Energieverbrauch beim Umformen und in der Zerspanung reduziert

IWU EMulDan Presshaerten
Bild: Fraunhofer-Institut IWU

Daten werden benötigt, um in hochspezialisierten Prozessen Maschinen und Anlagen zu steuern. Sensoren überwachen diese Prozesse und erzeugen damit große Mengen neuer Daten. Als Grundlage für Anwendungen der KI und des Maschinellen Lernens (ML) sind an den Wirkstellen erfasste Daten besonders interessant, wenn sie zusammengeführt, in ein einheitliches Datenmodell überführt und damit in ihrer Gesamtheit ausgewertet werden können, so Forschende des Fraunhofer IWU. Erst dann könnten sie wertschöpfend eingesetzt werden, also zur kontinuierlichen Verbesserung der Produktion.

Die Linked-Factory-Datenarchitektur ist eine am Fraunhofer IWU entwickelte Vision von einer durchgängigen digitalen Repräsentation aller Produkte, Prozesse und Maschinen in Unternehmen. Wie aus der Pressemitteilung des Instituts hervorgeht, sind neben einzelnen Maschinen auch Logistikprozesse oder die Gebäudeleittechnik integrierbar. Zentrales Element ist ein Wissensgraph, der aus der Verknüpfung unterschiedlichster Daten aktuelle Informationen generiert.

Gerade wenn große Datenmengen zu Informationen verarbeitet und bereitgestellt werden, sollten einzelne Datenpakete die Mitarbeitenden bei ihren Aufgaben unterstützen und nicht zusätzlich belasten, betonen die Wissenschaftler. „Kontextbasierte Bereitstellung“ lautet hier das Schlüsselwort. Denn ein Fertigungsleiter benötigt andere Informationen als eine Maschinenbedienerin oder ein Instandhalter, der mit Wartungsarbeiten beschäftigt ist. Jeder Mitarbeitende wird also in Abhängigkeit von seinem Verantwortungsbereich versorgt.

Zentrale Herausforderungen auf dem Weg zu einer vernetzten Fabrik sind intelligent verknüpfte Steuerungen und geeignete Schnittstellen, damit alle relevanten Daten extrahiert und zielgenau wieder eingespeist werden können.

EmulDan: Basis für informierte Entscheidungen und Maschinelles Lernen

Neben der Datenarchitektur stellen die in EmulDan erarbeiteten KI-Modelle einen wichtigen Schritt für durchgängige digitale Zwillinge dar. In Fertigungsbereichen mit niedrigem Automatisierungsgrad können solche ML-Anwendungen etwa Planerinnen, Entscheider oder Mitarbeitende in der Produktion bei der Entscheidungsfindung unterstützen, indem Trends aufgezeigt werden. Sogenannte Drifts, bei denen sich die Fertigung eines Bauteils der Toleranzgrenze nähert, werden beispielsweise früher erkennbar.

In EmulDan konzentrierten sich die Projektpartner auf die Energieeffizienz. Dabei durften bei den klassischen Steuerungs- bzw. Messgrößen wie Herstellungszeit, -kosten und Produktqualität keine Verschlechterungen hingenommen werden. Ihre Ergebnisse stellen die Partner anhand von Demonstratoren vor, die die Energieeinsparpotenziale in Fertigungsverfahren der Warmumformung, der Kaltumformung und der Zerspanung deutlich machen sollen.

Einsparmöglichkeiten beim Umformen

Das Presshärten kombiniert die Vorteile der Umformung und der Wärmebehandlung in einem einzigen Schritt. Es erlaubt die Herstellung hochfester und gleichzeitig besonders leichter Karosserieteile, beispielsweise B-Säulen in Automobilen. Im Projekt wurde ein Bor-Mangan-Blech auf über 900 °C erwärmt und anschließend in einem Formwerkzeug umgeformt und abgekühlt. Durch die schnelle Abkühlung des Bauteils während und nach der Umformung wandelt sich sein Gefüge in eine martensitische Struktur, was zu einer hohen Härte und Festigkeit führt. Dieser Herstellungsprozess benötigt viel Energie, die Frage nach Einsparmöglichkeiten lag für die Forschenden somit nahe. Für eine datenbasierte Prozesssteuerung erfassten die Projektpartner alle praxisrelevanten Fertigungsdaten aus Einzelprozessen sowie Prozessketten und erstellten Prozessmodelle zur Vorhersage von Energiebedarf und Bauteilqualität in verschiedenen Optimierungsszenarien. Als besonders hilfreich erwiesen sich hybride Prozessmodelle auf Basis des sogenannten digitalen Zwillings. Das Ergebnis: Aus der Kombination mehrerer angepasster Prozessparameter ergab sich ein Energieeinsparpotenzial von bis zu 20 Prozent.

Energieverbrauch bei Kaltumformung reduzieren

Rundknetanlagen kommen für die spanlose und effiziente Produktion von Leichtbauteilen zum Einsatz. Das Grundprinzip des Rundknetens beruht auf einer zyklischen Bewegung mehrerer Werkzeugsegmente, die in schneller Folge radial auf das Werkstück einwirken. Das Material wird dadurch plastisch formbar und kann in komplexe, vorzugsweise rotationssymmetrische Geometrien überführt werden. Typische Anwendungsbeispiele für das Rundkneten im Automobilbereich sind Lenkspindeln, Antriebswellen und Airbag-Zylinder; auch Bauteile für Flugzeugtriebwerke oder -fahrwerke sind so hochpräzise herstellbar.

Seiten: 1 2



  • Fraunhofer-Forschende entwickeln Robotersystem zur Qualitätssicherung im 3D-Druck

    Fraunhofer-Forschende entwickeln Robotersystem zur Qualitätssicherung im 3D-Druck

    Können 3D-gedruckte Bauteile in der Luftfahrt eingesetzt werden? Im Projekt Enabl3D entwickeln Forschende nun eine ausreichende Qualitätssicherung für diesen Zweck.

    mehr lesen: Fraunhofer-Forschende entwickeln Robotersystem zur Qualitätssicherung im 3D-Druck

  • Event-Doppelpack zu KI, Daten und Quantencomputing

    Event-Doppelpack zu KI, Daten und Quantencomputing

    Am 25. und 26. September 2024 finden im Kosmos Berlin der AI & Data Summit und der Quantum Summit des Bitkom statt. Im Fokus der Veranstaltungen stehen Anwendungsfälle rund um…

    mehr lesen: Event-Doppelpack zu KI, Daten und Quantencomputing

  • VDMA-Umfrage zu Forschung im Maschinenbau

    VDMA-Umfrage zu Forschung im Maschinenbau

    Wie und wo forscht und entwickelt der deutsche Maschinenbau? Dazu hat der Branchenverband VDMA 400 Firmen befragt. Demnach ist das Innovationstempo hoch und soll weiter steigen. Auch wenn die Unternehmen…

    mehr lesen: VDMA-Umfrage zu Forschung im Maschinenbau

  • Industrieleistung bricht um zwei Prozent ein

    Industrieleistung bricht um zwei Prozent ein

    Deutschlands Wirtschaft könnte 2024 auf der Stelle treten. Nach aktuellen Berechnungen korrigiert das Ifo-Institut das voraussichtliche Wirtschaftswachstum von 0,4 auf null Prozent, die Industrie schrumpft sogar um zwei Prozent. Dafür…

    mehr lesen: Industrieleistung bricht um zwei Prozent ein

  • Maximilian Köpke wird COO/CFO bei Convista

    Maximilian Köpke wird COO/CFO bei Convista

    Das Beratungshaus Convista hat Maximilian Köpke in einer Doppelrolle als COO und CFO ins Boot geholt. Zuvor war der Manager als Partner bei der Boston Consulting Group angestellt.

    mehr lesen: Maximilian Köpke wird COO/CFO bei Convista

  • Fakuma 2024 liefert neue Ansätze für die Kunststoffverarbeitung

    Fakuma 2024 liefert neue Ansätze für die Kunststoffverarbeitung

    Auf der diesjährigen Fakuma, internationale Fachmesse für Kunststoffverarbeitung, vom 15. bis 19. Oktober 2024 wird es neben der Ausstellung auch ein breites Rahmenprogramm geben. Erstmals wird etwa der Karriere-Freitag Teil…

    mehr lesen: Fakuma 2024 liefert neue Ansätze für die Kunststoffverarbeitung

  • Sebastian Spicker wird Managing Director DACH bei IFS

    Sebastian Spicker wird Managing Director DACH bei IFS

    Sebastian Spicker hat die Position des Managing Director DACH bei IFS übernommen.

    mehr lesen: Sebastian Spicker wird Managing Director DACH bei IFS

  • IFS kauft Copperleaf Technologies

    IFS kauft Copperleaf Technologies

    Der schwedische Anbieter von Business-Software IFS kauft Copperleaf Technologies. Das kanadische Unternehmen bietet Analytics-Software etwa für die Investitionsplanung und soll rund eine Milliarde kanadische Dollar kosten, rund 670 Millionen Euro.

    mehr lesen: IFS kauft Copperleaf Technologies

  • Wie steht es um KI und IoT bei unseren Nachbarn?

    Wie steht es um KI und IoT bei unseren Nachbarn?

    Wie etabliert sind Robotik, KI, ML, Big Data und IoT in den europäischen Ländern? Und wie schneidet Deutschland im Vergleich ab? Das hat Reichelt Elektronik Menschen in Deutschland, Frankreich, Italien…

    mehr lesen: Wie steht es um KI und IoT bei unseren Nachbarn?

  • Tech-Festival für Co-Creation in der Automatisierung

    Tech-Festival für Co-Creation in der Automatisierung

    Die vernetzte Fabrik, Datenräume und Automatisierung sind nur einige der Themen, die am 6. November in der Gläsernen Manufaktur Dresden im Mittelpunkt stehen. Für das Event Hub:Disrupt organisieren die Veranstalter…

    mehr lesen: Tech-Festival für Co-Creation in der Automatisierung

  • Kollektives und individuelles Lernen verzahnt

    Kollektives und individuelles Lernen verzahnt

    IT-Technik wie künstliche Intelligenz (KI) ermöglicht es Unternehmen, ganz neue Lernarchitekturen und -landschaften zu schmieden.

    mehr lesen: Kollektives und individuelles Lernen verzahnt

  • Drei Maßnahmen gegen Deepfake-Angriffe

    Drei Maßnahmen gegen Deepfake-Angriffe

    KI-gestützter Identitätsbetrug kommt weltweit häufiger vor. Allein in Österreich stieg die Zahl der Deepfake-Angriffe in diesem Jahr um 119 Prozent, ergab eine KPMG Austria-Umfrage. Mit diesen drei Maßnahmen lassen sich…

    mehr lesen: Drei Maßnahmen gegen Deepfake-Angriffe