Anpassungsintelligenz von Fabriken im dynamischen und komplexen Umfeld

Durch eine stark ansteigende Dynamik und Intensität von Veränderungen werden Unternehmen heutzutage immer häufiger zu einer schnellen und effizienten Anpassung ihrer Produkte und Fabriksysteme gezwungen. Die Reaktions- und Anpassungszeit sowie die Effizienz der Anpassungsmaßnahmen stellen dabei die entscheidenden Wettbewerbsfaktoren dar. Das zentrale Forschungsthema des interdisziplinären Graduiertenkollegs 2193 „Anpassungsintelligenz von Fabriken im dynamischen und komplexen Umfeld“, an welchem verschiedene Fachdisziplinen (Architektur und Bauingenieurwesen, Maschinenbau, Logistik, Wirtschafts- und Sozialwissenschaften, Informatik sowie Elektrotechnik und Informationstechnik) beteiligt sind, umfasst daher die Entwicklung von Methoden zur durchgängigen Unterstützung der Anpassung von Fabriksystemen. Als Fertigungsverfahren werden hierbei exemplarisch die spanende Bearbeitung sowie der 3D-Druck mittels Selective Laser Melting (SLM) betrachtet. Vor dem Hintergrund der Nutzung neuer Fertigungsverfahren wie dem SLM-Verfahren, stellt nun mehr auch die  Wahl einer geeigneten Fertigungsroute eine Herausforderung dar. In der 2. Kohorte des GRK2193 soll daher ein Modell zur systematischen Entscheidungsfindung entwickelt werden, auf dessen Basis eine Fertigungsroute mit additiven Herstellungprozessen dem konventionellen Prozess auf einem Bearbeitungszentrum gegenübergestellt werden kann. Zur Unterstützung der Anpassungsplanung ist eine detaillierte und schnell anpassbare Datenbasis, beispielsweise zu Durchlaufzeiten und Energieverbrauch unter Berücksichtigung der geforderten Qualität der gefertigten Bauteile, notwendig. Diese Informationen sind allerdings für neue Produkte sowie für Prozesse, die noch nicht durchgeführt worden sind, in der Regel nicht vorhanden. Prozesssimulationen ermöglichen dazu eine Analyse der Fertigung am virtuellen Abbild und eine Bewertung der Bearbeitungsprozesse. Auf diese Weise wird der Grundstein für die modellgestützte Bewertung additiver Fertigungsverfahren am Beispiel des SLM-Prozesses gelegt und die Planung einer nicht nur technologisch hochinteressanten, sondern auch ökonomisch sinnvollen und ökologisch nachhaltigen Fertigung unterstützt. Im Fokus der 3. Kohorte liegt die simulationsgestützte Anpassungsplanung von Fertigungsketten unter besonderer Berücksichtigung von Aufspannvorrichtungen und Möglichkeiten der Automatisierung. Aufbauend auf den Ergebnissen der ersten und zweiten Kohorte sollen hierbei ebenfalls die Verfahren der additiven Fertigung sowie der NC-Fräsbearbeitung einbezogen werden. Bei der Analyse und Auslegung der Fertigungsroute spielen nicht nur die Wahl der Bearbeitungsmaschine und die Prozessauslegung, sondern insbesondere auch die Spannvorrichtungen eine besondere Rolle. Um die Qualität des Bearbeitungsergebnisses zu steigern, müssen Formabweichungen und Oberflächenfehler additiv gefertigter Bauteile kompensiert sowie Deformationen durch zu hohe Spannkräfte vermieden werden. Bei der Auslegung einer Spannvorrichtung ist die Reproduzierbarkeit der Spannsituation im Hinblick auf den Bedienereinfluss ebenfalls ein wichtiges Kriterium. In diesem Zusammenhang sind die benötigten Rüstzeiten und die mit der Bearbeitung verbundenen Nebenzeiten von Bedeutung. Unter Verwendung von Simulationssystemen für die Zerspanung und aufbauend auf detaillierten empirischen Untersuchungen soll eine innovative Spannvorrichtung entwickelt und in die bestehende Prozesskette integriert werden, welche eine flexible Anpassung an die Besonderheiten additiv gefertigter Bauteile ermöglicht.

Die Durchführung dieses Forschungsprojektes erfolgt in Kooperation mit dem Institut für Spanende Fertigung und wird durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert. Weitere Informationen zu den beteiligten Lehrstühlen und den Promotionsthemen finden sich auf der offiziellen Homepage der GRK2193.