Dieses Umsetzungsprojekt ist Bestandteil unseres Verbundprojektes Cloudanwendungen für die Fertigung bei welchem Industrie 4.0 Technologien länderübergreifend vernetzt werden.

Motivation:

Zur Herstellung komplexer Werkzeuge werden in der Regel verschiedene Fertigungsverfahren benötigt, die als komplexe Prozesskette miteinander kombiniert werden müssen. Die Auslegung der werkstückspezifischen Fertigungsprozesskette erfolgt in der Arbeitsvorbereitung und basiert auf dem individuellen Erfahrungswissen des jeweiligen Mitarbeiters. Dies ist ein Offline-Prozess, der vollumfänglich abgeschlossen ist, bevor der erste Fertigungsprozessschritt begonnen hat. Die geplante Prozesskette zur Fertigung basiert somit auf einer großen Menge an Einflussfaktoren, die großen Schwankungen in der Planungsqualität unterworfen ist. Zudem werden innerhalb der Prozesskette nur statische Annahmen getroffen, nicht aber die Eingangsgrößen vorgelagerter oder Ausgangsgrößen nachgelagerter Prozesse miteinbezogen. Das Ergebnis ist eine überdimensionierte Fertigungsprozesskette mit erhöhter Durchlaufzeit und unnötig hohen Fertigungskosten. Betrachtet man im Speziellen die Fertigung von sehr großen Werkzeugen (bspw. für Strukturbauteile aus der Automobilbranche) wird schnell deutlich, dass die Vielzahl an Maschinen für die einzelnen Fertigungsprozesse hohe Anschaffungs- und laufende Kosten mit sich bringen, die besonders KMU abschreckt in einen solchen Maschinenpark zu investieren.

Zielstellung:

Um die vorgestellte Offline-Planung von Fertigungsprozessketten zu ergänzen, wird eine Entscheidungslogik benötigt, die während der Fertigung nach jedem Fertigungsschritt die Prozessfolge adaptiv und online anpassen kann. Basis für die Betrachtung ist eine Multi-Technologiezelle, in der das Polieren, Schleifen, Laserauftragsschweißen und Laserstrukturieren roboterbasiert umgesetzt werden. Als Ausgangssituation hierzu dient eine klassische Prozesskette aus dem Werkzeugbau, die sich primär auf das Fräsen in der Schrupp- und Schlichtbearbeitung konzentriert. Ein Großteil der Feinbearbeitungsoperationen wird derzeit händisch ausgeführt, was einen hohen personellen und finanziellen Aufwand fordert. Um diese Prozesskette zu optimieren, soll zur Umsetzung der genannten Entscheidungslogik ein Software Mock-up erstellt werden, das die Prozesskettenplanung für die roboterbasierten Bearbeitung in einer Multi-Technologiezelle ermöglicht. Um die Nutzung individuell für verschiedene Multi-Technologiezellen auszulegen, müssen die unterschiedlichen Randbedingungen und Fähigkeiten von den Fertigungstechnologien und Industrierobotern berücksichtigt werden.

Vorgehen:

Im Rahmen des Projekts wurde auf Basis des am Fraunhofer IPT entwickelten CAx-Framework ein Mock-up zur Prozesskettenplanung von roboterbasierten Bearbeitungen in einer Multi-Technologiezelle entwickelt. Aufgrund der unterschiedlichen Anforderungen der verschiedenen Fertigungstechnologien (z. B. Polieren, Schleifen, Laserauftragsschweißen und Laserstrukturieren) an einen Industrieroboter, wurden zuerst auf Basis der VDI Richtlinie 2861 Anforderungen der Fertigungstechnologie an einen Industrieroboter in einer Multi-Technolofiezelle definiert, sodass das Mock-up universell einsetzbar ist. Neben den allgemeinen Anforderungen wurden die Fertigungstechnologien in verschiedene Phasen der Bearbeitung eingeteilt, um zwischen der Schrupp-, Schlicht- und Feinbearbeitung  unterscheiden zu können. Auf Basis von den Input- und Ouputgrößen der jeweiligen Fertigungstechnologie (bspw. Aufmaß, Oberflächenrauheit) können somit Fertigungsprozessketten ausgehend von der Geometrie des zu fertigenden Werkzeugs und den verfügbaren Fertigungstechnologien geplant werden. Abschließend wurde eine Bewertungslogik hinsichtlich Zeit und Kosten der einzelnen Prozessketten implementiert, um die best mögliche Prozesskette zu identifizieren. Das entwickelte Software Mock-up dient folglich als Grundlage, um verschiedene Prozesskettenalternativen aufzuzeigen und einen Entscheidungsraum aufzubauen. Im nächsten Schritt müssen Echtzeitdaten berücksichtigt werden, um während des Prozesses verschiedene Prozesskettenalternativen aufzuzeigen und somit die Prozesskette hinsichtlich Zeit und Kosten zu optimieren und adaptiv zu gestalten.

Konsortialpartner

Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTLogo Fraunhofer IPT

Ansprechpartner

Marcel Wilms
+49 241 8904-225
marcel.wilms@ipt.fraunhofer.de

 

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