QPredict - Adaptives Fertigungssystem zur Herstellung präziser Bauteile

Die Herstellung präziser Bauteile, etwa für die Luftfahrt oder Medizintechnik, erfordert in vielen produzierenden Unternehmen aufwendige 100%-Kontrollen. Aufgrund des Fachkräftemangels erschweren diese Kontrollen häufig einen durchgängigen Drei-Schicht-Betrieb. Auch ihre Automatisierung mit konventionellen Messsystemen führt zu hohen Nebenzeiten. Daher wird im Forschungsprojekt „QPredict" ein innovatives Fertigungssystem entwickelt, das einen vollständig automatisierten und wirtschaftlichen Drei-Schicht-Betrieb zur Herstellung präziser Bauteile ermöglicht.

Zielsetzung

Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines Fertigungssystems auf Basis virtueller Qualitätskontrollen (Predictive Quality). Im Gegensatz zu herkömmlichen 100%-Kontrollen, bei denen jedes gefertigte Bauteil vermessen wird, werden relevante Qualitätsgrößen wie die Maßhaltigkeit mithilfe von maschinellem Lernen quantitativ vorhergesagt. Grundlage hierfür sind zahlreiche Prozesssignale sowie Prozessbedingungen, die in digitalen Werkstückzwillingen strukturiert gespeichert werden. 

Ein zentrales Element ist dabei die Bestimmung der Vorhersageunsicherheit. Erst bei erhöhter Unsicherheit wird eine nachgelagerte Endkontrolle mit konventionellen Messmitteln ausgelöst, sodass eine zuverlässige Qualitätssicherung bei gleichzeitig reduzierten Nebenzeiten realisiert wird. 

Vorteile 

• Reduzierte Nebenzeiten durch bedarfsgesteuerte Endkontrollen
• Hohe Prozesssicherheit durch Kombination aus Qualitätsvorhersage und Anomalie-Detektion
• Wirtschaftlicher Drei-Schicht-Betrieb

• Quantitative Qualitätsaussagen statt reiner Gut-/Schlecht-Bewertung

   

Vorgehen

Kern des Systems ist die Kombination aus Predictive Quality, Anomalie-Detektion und automatisierter Prozessadaption. Die Qualitätsvorhersage basiert auf maschinellem Lernen, das multimodale Prozesssignale, z. B. Spindeldrehmoment, Achspositionen und Beschleunigungsdaten, auswertet. 

Die Anomalie-Detektion ist der Qualitätsvorhersage vorgelagert und stellt sicher, dass nur störungsfreie Prozessdaten in die Prognose einfließen. Durch die Entwicklung und Integration einer automatisierten Prozessadaption kann das System in bekannten Störsituationen selbstständig Anpassungen am Fertigungsprozess vornehmen.  In Kombination mit einer automatischen Be- und Entladung von Werkstücken entsteht somit ein hochautomatisiertes, adaptives Fertigungssystem, das Nebenzeiten reduziert und eine hohe Prozesssicherheit gewährleistet. 

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