Trotz des umfangreichen Expertenwissens von Prozessingenieuren treten heutzutage entlang mehrstufiger Prozessketten immer wieder unerwartete Prozessschwankungen auf. Diese Dissonanzen gehen mit einer Reduktion in der Qualität von Ressource, Prozess und Produkt einher und können eine Fertigung von fehlerhaften Produkten zur Folge haben. Unbekannte anomale Systemdynamiken sind häufig die Ursache. Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung einer adaptiven Qualitätsregelung zur Kompensation dieser Effekte.
Zur Reduktion von Prozessunsicherheiten wird existierendes Prozesswissen um einen datengetriebenen Ansatz erweitert, der auf adaptiven und kontinuierlich lernenden Long Short-Term Memory (LSTM) Netzen basiert. Es wird ein Konzept zur Detektion unbekannter anomaler Systemdynamiken für Produktionssysteme entwickelt, sodass deren Integration in eine ganzheitliche Modellierung des Prozessverhaltens möglich ist. Für die nichtlineare, zeitvariante Modellbildung der Anomalien werden die LSTM-Netze eingesetzt. Um auf dieser Basis eine verbesserte Abbildung zukünftigen Prozessverhaltens zu ermöglichen, wird ein kooperatives Prädiktionsschema vorgestellt, das eine stetige Interaktion von Prozess- und Anomalie-Modell vorsieht. Im letzten Schritt wird dieses für eine prädikative Kompensation von Anomalien eingesetzt. Dabei wird die optimale Stellstrategie für jedes Produkt entlang der Prozesskette ermittelt.
Das Konzept wurde in Form eines Web-basierten Assistenzsystems realisiert. Eine Evaluierung konnte anhand von Prozessketten der Umformtechnik am Institut für Umformtechnik der Universität Stuttgart sowie im industriellen Umfeld der Otto Fuchs KG durchgeführt werden. Die empirischen Ergebnisse zeigen, dass eine Vorhersage und Prävention auftretender Anomalien ermöglicht wird.
Aktualisiert: 2022-01-20
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Der laserinduzierte chemische Ätzprozess (engl.: laser chemical machining, LCM) ist ein neues Verfahren zur Oberflächenstrukturierung von Werkzeugmetallen. Ein fokussierter Laserstrahl erwärmt die Oberfläche des in einem Ätzmittel befindlichen Bauteils und aktiviert einen lokalen Materialabtrag durch eine chemische Reaktion. Bei der LCM-Produktion entsteht eine Bauteilgeometrie durch mehrere einzelne Abtragsprozesse. Aufgrund der Interaktionen zwischen den Teilsystemen der LCM-Anlage sowie der Wechselwirkungen zwischen den Abtragsprozessen, ist die Genauigkeit der modellbasierten Vorhersagen der LCM-Produktion begrenzt. Um die Simulationsabweichung zu kompensieren, wird ein Qualitätsregelungssystem bestehend aus einer produktionsdiskreten, einer prozessnahen und einer in-Prozess Regelung untersucht. Die produktionsdiskrete Regelung stellt den Schwerpunkt der Arbeit dar und wird basierend auf einer post-Produktion-Messung realisiert. Dabei wird die hergestellte Bauteilgeometrie nach der Produktion gemessen und mit der Sollgeometrie verglichen. Entsprechend der Abweichungen bezüglich der Sollgeometrie adaptiert der Qualitätsregler die Prozessparameter für nachfolgende Produktionen. Somit wird die Bauteilgeometrie während der Produktionskette stetig optimiert. Dieser Regelungsansatz wird anhand der Herstellung eines viereckigen Gesenks erprobt. Die prozessnahe und in-Prozess Regelung werden in dieser Arbeit ausblickend konzipiert. Mit der entwickelten produktionsdiskreten Qualitätsregelung konnte Anzahl der Bearbeitungszyklen bei der Anlaufphase für die Herstellung einer neuen Geometrie mit Fertigungstoleranz bis 5µm von mehr als 10 auf 2-3 reduziert werden. Folglich lässt sich mit der Qualitätsregelung der Herstellungsaufwand für Mikrowerkzeuge stark reduzieren.
Aktualisiert: 2021-12-20
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Eine Methodik zur stochastischen adaptiven Qualitätsregelung
Aktualisiert: 2021-12-01
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Eine stetig gleichbleibende hohe Qualität zu fertigen, ist erklärtes Ziel des Spritzgießgewer-bes. Aus technischen oder wirtschaftlichen Gründen ist es jedoch nicht möglich, für konstan-te Produktionsrahmenbedingungen zu sorgen. Die effizienteste Methode ist, die Schwan-kungen über die Wahl der richtigen Prozessführungsmethode auszugleichen.
Im ersten Teil der Arbeit konnte herausgefunden werden, welche praxisrelevanten Störgrö-ßen einen Einfluss auf den Spritzgießprozess haben und wie sie sich auswirken. Bei den Materialparametern sind Änderungen der Viskosität (15 %) und der Einfriertemperatur des Materials (4 °C) am Einzug festzustellen. Zusätzlich veränderte sich das Messverhalten der Drucksensoren, wodurch ein Drift von 5 bar entstand. Störgrößenbedingt änderten sich auch die Prozesstemperaturen um 1 °C.
Im zweiten Teil der Arbeit werden diverse, während der Arbeit entwickelte, Prozessfüh-rungsmethoden miteinander verglichen. Aufgabe war es, die im ersten Teil gefundenen rea-len störgrößenbedingten Einflüsse zu kompensieren. Es stellte sich heraus, dass sich ledig-lich die materialbedingten Schwankungen nicht ausgleichen lassen. Zumindest können de-ren Auswirkungen durch eine Regelung der werkstoffnahen Parameter abschwächt werden.
Aktualisiert: 2019-12-12
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