Steuerungsintegrierter Digitaler Zwilling zur Online-Optimierung von Umformprozessen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Steffen Ihlenfeldt; Professor Dr.-Ing. Alexander Verl
• Fachliche Zuordnung: Produktionsautomatisierung und Montagetechnik ; Ur- und Umformtechnik, Additive Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 438646126

In der Folge der zunehmenden Individualisierung von Produkten bei kleineren Losgrößen steigen die Variantenvielfalt und die Produktivitätsanforderungen bei der Herstellung von Blechformteilen. Dynamische Effekte, Schwankungen der Werkstoffeigenschaften, Regelabweichungen und verschleißbedingte Änderungen der genauigkeitsbeeinflussenden Eigenschaften der Maschine und des Werkzeuges machen die erfahrungsbasierte Vorhersage der Fertigungsparameter nahezu unmöglich. Simulationsmodelle kommen heute im Bereich der Umformtechnik bereits für die Analyse von Maschinen, Prozessen und deren Interaktion sowie für die virtuelle Inbetriebnahme der Steuerungstechnik zum Einsatz. Mit diesen Modellen können Maschinenzustände und das Umformergebnis mit hoher Genauigkeit vorhergesagt werden. Gelingt es die virtuellen Abbilder von Maschine und Prozess sowie deren Interaktionsverhalten in einer ganzheitlichen Systemsimulation echtzeitfähig berechenbar zu gestalten und auf der Maschinensteuerung als mitlaufenden Digitalen Zwilling zu implementieren, können innerhalb weniger Hübe Vorhersagen der Prozessparameter getroffen und damit eine Prozessregelung implementiert werden. So können Werkzeuganlaufzeiten verkürzt, Ausschuss minimiert und die Effizienz der Verfahren zur Herstellung von Blechformteilen signifikant gesteigert werden. Ziel des Vorhabens ist es, eine echtzeitfähige steuerungsintegrierte Systemsimulationsumgebung für die Umformtechnik zu schaffen, die eine Online-Prozessregelung auf Basis der Vorhersagen des Digitalen Zwillings der Anlage ermöglicht. Dazu soll eine Modellbibliothek entwickelt und in das Steuerungssystem einer Demonstrator-maschine implementiert werden, mit der eine Echtzeitsimulation für die Blechteilherstellung exemplarischer Verfahren gekoppelt mit einer Maschinensimulation bereitgestellt werden kann. Mit einer zu entwickelnden Simulationsumgebung für steuerungsintegrierte Simulationsrechnungen wird die technische Grundlage für die Hub-zu-Hub Prozessregelung geschaffen.Der Erfolg des Vorhabens bemisst sich in der signifikanten Verkürzung des Produktionsanlaufes nach dem Werkzeugwechsel. Die Echtzeitreaktion des Systems auf Schwankungen der Material- und Umgebungsbedingungen führt zur Vermeidung von Produktionsfehlern mit dem Ziel der Nullfehlerproduktion.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Dr.-Ing. Armin Lechler; Dr.-Ing. Lars Penter