Grundlagen für den effizienten Einsatz mehrachsig interpolierender Servoantriebe in Verarbeitungsmaschinen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Steffen Ihlenfeldt; Professor Dr.-Ing. Jens-Peter Majschak
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik
• Förderung: Förderung von 2010 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 182157057

Verarbeitungsmaschinen dienen der automatisierten Produktion von Massenbedarfsgütern. Aus wirtschaftlicher Sicht wird eine stetige Erhöhung der Produktausbringung bei gleichzeitig individualisierten Produkten gefordert. Der Individualisierung wird oft Rechnung getragen durch den Einsatz von Servoantrieben, mit denen Bewegungsvorgaben flexibel - auch im laufenden Betrieb - ausgetauscht werden können (elektronische Kurvenscheibe). Die Produktausbringung kann durch Erhöhung der Arbeitstaktrate bei der Güterproduktion gesteigert werden. Dabei treten in der Praxis häufig Probleme auf, die sich beispielsweise in Prozessinstabilitäten, Fundamentschwingungen, Lärm, erhöhtem Energieverbrauch oder sinkender Produktqualität äußern. Dadurch ist die Arbeitstaktratensteigerung begrenzt.Ziel des Projektes ist es, durch Verschieben dieser Begrenzung höhere Arbeitstaktraten und damit eine größere Produktausbringung zu erreichen. Dabei sollen bisher ungenutzte Potenziale moderner Servoantriebe für Verarbeitungsmaschinen nutzbar gemacht werden.In den vorangegangenen Projektjahren wurden die Grundlagen für einen auf drei Kernpunkten basierenden Lösungsansatz erarbeitet. Er besteht (1) aus einem Ansatz zur Bewegungsoptimierung, bei dem die begrenzenden Effekte simuliert und dadurch berücksichtigt werden können. Für ausgewählte Taktraten werden Bewegungen optimiert und zu (2) taktratenabhängigen Bewegungsvorgaben zusammengefasst. Dadurch können gezielt taktratenabhängig veränderliche Eigenschaften beeinflusst werden. Um die Potenziale des Ansatzes in Realität nutzen zu können, wurde (3) ein Steuerungsansatz entwickelt, mit dem diese Bewegungsvorgaben bei ausreichender Bewegungsgenauigkeit ausführbar sind.Mit dem Ansatz sind alternative Prozesslösungen realisierbar, die große Potenziale zu Steigerung der Taktrate besitzen. Es wurde nachgewiesen, dass mit taktratenabhängigen Bewegungsvorgaben die Arbeitstaktrate signifikant gesteigert werden kann, Potenziale für die Weiterentwicklung des Ansatzes wurden aufgezeigt. Der Lösungsansatz wurde am Beispiel des innermaschinellen Transportes kleinformatiger Stückgüter experimentell validiert.Die hier beantragte Fortsetzung des Projektes hat den Nachweis der Übertragbarkeit auf weitere Prozessklassen und damit die Verallgemeinerbarkeit des Ansatzes zum Ziel. Ein wesentlicher Arbeitsschwerpunkt ist die Erweiterung der Modellbasis für weitere Prozessklassen, die Modellvalidierung sowie die dazugehörige steuerungstechnische Umsetzung. Durch die Erweiterung der Optimierungsumgebung sowie durch Steigerung der Effizienz der Aufbereitungsalgorithmen sollen bisher unerschlossene Potentiale bei der Umsetzung neuer Prozessklassen nutzbar gemacht werden. Der Funktionsnachweis und die Demonstration am Versuchsstand sind als letzter Arbeitspunkt vorgesehen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen