. Bolz – TU Berlin, IWF

Dieser Beitrag stellt Untersuchungen zu einer gezielten Um­verteilung von Funkenentladungen in funkenerosiven Senkprozessen mittels Segmentierung der Werkzeugelektrode vor. Dafür wurden drei Schaltungsansätze realisiert und bewertet. Durch die gezielte Umverteilung der Funkenentladungen auf die jeweiligen Segmente konnte in ersten Versuchsreihen eine Steigerung der Abtrag­rate um mehr als 25 % bei gleichzeitiger Reduzierung des relativen Verschleißes um circa 48 % erreicht werden. S. 501

Parameterentwicklung im L-PBF-Prozess*

E. Uhlmann, A. Mühlenweg – TU Berlin, IWF

Die aktuelle Literatur zum Thema Laser Powder Bed Fusion (L-PBF) beschäftigt sich größtenteils mit Dauerstrich- (continuous-wave, cw) Laser-Anlagen, die kontinuierlich strahlend das Pulverbett scannen. Zusätzlich gibt es Anlagen mit gepulsten (quasi-continuous-wave, qcw) Lasern, die einen Puls bestimmter Dauer auf einen Punkt abgeben und dann zum nächsten Punkt springen. Die Parametersätze sind nicht ohne Weiteres zwischen den Anlagentypen übertragbar. Diese Arbeit behandelt die Parameterentwicklung für den Werkstoff Haynes 282 auf einer qcw-L-PBF-Anlage. S. 507

Modellierung des Kontakt­impulses beim Bürstspanen*

E. Uhlmann, A. Hoyer – TU Berlin, IWF

Das Bürstspanen ist ein flexibles Finishingverfahren, dessen Prozessauslegung im industriellen Umfeld meist auf Erfahrungswerten basiert. Neue Erkenntnisse im Bereich der Prozessmodellierung erlauben jedoch zunehmend die numerische Simulation wichtiger Kenngrößen. Somit stellt dieser Beitrag eine Methode vor, die für das Arbeitsergebnis relevanten Kontaktkräfte zu simulieren, indem als Zwischenschritt der vom Werkzeug auf das Werkstück übertragene Kontaktimpuls berechnet wird. S. 513

Dornhonen ohne Kühlschmierstoff*

E. Uhlmann, A. Rozek, S. Zimmermann – TU Berlin, IWF

Bei der Intensivzerspanung mit einem bohrungsfüllenden Werkzeug ist nach heutigem Wissensstand der Einsatz von Kühlschmierstoffen obligatorisch. Jüngste Untersuchungen haben gezeigt, dass eine Überlagerung niederfrequenter Schwingungen beim Dornhonen die Spanabfuhr, die Prozesskräfte- und momente sowie die Arbeitsergebnisse positiv beeinflusst. Darauf aufbauend wurde in dieser Arbeit das schwingungsüberlagerte Dornhonen ohne Kühlschmierstoff untersucht. S. 520

Digitalisierung im deutschen Maschinen- und Anlagenbau*

M. Netzer, E. Begemann, P. Gönnheimer, J. Fleischer – KIT, wbk

Das stetig zunehmende volatile Marktumfeld verlangt unter anderem nach hoher Effektivität der eigenen Produktion, um international wettbewerbsfähig zu bleiben. Die zur Steigerung der Anlagenverfügbarkeit beitragende Digitalisierung von Produktionsanlagen findet im Maschinen- und Anlagenbau dennoch nur zögerlich Anwendung. Auf Basis einer Unternehmensbefragung wurden die Anforderungen an digitale Nachrüstlösungen analysiert, Diskrepanzen zu bestehenden Systemen abgeleitet und Bedarfe sowie mögliche Lösungen bei der Digitalisierung von Produktionsanlagen aufgezeigt. S. 526

Smart Services auf Basis „Digitaler Zwillinge“*

R. Prielipp, B. Bojko, N. Göhlert, L. Pelliccia – Technische Universität Chemnitz, Professur Fabrikplanung und Intralogistik

Die Methoden und Werkzeuge des „Digitalen Zwillings“ (DZ) und „Digitalen Schattens“ (DS) erlauben die Realisierung dienstleistungs- und datenbasierter Geschäftsmodelle im industriellen Kontext. Zwar sehen sich Unternehmen zunehmend in die Lage versetzt, DZ und DS technisch umzusetzen, jedoch bestehen nach wie vor Herausforderungen, marktfähige Smart Services abzuleiten. Dieser Beitrag zeigt eine Methode zur Konzeptionierung von Geschäftsmodellen für DZ und DS am Beispiel der Textilbranche auf. S. 531

Agiles Modellieren von Servicetätigkeiten

M. Bösing; E. Uhlmann, J. Polte, L. Kirsch, I. Altmann, R. Emmerling – Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK, Berlin; Contact Software GmbH, Berlin

Kontextsensitive Assistenzsysteme bieten ein großes Potenzial zur Optimierung von Arbeitsabläufen. Durch die Einbindung Digitaler Zwillinge können unmittelbar Kontextinformationen zur Verfügung gestellt werden, wobei die Modellierung der Arbeitsabläufe derzeit wenig standardisiert ist. Die in diesem Beitrag vorgestellte Lösung zeigt eine interaktive Software-Applikation für kontextsensitive Assistenzsysteme in Kombination mit Prozesspatterns für die Modellierung von Servicefällen. S. 536

BOCR-Modell automatisches Fahren in der Produktion*

M. Schönauer – Volkswagen Aktiengesellschaft, Wolfsburg und Technische Universität Berlin

Um für eine multidimensionale systemtechnische Problem­stellung wie das automatische Fahren in der Produktion Handlungsempfehlungen zu generieren, wird im letzten Beitrag des dreiteiligen Forschungsvorhabens mit dem Analytic Network Process ein Entscheidungsnetzwerk konzipiert. Im Fokus des Beitrags steht die Entwicklung eines Entscheidungstools der Produktionsplanung und -steuerung, um die kumulierten Erkenntnisse der vorherigen Veröffentlichungen zum automatischen Fahren in der Produktion individuell zugänglich zu machen und die jeweils passendste Handlungsalternative aufzuzeigen. S. 539

Nutzungsdauerbasierte Geschäftsmodelle in der Produktion

R. Kurth, C. Drechsler, S. Ihlenfeldt; R. Labs, M. Marré; M. Havlicek – Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU, Chemnitz; Fachhochschule Südwestfalen, Labor für Massivumformung, Iserlohn; HyPneu GmbH, Chemnitz

Innerhalb des BMBF-Forschungsprojektes „Zustandsbewertung und Prozessassistenz für nutzungsdauerbasierte Geschäftsmodelle zur Flexibilitätssteigerung in der Produktion (ZuPro2Flex)“ werden Möglichkeiten analysiert, wie sich für unterschiedliche Akteure im produktionstechnischen Umfeld digitale, nutzungsdauerbasierte Geschäfts­modelle anwenden lassen. Dabei werden zentrale Fragestellungen zu Geschäfts­sicherheit und Transparenz durch einen sogenannten digitalen Notar – eine technische Lösung für eine sichere, zustandsabhängige Preisbildung – adressiert. S. 548

Datenbasierte Handlungs­unterstützung durch iIoT*

M. Scholer, M. Roßdeutscher, B. Scheufele – Hochschule Esslingen, University of Applied Sciences, Fakultät Wirtschaft und Technik, Esslingen

Wenn Mitarbeiter datenbasiert handeln und somit in ihrem täglichen Umfeld dazu lernen können, ergeben sich hohe Potenziale für Produktivitätsverbesserungen entlang der gesamten Wertschöpfungskette in der industriellen Produktion. Dazu muss in einem Produktionsbetrieb eine ganzheitliche Vernetzung und strukturierte Datenerfassung aller relevanten Produktionsmittel erreicht werden. Zu diesem Zweck wird in diesem Beitrag eine Methodik beschrieben, wie konventionelle Maschinen und Anlagen mittels iIoT vernetzt sowie Daten effizient erfasst und anschließend für die Mitarbeiter verfügbar gemacht werden können. S. 553

Energieversorgung in der Fabrik*

A. Mages, E. Köse, A. Sauer – Universität Stuttgart, Institut für Energie­effizienz in der Produktion

Mit der Erweiterung eines Produktionssystems um eine zusätzliche Produktionsanlage steht das Unternehmen vor der Frage, welche Energieströme zur Verfügung gestellt werden müssen und ob die Energieversorgung der Fabrik ausreichende Kapazitäten vorweisen kann. Dieser Beitrag stellt ein strukturiertes Vorgehen vor, wie diese Fragen aus energetischer Perspektive in einem frühen Planungsprozess adressiert werden können. Anhand der Methode werden die relevanten Rahmenbedingungen identifiziert und es wird aufgezeigt, welche Messdaten der Energieerzeuger nötig sind, um eine energetische Bewertung durchführen zu können. S. 559

Energieflexible Produktion durch Anlagenkenntnis*

R. Lodwig, F. Schulz – Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA, Stuttgart

Die zunehmende Digitalisierung moderner Produktionsan­lagen erlaubt die Erhebung und Nutzung von Anlagen und Prozessdaten. Im Rahmen des Projektes „SynErgie“ sammelt und aggregiert der „Smarte Konnektor“ Daten, um die Energieflexibilität bestehender Produktionsanlagen zu identifizieren und zu optimieren. Langfristiges Ziel ist ein positiver Beitrag zur Energiewende. Dieser Beitrag beleuchtet den Aufbau und die Funktion des Konnektors. S. 565

Variantenmanagement in Entwicklung und Produktion*

S. Deuringer, J. Eilers, R. Gerdes, L. Hermanns; R. Müller – BMW Group, München; ZeMA – Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik gemeinnützige GmbH, Lehrstuhl Montagesysteme der Universität des Saarlandes und Leiter Forschungsbereich Montagesysteme, Saarbrücken

Aufgrund der zunehmend individualisierten Nachfrage bieten Hersteller ihren Kunden die Möglichkeit Produkte zu konfigurieren. Daraus ergibt sich eine hohe Variantenvielfalt, die oft nur mit komplexen Prozessen abbildbar ist. Um die Wirtschaftlichkeit sicherzustellen, muss der Umgang mit Produkt- und Produktionsvielfalt optimiert werden. In diesem Ansatz werden ein Datenmodell und softwarebasierte Werkzeuge zur ganzheitlichen Planung und Kontrolle von Zielen und deren Umsetzung im Variantenmanagement entwickelt. Dadurch wird die vorhandene Variantenvielfalt transparent und die Durchführung von Maßnahmen zur Variantenreduktion möglich. S. 570

* Bei den mit einem Stern gekennzeichneten Beiträgen handelt es sich um Fachaufsätze, die von Experten auf diesem Gebiet wissenschaftlich begutachtet und freigegeben wurden (peer-reviewed).

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