Im ersten Teilprojekt wird die Basis für Intelligente Werkzeugsysteme gelegt. Intelligente Werkzeuge sind Bestandteile einer vernetzten Produktion. Sie analysieren Prozessschritte und treffen Entscheidungen zur Optimierung. Die Forschenden des Zukunftslabors Produktion entwerfen ein intelligentes Werkzeug für den Druckguss, das die spezifischen geometrischen und qualitätsrelevanten Randbedingungen der Fertigung abbildet und gezielt kritische Eigenschaften eines Druckerzeugnisses provoziert (z. B. Porosität). Anschließend simulieren die Wissenschaftler*innen den Druckgussprozess virtuell, damit sie möglichst viele Wirkungszusammenhänge zwischen den einzelnen Produktionsfaktoren erkennen können. Intelligente Werkzeuge – so auch das Druckgusswerkzeug dieses Teilprojekts – verfügen außerdem über eine geeignete Sensorik. Sie dient dazu, prozessspezifische Größen zu messen und zu erfassen, die durch die Gießsimulation erkannt werden. Außerdem steuert die Sensorik die Funktion des Bauteils und speist die Prozessdaten in ein IT-System ein („Sensor-to-the-Cloud-Konnektivität“), um weitere Analysen vorzunehmen. Hier können auch Methoden des Maschinellen Lernens zum Einsatz kommen, die auf der Basis von Algorithmen große Datenmengen ableiten und z. B. Prozessanomalien erkennen können. Neben der Erstellung des Druckgießwerkzeugs und der Simulation des Gießprozesses arbeiten die Forschenden dieses Teilprojekts an einer Referenzplattform, die die Sensordaten erfasst. Sie wird zur Steuerung und Überwachung des Prozesses eingesetzt. Dafür ist es notwendig, die Plattform mit einer leistungsfähigen algorithmischen Verarbeitungseinheit auszustatten, Schnittstellen für Automatisierungsprozesse zu ermöglichen, eine Hardware und Software zur schnellen Datenaufnahme und –verarbeitung einzusetzen sowie eine echtzeitfähige Kommunikation zu gewährleisten.
Für neuartige Steuer- und Regelvorgänge z.B. basierend auf Bildverarbeitung und/oder KI wird erheblich mehr Rechenkapazität und Kommunikationsbandbreite benötigt als bisher. Hierfür wird eine moderne Referenz-Hardware-/Softwareplattform für Industriesteuerungsgeräte entworfen. Die Schwerpunkte liegen auf schnellen E/A-Schnittstellen (z.B. für HD-Kameras) und hoher Rechenleistung bei gleichzeitig bestmöglicher Vorhersagbarkeit des Zeitverhaltens. Dazu werden auch neuartige Rechenelemente erprobt (KI-Beschleuniger, FPGAs). Echtzeiteigenschaften sollen auch für datenintensive Anwendungen gewährleistet werden können, die über mehrere Geräte hinweg im Verbund arbeiten. Hierfür wird die Nutzung aktueller Protokolle und Technologien integriert (Ethernet TSN mit OPC-UA PubSub). Die Plattform soll ein Konzept bieten, wie bestehende Anlagen(teile) auf die Referenzplattform umgerüstet oder an sie angeschlossen werden können. Eine modellbasierte Entwurfsmethodik auf Basis der IEC 61499-kompatiblen Open-Source-Software „4diac“ soll dazu dienen, diese unterschiedlichen und teilweise konkurrierenden Anforderungen für Entwickler handhabbar zu machen.
Folgende Wissenschaftler*innen beteiligen sich am Projekt „Intelligente Werkzeugsysteme für vernetzte Produktion der Zukunft“:
Prof. Dr.-Ing. Berend Denkena, Leibniz Universität Hannover, Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen
Prof. Dr.-Ing. Prof. h.c. Klaus Dilger, Technische Universität Braunschweig, Institut für Füge- und Schweißtechnik
Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Nebel, OFFIS - Institut für Informatik, FuE-Bereiche Energie, Produktion, Verkehr
Beginn: 01.10.2019
Ende: 30.09.2024
Niedersächsisches Vorab (VolkswagenStiftung)
