CLM4.0

Closed Loop Manufacturing 4.0

Hintergrund

Der Hintergrund und die Motivation des Projektes „Closed Loop Manufacturing 4.0“ (CLM4.0) ist, die Produktivität und Autonomie der spanenden Produktion durch den Einsatz intelligent vernetzter Systeme zu erhöhen. Produktivität und Autonomie werden unter anderem durch Prozessinstabilitäten (Rattern) negativ beeinflusst. Tritt in der mechanischen Fertigung bei einem Bearbeitungsprozess Rattern auf, wird üblicherweise durch Bedienereingriff der Vorschub oder die Schnitttiefe reduziert. Häufig werden Prozessparameter auch auf Basis von über die Jahre gesammeltem Expertenwissen des Maschinenbedieners ausgewählt.

Problemstellung

Für die Umsetzung einer Online- und Offline-Regelung für die Optimierung eines Fräsprozesses wird eine leistungsfähige Hard- und Softwareplattform benötigt, die es ermöglicht auf Basis von entsprechenden Eingangswerten und einem Prozessmodell eine Aussage über den Zustand des Fräsprozesses zu treffen. Da diese Instabilitäten nur über sehr hochfrequente Informationen identifiziert werden können, müssen an der Smart Box Schnittstellen mit entsprechender Abtastrate für die Maschinen- und Sensordaten geschaffen werden. Um den Prozess letztendlich entsprechend den Ergebnissen aus den Analysealgorithmen schnellstmöglich stabilisieren zu können, muss die Regelschleife über eine hochfrequente Rückführung geschlossen werden.

Zielsetzung/Ergebnisse

Dieses Projekt verfolgt das Ziel, mithilfe einer Smart Box, welche mit der Maschinensteuerung kommuniziert, eine Echtzeit-Rattervermeidung sowie eine Werkzeugverschleißerkennung zu implementieren. Hierdurch soll Rattern automatisiert erkannt und der Prozess durch die Wahl optimaler Parameter stabilisiert werden, ohne die Produktivität zu senken. Mithilfe eines zusätzlichen äußeren Regelkreises, welcher basierend auf den gesammelten Daten optimierte NC-Pfade (numerical control) generiert sowie eine Vorabprozesssimulation durchführt, wird für zukünftige Bauteile direkt ein stabiler Prozess sichergestellt. Durch diese innovative Regelkreisstruktur wird eine intelligente digitale Zerspanungsprozessdatenbank in der Cloud aufgebaut, die eine automatisierte und hinzulernende Prozessoptimierung und letztendlich eine erhöhte Produktivität der mechanischen Fertigung verbunden mit einer Verringerung der Ausschussraten ermöglicht. Die digitale Prozessdatenbank erlaubt Unternehmen, gewonnenes Prozesswissen unabhängig vom Expertenwissen einzelner Personen (z. B. Maschinenbediener) dauerhaft zu konservieren. Neben dem Aufbau wissenschaftlicher Grundlagen zur Prozessüberwachung und dem gezielten Eingriff in den Prozess ergeben sich aus der Regelkreisstruktur auch diverse industrielle Verwertungsmöglichkeiten. Die präsentierte Struktur inklusive der Smart Box als verbindendes Element stellt eine leistungsstarke Erweiterung für einen Maschinensteuerungshersteller dar. Die in diesem Zusammenhang genutzten Simulationen lassen sich als Softwareprodukte und Cloud-Dienstleistungen vermarkten.

Ihr Ansprechpartner

Dieses Bild zeigt  Felix Trautwein
M.Sc.

Felix Trautwein

Wissenschaftlicher Mitarbeiter "Mechatronische Systeme und Prozesse"

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