SFB 653 – K2: „Planung und Überwachung spanender Fertigungsprozesse auf Basis von Werkstück- und Fertigungsinformation“

Gentelligente Werkstücke einerseits und gentelligente Werkzeugmaschinen (Teilprojekt N1) auf der anderen Seite liefern die Grundlage für eine werkstück-individualisierte Arbeitsplanung und Fertigungssteuerung. bauteilinhärente Datenspeicher ermöglichen einen dezentralen Informationsfluss zwischen einzelnen Werkstücken und Informationssystemen oder Werkzeugmaschinen. Gentelligente Komponenten in Werkzeugmaschinen kombiniert mit neuartigen Überwachungssystemen liefern Zustandsinformationen über Werkstück und Werkzeugmaschine, die bislang in der Produktion nicht verfügbar waren. Diese Zustandsinformationen können verwendet werden, um die situationsspezifisch optimale Fertigungsabfolge für jedes einzelne Werkstück auf Basis des aktuellen Produktionszustands zu identifizieren.

Daher wurde ein adaptiver Ansatz zur integrierten Arbeitsplanung und Fertigungssteuerung auf Basis gentelligenter Technologien entwickelt. Um geeignete Fertigungsprozesse für die Produktion eines bestimmten Werkstückes festzulegen, werden mögliche Fertigungsverfahren und Prozessfolgen in einem Arbeitsplanungsmodul identifiziert. (Abbildung, a). Basierend auf der spezifischen Bearbeitungsinformationen, die aus einem Feature-basierten Produktmodell (nach ISO 10303-224) abgeleitet werden, werden alle möglichen Fertigungsabläufe mit Hilfe eines regelbasierten Systems erzeugt. Dies ist in einer Ontologie implementiert, die das unternehmensspezifische Fertigungswissen repräsentiert. Der ausgewählte Arbeitsplan wird in das GIML-Datenformat (Teilprojekt E1) übertragen und mit Hilfe der bauteilinhärenten Kommunikationsstruktur (Teilprojekt L2) gespeichert.

Basierend auf den aktuellen Zustandsinformationen der gentelligenten Komponenten analysiert das Fertigungssteuerungsmodul kontinuierlich Abweichungen von den Vorgabenwerten. Alle verbleibenden einsetzbaren Prozessfolgen werden ausgewertet und der entsprechende Arbeitsschritt ausgewählt (Abbildung, b). Um die Produktionsziele wie kurze Bearbeitungszeit und niedrige Herstellungskosten zu erreichen, wird das multikriterielle Bewertungsverfahren Analytischer Hierarchieprozess (AHP) angewendet. Dies ermöglicht eine flexible und schnelle Reaktion im Falle von auftretenden Störungen (z. B. durch alternative Ressourcen im Falle eines Engpasses) und sorgt für technologische und organisatorische Flexibilität. Dies verringert die Durchlaufzeit um bis zu 22 % im Vergleich zu einer Produktion mit auftretenden Störungen. Nach Fertigungsende generiert das Prozessüberwachungsmodul ein bauteilspezifisches Fertigungsprotokoll (Abbildung, c). Dazu werden Prozesssignale von der Werkzeugmaschine interpretiert, um den Zustand und die Qualität des gentelligenten Werkstücks zu bewerten. Weitere Forschungsinhalte sind die Rückführung von Fertigungsdaten in die Arbeitsplanung mit Hilfe der Methoden des Data Mining. Außerdem werden Verfahren für die erfahrungsbasierte Erstellung von Regeln für eine zustandsorientierte Fertigungssteuerung entwickelt.