Wie Blasformtechnik datengetrieben optimiert wird

0:000:00

Spiral Distribution DieZeichnung
Bild: Ianus Simulation GmbH

Extrusionsblasformen zählen zu den zentralen Fertigungsverfahren der Kunststoffverarbeitung: Flaschen, Kanister, Fässer und technische Hohlkörper entstehen in Milliardenmengen mit diesem Verfahren. Der wirtschaftliche Druck auf die Hersteller wächst dabei kontinuierlich: steigende Rohstoff- und Energiekosten, höhere Qualitätsanforderungen, kürzere Produktzyklen. Hinzu kommt ein struktureller Wandel. Denn die steigende Nachfrage nach Recyclingmaterial erhöht die Anforderungen an Prozessstabilität erheblich, da sich Rezyklate in der Verarbeitung deutlich variabler verhalten als Primärmaterial. Die entscheidende Stellschraube in diesem System ist das Werkzeug bzw. der Wendelverteiler. Er bestimmt, wie das aufgeschmolzene Material im Blaskopf verteilt wird, welche Wanddicken entstehen, wie schnell Farbwechsel vollzogen werden können und ob der Prozess bei wechselnden Rohmaterialien stabil bleibt.

Der klassische Entwicklungsprozess sieht hier einen erfahrungsbasierten Ansatz vor, mit wenigen Varianten und begrenzten Simulationsressourcen. Das Optimum liegt irgendwo im mehrdimensionalen Parameterraum, wird aber mit klassischen Methoden selten systematisch gefunden.

Vom Einzelfall zur Massensimulation

Ein Hersteller von kundenspezifischen Blasformanlagen stand vor genau dieser Herausforderung. Jede Anlage ist ein Einzelprojekt, jedes Werkzeug wird individuell ausgelegt. Simulation war zwar vorhanden, aber nicht skalierbar. Pro Projekt flossen wenige manuelle Einzelanalysen ein, der Aufwand für eine breite Variantenuntersuchung war schlicht zu hoch.

Ausgehend von der Frage ‚Wie verstehe ich den gesamten Lösungsraum?‘ erkannte der Maschinenbauer Potenzial in der parametrischen Beschreibung des Werkzeugs. Parameter wie Steigungswinkel, Wendelbreite, Wendeltiefe und Austrittsspalt lassen sich mathematisch erfassen und damit automatisiert variieren. Auf dieser Grundlage bauten die Beteiligten eine vollautomatisierte Simulationsinfrastruktur in der Cloud auf. Geometrie, Betriebspunkt und Zielgrößen fließen als Datenpunkte ein und die Simulation läuft ohne manuelle Vorbereitung ab. Hunderte von Varianten lassen sich parallel berechnen und systematisch vergleichen. Es entstand ein Datengenerator, bei dem jeder Simulationslauf zum Aufbau eines strukturierten Datenpools beiträgt.

Das Surrogatmodell

Aus den systematisch generierten Simulationsdaten haben die Beteiligten dann ein neuronales Netz trainiert. Input sind Geometrie- und Prozessparameter, Output sind die entscheidenden Zielgrößen wie Druckverlust, Spülzeit und Homogenität der Austrittsgeschwindigkeit. Das Ergebnis ist ein sogenanntes Surrogatmodell. Ein ‚Sofort-Modell‘, das neue Designs ohne laufende Simulation bewerten kann. In der Optimierungslogik spielt dieses Modell eine zentrale Rolle: In frühen Iterationsphasen übernimmt es die schnelle Erstbewertung von Hunderten von Varianten und erst in den letzten evolutionären Stufen werden die aussichtsreichsten Kandidaten mit der physikalischen Vollsimulation explizit gerechnet. Pro Optimierungslauf werden so mehr als 500 Simulationen verarbeitet. Eine Tiefe der Parameterraumabdeckung, die manuell nicht erreichbar wäre.

Die Simulation sorgt für realitätsnahe Ergebnisse, die KI unterstützt die Entscheidungsfindung. Der Konstrukteur gibt Parameter vor, das System liefert optimierte Vorschläge, die anschließend via automatisierter Simulation validiert werden.

Messbarer Nutzen für Spülzeiten, Ausschuss, Rezyklat

Die Ergebnisse dieses Ansatzes sind quantifizierbar. Spülzeiten konnten um bis zu 50 Prozent reduziert werden. Der Ausschuss ließ sich um bis zu 66 Prozent senken. Der Rezyklateinsatz konnte auf bis zu 85 Prozent gesteigert werden, ohne die Prozessstabilität einzubüßen.

Entscheider können auf mehreren Ebenen davon profitieren: Direkt zeigen sich sinkende Material- und Energiekosten, weniger Ausschuss sowie kürzere Stillstandzeiten. Indirekt liegt der Nutzen in einer schnelleren Time-to-Market, höherer Flexibilität gegenüber Kundenanforderungen und in der Fähigkeit, neue Rohstoffquellen (insbesondere Rezyklate) verlässlich zu verarbeiten. Strategisch wichtig ist zudem, dass ingenieurseitiges Erfahrungswissen im Prozess digitalisiert wird.

Das System findet die Lösung

Der aufgezeigte Ansatz verändert die Arbeitsweise in der Werkzeugentwicklung. Wo früher Erfahrung und wenige Tests nötig waren, ermöglichen heute Simulation viele Varianten, abgesichert durch KI-gestützte Auslegungssysteme. Nicht der Ingenieur sucht langwierig und manuell nach der besten Geometrie, sondern das System findet sie.

Dabei ist CFD-Simulation in der Blasformbranche nicht neu: Sie macht Strömungs- und Wanddickenverhalten physikalisch greifbar, bevor das erste reale Werkzeug gefertigt wird, und ersetzt damit teure Trial-and-Error-Zyklen durch belastbare Daten. Die Innovation des beschriebenen Ansatzes liegt in der Automatisierung, der Parallelisierung und dem systematischen Datenaufbau. Dadurch entsteht die Grundlage für KI und damit die Grundlage für Assistenzsysteme, die Entscheidungen im Engineering früher, schneller und sicherer machen.

Der Ansatz ist zudem nicht auf Blasformanlagen beschränkt. Überall dort, wo komplexe Strömungsprozesse parametrisch beschreibbar sind und Simulationsdaten systematisch aufgebaut werden können, lässt sich diese Logik anwenden.



  • Intelligente Überwachung von Produktionsmaschinen

    Intelligente Überwachung von Produktionsmaschinen

    Die Forschungspartner Technische Hochschule Deggendorf und die Technische Universität München sowie den beiden Unternehmen Schindler & Schill (EasyLogix) und Systema haben das BMWi-ZIM-Projekt MobiCM erfolgreich abgeschlossen. Ziel war die Entwicklung…

    mehr lesen: Intelligente Überwachung von Produktionsmaschinen

  • Verlängerter Lockdown lässt Wirtschaft stagnieren

    Verlängerter Lockdown lässt Wirtschaft stagnieren

    Nach ersten Schätzungen geht das Ifo-Institut von einer Stagnation der Wirtschaftsleistung im ersten Quartal aus. Erst im zweiten Quartal gehen die Experten wieder von einem Zuwachs aus.

    mehr lesen: Verlängerter Lockdown lässt Wirtschaft stagnieren

  • DIN und VDE DKE kooperieren mit Enterprise Singapore

    DIN und VDE DKE kooperieren mit Enterprise Singapore

    Die Normungsorganisationen DIN und VDE DKE haben eine Kooperationsvereinbarung mit ‚Enterprise Singapore‘ getroffen. Die Zusammenarbeit soll unter anderem die Bereiche Industrie 4.0 sowie künstliche Intelligenz umfassen.

    mehr lesen: DIN und VDE DKE kooperieren mit Enterprise Singapore

  • Anstieg der Konjunkturerwartungen im Januar

    Anstieg der Konjunkturerwartungen im Januar

    Im Januar sind die Konjunkturerwartungen im ZEW-Indikator gestiegen. Trotz des Lockdowns haben sich die Aussichten demnach verbessert. Dabei seien vor allem die Exporterwartungen gestiegen, sagt ZEW-Präsident Prof. Achim Wambach, Ph.D.

    mehr lesen: Anstieg der Konjunkturerwartungen im Januar

  • Produktion unter erschwerten Bedingungen

    Produktion unter erschwerten Bedingungen

    Elektronikfertigung während der Pandemie Produktion unter erschwerten Bedingungen Da man in der Produktion nicht so ohne weiteres auf Homeoffice setzen kann, müssen sich Fertiger Konzepte einfallen lassen, wie sie unter…

    mehr lesen: Produktion unter erschwerten Bedingungen

  • Facton wird Teil der FOG

    Facton wird Teil der FOG

    Die FOG Software Group will mit der Übernahme von Facton ihr Portfolio an Softwarelösungen für die intelligente Fertigung ausbauen.

    mehr lesen: Facton wird Teil der FOG

  • Eplan startet Partnernetzwerk

    Eplan startet Partnernetzwerk

    Eplan startet mit der Gründung eines neuen Partnernetzwerks in das neue Jahr. Durch den Austausch der Partner soll unter anderem die Integration unterschiedlicher Systeme vereinfacht werden.

    mehr lesen: Eplan startet Partnernetzwerk

  • Neuer Robotikverband gegründet

    Neuer Robotikverband gegründet

    Um den Robotereinsatz bei kleineren und mittleren Unternehmen zu fördern, wurde Ende des vergangenen Jahres der Deutsche Robotik Verband gegründet.

    mehr lesen: Neuer Robotikverband gegründet

  • Umsatzerwartungen erstmals in der Pandemie positiv

    Umsatzerwartungen erstmals in der Pandemie positiv

    Auf 2021 blicken die Entscheider in der Branche mit einer Mischung aus Zurückhaltung und leichtem Optimismus. Dies geht aus dem aktuellen Maschinenbau-Barometer von PwC hervor.

    mehr lesen: Umsatzerwartungen erstmals in der Pandemie positiv

  • SAS übernimmt Boemska

    SAS übernimmt Boemska

    SAS übernimmt den britischen Low-Code/No-Code-Spezialisten Boemska. Das Unternehmen ist bereits Technologiepartner von SAS.

    mehr lesen: SAS übernimmt Boemska