Das Flachbackenwalzen ist der Massivumformung zuzuordnen, in welchem zwei mit Gravuren versehene Werkzeugplatten aneinander vorbeilaufen und dabei ein zylindrisches Halbzeug umformen. Mithilfe des Unrundwalzens als Vorformverfahren soll es ermöglicht werden, lokal unrunde Abschnitte, beispielsweise Ellipsen oder Exzenter in ein Halbzeug zu formen. Der Stofffluss soll ausschließlich in radialer Richtung vorliegen. Erste Simulationen zeigen, dass die genannten Anforderungen erfüllt werden können.
Unrundwalzen, Querkeilwalzen, Flachbackenwerkzeuge, Vor- und Zwischenformen, FEM
Die Entwicklung einer Methode zur optimalen Planung des Umzugs von Fabrikobjekten wird durch das IPH – Institut für Integrierte Produktion Hannover gGmbH im Rahmen eines Forschungsprojekts adressiert. Die Gestaltung eines Umzugsplans, unter Berücksichtigung zeitlicher und räumlicher Restriktionen, stellt ein komplexes Planungsproblem dar. Mit der zu entwickelnden Methode wird eine umfängliche Bewertung eines Umzugsplans hinsichtlich unterschiedlicher Zielkriterien ermöglicht. Das mathematische Optimierungsmodell soll mithilfe eines heuristischen Lösungsverfahrens implementiert werden. Die intuitive Umsetzung innerhalb einer Software-Umgebung unterstützt weiterhin die einfache Anwendbarkeit.
Fabrikplanung, Realisierungsvorbereitung, Umzugsplanung, Projektplanung, Operations Research
Da Frei?ächen für Neubauten nur begrenzt vorhanden oder gar nicht verfügbar sind, ist Nachverdichtung ein vielversprechender Ansatz zur Generierung neuen Wohnraums. Das können sowohl die Erweiterung bestehender Gebäude um weitere Stockwerke sein als auch der vertikale Anbau oder die Nutzungsänderung anderer Gebäudestrukturen. Der modulare Hausbau trägt dieser Zielsetzung Rechnung, weil ein Großteil der Wertschöpfung vor Baubeginn generiert wird. Seine Vorteile stehen nun den logistischen Herausforderungen der Nachverdichtung gegenüber.
Modularer Hausbau, Nachverdichtung, Baustellen, Produktionsplanung und -steuerung
Auf innerstädtischen Baustellen steht meist nur ein begrenztes Flächenangebot zur Verfügung. Dadurch steigt die Komplexität in der Durchführung entsprechender Bauprojekte und zugleich das Risiko von Terminverschiebungen. Sowohl die Zusammensetzung des Bedarfs an spezifischen Flächenarten sowie deren Bedarfsentwicklung während der Bauzeit sollten im Zuge der Terminplanung Berücksichtigung finden. Eine Möglichkeit der Bewertung des Flächenbedarfs besteht über die Einführung des Wandlungspotenzials als Indikator für die Eigenschaft einer Fläche, bei möglichen kurzfristigen Änderungen im Bauprojekt flexibel angepasst werden zu können. Damit kann eine Bewertungsgrundlage geschaffen werden, die zunächst eine Entscheidungsunterstützung für Projektplaner darstellt und nachfolgend in optimierende Verfahren zur Terminplanung integriert werden kann. Dadurch kann die Güte eines Terminplans in Zusammenhang mit dessen Robustheit in positiver Sicht beeinflusst werden.
Dieser Beitrag beschreibt die Entwicklung einer Methode zur Bewertung von Flächenbedarfen und eine Möglichkeit der Integration in die Terminplanung von Bauprojekten. Es erfolgt eine anschließende Validierung der Methode anhand eines Praxisbeispiels. Abschließend werden die Ergebnisse resümiert.
Terminplanung, Baumanagement, Projektplanung, Produktionsplanung und -steuerung, Baustellen
Für die effiziente Herstellung komplexer Geometrien werden häufig mehrstufige Schmiedeprozessketten eingesetzt. Diese bestehen typischerweise aus einer homogenen Erwärmung, einer oder mehreren Vorformstufen und dem Fertigschmieden. Durch inhomogen erwärmte Rohteile können die Prozessketten vereinfacht oder verkürzt werden. Dies soll erreicht werden, indem innerhalb eines Rohteils verschiedene Temperaturbereiche eingestellt werden, die zu unterschiedlichen Fließspannungen führen. Diese können den Materialfluss beeinflussen, was zu einer einfacheren Herstellung komplexer Teile führt. In dieser Studie wird der Einfluss von inhomogen erwärmten Rohteilen auf den Umformprozess mittels FEA untersucht. Dazu werden zwei Prozessketten mit inhomogener Erwärmung und drei homogen erwärmte Referenzprozessketten entwickelt und verglichen. Jede Prozesskette wird so lange optimiert, bis die Formfüllung erreicht ist und keine Fehler mehr auftreten. Zielgrößen für die Bewertung sind die notwendige Umformkraft, die zur Formfüllung notwendige Materialmenge und der Werkzeugverschleiß. Die Ergebnisse zeigen für Prozessketten mit inhomogen erwärmten Rohteilen ein kleines Zeitfenster von ca. 5 s für eine erfolgreiche Umformung im Sinne einer Formfüllung. Umformkräfte und Werkzeugverschleiß steigen bei inhomogen erwärmten Rohteilen aufgrund höherer anfänglicher Fließspannungen an. Allerdings sinkt der Gratanteil bei inhomogen erwärmten Rohteilen. Je nach Größe weisen inhomogen erwärmte Rohteile bis zu 11,8 % weniger Grat auf als homogen erwärmte Rohteile. Dies zeigt ein Potenzial für den Einsatz der inhomogenen Erwärmung, um Schmiedeprozesse effizienter zu gestalten. Anschließend werden experimentelle Versuche durchgeführt, um die Ergebnisse der Simulationen zu verifizieren.
Inhomogene Erwärmung, Schmieden, FEA, Ressourceneffizienz, Vorformoperationen
Um die Wirtschaftlichkeit bei der Herstellung geometrisch komplizierter Schmiedeteile zu erhöhen, ist die Materialeffizienz ein entscheidender Faktor. In dieser Studie wird eine Methode validiert, die eine mehrstufige Stadienfolge auf Basis der CAD-Datei des Schmiedeteils automatisch entwirft. Die Methode soll materialeffiziente Stadienfolgen generieren und die Entwicklungszeit sowie die Abhängigkeit von Referenzprozessen bei der Auslegung von Stadienfolgen reduzieren. Mittels künstlicher neuronaler Netze wird die Geometrie des Schmiedeteils analysiert und in eine Formklasse eingeordnet. Ergebnis der Analyse sind Informationen über die Bauteileigenschaften, wie z. B. Biegung und Löcher. Daraus lassen sich spezielle Operationen wie z. B. ein Biegevorgang in der Stadienfolge ableiten. Mit einem Slicer-Algorithmus wird die CAD-Datei des Schmiedeteils in Schnittebenen aufgeteilt und die Massenverteilung um die Schwerpunktslinie des Schmiedeteils berechnet. Ein Algorithmus nähert die Massenverteilung und die Querschnittskontur vom Schmiedeteil schrittweise bis zum Halbzeug an. Jede Zwischenform wird als CAD-Datei exportiert. Der Algorithmus benötigt wenige Minuten, um eine mehrstufige Stadienfolge zu generieren. Die entworfenen Stadienfolge werden durch FEM-Simulationen überprüft. Qualitätskriterien, die bewertet und untersucht werden, sind Formfüllung und Falten. Erste FEM-Simulationen zeigen, dass die automatisch generierten Stadienfolgen die Herstellung unterschiedlicher Schmiedeteile ermöglichen. In einem iterativen Anpassungsprozess werden die Ergebnisse der FEM-Simulationen zur Anpassung der Methode genutzt, um materialeffiziente und prozesssichere Stadienfolgen zu gewährleisten.
Automatische Prozessauslegung, Schmieden, FEM, Ressourceneffizienz, CAD
Es wird eine Methode vorgestellt, die es ermöglicht die Komplexität eines Schmiedeteils automatisiert auf Basis der CAD-Datei des Schmiedeteils zu bestimmen. Eine automatisierte Bewertung der Schmiedeteilkomplexität ist für eine digitalisierte und automatisierte Auslegung von Stadienfolgen notwendig, um wichtige Auslegungsparameter wie den Gratanteil oder die Anzahl der Stadien festlegen zu können.
CAD, Umformtechnik, Algorithmen
Bei der Produktion von Lagergütern stehen produzierende Unterneh-men einem unsicheren Kundenbedarf gegenüber. Um Unsicherheiten zu begegnen, ist ein erhöhter Lagerbestand notwendig, um die Kunden-bedarfe anforderungsgerecht bedienen zu können. Die entstehenden Kosten sind bei gegebener Prognoseunsicherheit durch das Bestellver-halten beeinflusst. Das Bestellverhalten wird maßgeblich von der Be-stellpolitik bestimmt. Daher wurde der Einfluss von Prognoseunsicher-heit und der Bestellpolitik auf die entstehenden Lagerkosten mittels Sensitivitätsanalysen untersucht. Prognoseunsicherheiten bedürfen bei der (t, S)-Politik demnach größerer Bestände als unter der (s, q)-Politik.
Lagerplanung, Bestellpolitik, Prognoserechnung
Ein reales Industrieprojekt bearbeiten und dabei Berufspraxis sammeln – diese Gelegenheit erhalten Studierende der Leibniz Universität Hannover im Projekt „Kooperatives Produktengineering“ (KPE)
Seit mehr als 20 Jahren wird das KPE als Semesterprojekt vom Institut für Integrierte Produktion Hannover (IPH) gGmbH und der Leibniz Universität Hannover angeboten. Studierende der Fakultäten für Maschinenbau und Wirtschaftswissenschaften erhalten hier die Möglichkeit, ihr Fachwissen aus dem Studium in der Praxis anzuwenden, indem sie ein Praxisprojekt für einen Industriepartner bearbeiten.
Studentisches Projekt
Unbemannte Luftfahrtsysteme haben die Industrie stark verändert. Die rasant voranschreitende technologische Entwicklung von sogenannten Unmanned Aircraft Systems (UAS) macht es notwendig, sich frühzeitig mit der Ausgestaltung künftiger Einsatzszenarien zu befassen.
UAS, Drohnen, Navigation
Die Zusammenstellung von Informationen zur Bearbeitung innerbetrieblicher Produktionsaufgaben erfolgt oftmals auf Basis wenig hinterfragter Arbeitsplanvorlagen. Die Auswahl der optimalen Informationsmenge und –tiefe erfordert dabei eine Positionierung in einem Spannungsfeld aus Arbeitsaufwand in der Arbeitsplanung und Informationsnutzen in der Arbeitsausführung. Daher wird eine Methode vorgestellt, mit der Detaillierungsgrade unterschiedlicher Informationen individuell quantifiziert und bewertet werden können. Dadurch wird eine Grundlage geschaffen, um den optimalen Detaillierungsgrad von Arbeitsplänen bestimmen zu können.
Arbeitspläne, Arbeitsvorbereitung, Detaillierungsgrad, Informationsbereitstellung, MES-Einführung
Wie können Sichteinschränkungen im Gabelstapler mit Hilfe von strategisch angebrachten Kameras und einer Augmented-Reality-Brille kompensiert werden? Dieser Fragestellung nehmen sich Wissenschaftler des ITA und des IPH gemeinsam an.
Augmented Reality, AR, Flurförderzeuge, Sichtverbesserung, Assistenzsystem
Qualitative Unsicherheiten sind eine zentrale Herausforderung für die weitere Industrialisierung der additiven Fertigung. Um diese Herausforderung zu lösen, sind Methoden zur Messung der Prozesszustände und Eigenschaften von Teilen während der additiven Fertigung unerlässlich. Das Thema dieser Übersichtsarbeit ist die In-situ-Prozessüberwachung für die additive Fertigung durch Materialextrusion. Ziel ist es, erstens die Forschungsaktivität zu diesem Thema zu quantifizieren, zweitens die eingesetzten Technologien zu analysieren und schließlich Forschungslücken zu identifizieren. Es wurden verschiedene Datenbanken systematisch nach relevanten Publikationen durchsucht und insgesamt 221 Publikationen detailliert analysiert. Die Studie zeigte, dass die Forschungsaktivität auf diesem Gebiet zunehmend an Bedeutung gewinnt. Es wurden zahlreiche Sensortechnologien und Analysealgorithmen identifiziert. Dennoch bestehen Forschungslücken bei Themen wie optimierte Überwachungssysteme für industrielle Materialextrusionsanlagen, Inspektionsmöglichkeiten für zusätzliche Qualitätsmerkmale und Standardisierungsaspekte. Diese Literaturübersicht ist die erste, die die Prozessüberwachung für die Materialextrusion in einem systematischen und umfassenden Ansatz behandelt.
Materialextrusion, Fused deposition modeling, Prozessüberwachung, Sensoren, Forschungslücken
Die Layoutplanung ist eine komplexe Planungsaufgabe im Rahmen einer Fabrikplanung, welche bisher meist manuell ausgeführt werden musste. Zwar wurden in der Vergangenheit viele Optimierungsverfahren für die zugrundeliegende Problemstellung entwickelt, jedoch waren diese nur für einen kleinen meist universitären Expertenkreis anwendbar. Daher wurde in einem Forschungsprojekt eine einfach anwendbare Software zur Layoutplanung entwickelt, um Unternehmen einen Zugang zu diesen Optimierungsverfahren zu bereiten.
Fabrikplanung, Layoutplanung, Optimierung, Operations Research, Software
Um die Auftragskontrolle von Zahnerstatzprodukten zu automatisieren wurde ein KI-Modell entwickelt, das eine Klassifizierung in verschiedene Produktklassen ermöglicht. Die einzelnen Zahnersatzprodukte liegen in STL-Dateien vor. Für das KI-Modell wurde ein Mixed-Data Ansatz verwendet. Die STL-Datei wird in eine Bild-Datei konvertiert und an ein CNN übergeben und parallel wurden Informationen wie Volumen und Oberflächenmaße aus der STL-Datei extrahiert und an ein KNN übergeben. Der Output aus dem KNN und dem CNN wird dann zur endgültigen Klassifizierung des Zahnersatzproduktes kombiniert.
Automatisierte Auftragskontrolle, KI, KNN, Bildverarbeitung, CAD
Es wurde ein Konzept für die Digitalisierung der Geschäftsprozesse in einem Handwerksunternehmen erarbeitet. Durch die Einführung eines Dokumentenmanagementsystems konnte das bereits eingesetzte ERP-System im Funktionsumfang erweitert und die Geschäftsprozesse auf ein papierloses Büro umgestellt werden. Außerdem wurde ein Konzept für eine digitale Bauakte ausgearbeitet, um Mitarbeitern im Außendienst in digitalisierte Prozesse einzubinden.
DMS, ERP, Digitalisierung, Geschäftsprozesse, Papierloses Büro, Handwerk
Kleinskalige modulare Fördertechnik ermöglicht es, mehrere Förderaufgaben gleichzeitig und auf kleinstem Raum durchzuführen und bietet so ein großes Potenzial zur Flexibilisierung und Effizienzsteigerung von Förderanlagen. Aktuell existiert keine einfach anwendbare Methode, die Unternehmen dabei unterstützt, diese neuartige Fördertechnik auf Prozessebene unter Berücksichtigung logistischer und wirtschaftlicher Zielstellungen in konventionelle Fördersysteme zu integrieren. Daher wird in einem Forschungsprojekt derzeit eine Optimierungsmethode für Förderanlagenlayouts entwickelt, mit der Unternehmen die Potenziale der neuartigen Fördertechnik bewerten können.
Kleinskalige modulare Förderer, Fördersysteme, Maschinelles Lernen, Künstliche Intelligenz
Unbemannte Luftfahrzeugsysteme (engl. Unmanned Aircraft Systems - UAS) decken nicht nur draußen, sondern auch Indoor unterschiedlichste Anwendungsmöglichkeiten ab. In einigen dieser Anwendungsfelder wie bspw. bei der Fabriklayoutdigitalisierung oder dem innerbetrieblichen Materialtransport konnte die Verwendung von UAS bereits erfolgreich getestet und validiert werden. Der aktuelle technische Entwicklungsstand von UAS für Flugregelung, Kollisionsvermeidung und Flugleistung lässt grundsätzlich den Einsatz im Produktionsbetrieb zu. Ungeklärt ist weiterhin, welche rechtlichen und somit auch versicherungstechnischen, technischen und betrieblichen Voraussetzungen von anwendenden Unternehmen für die Verwendung im Produktionsbetrieb geschaffen werden müssen. In diesem Whitepaper werden diese Fragen diskutiert. Anschließend wird eine technische und betriebliche Risikoanalyse vorgestellt, die um einen Maßnahmenkatalog für eine fachgemäße Einführung und Anwendung der UAS-Technologie ergänzt wird. Dabei werden mögliche Risiken betrachtet, auch wenn mit zunehmendem Automatisierungsgrad von UAS die Risiken durch Sicherheitsmechanismen und entsprechende Sensorik verringert werden können.
Drohnen, Intralogistik, Automatisierter Transport
Der Einsatz eines Manufacturing Execution Systems (MES) kann viele Vorteile für Unternehmen bieten, doch stellt die Einführung häufig eine große Herausforderung dar. Determinierend für eine erfolgreiche Einführung sind die Bestimmung notwendiger Anforderungen, deren Erfüllung durch das Unternehmen sowie deren Berücksichtigung im Einführungsprozess. In diesem Beitrag wird die Entwicklung einer reifegradbasierten Methode für die Bewertung und Verbesserung der unternehmensindividuellen Erfüllung der Anforderungen einer MESEinführung vorgestellt.
Manufacturing Execution System, Reifegradmodell, Digitalisierung
Projektstart FliDiAl: In Kooperation mit der Otto Fuchs KG erforscht das IPH Methoden, um Flittergrat beim Gratlosschmieden von Aluminium vorherzusagen und zu vermeiden. Die Entwicklung zielführender Dichtungskonzepte soll zukünftig die Prozesseffizienz erheblich erhöhen.
Gratlosschmieden, Aluminium, Flittergrat, Dichtungskonzept
