Intelligente End-to-End Prozessregelung: SERICY – Teil des StabiLO Forschungsprojekts der TU München

Grenzebach digital (GDI) sorgt mit der Digitalisierungsplattform SERICY im StabiLO Forschungsprojekt des Institutes für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb) der Technischen Universität München für eine intelligente End-to-End Prozessregelung der laserbasierten Oberflächenstrukturierung von Metallen zur Herstellung von Hybridbauteilen aus Metall und Kunststoff.

Grenzebach digital ist Projektpartner im StabiLO Forschungsprojekt des iwb der TU München

Das StabiLO Forschungsprojekt des iwb

Hybridbauteile werden zur langfristigen Sicherstellung nachhaltiger Mobilität in der Transportbranche immer wichtiger. Neue Fertigungstechnologien im Maschinenbau müssen vorangetrieben werden, um den heutigen Anforderungen an eine hohe und gleichbleibende Qualität sowie Wirtschaftlichkeit gerecht zu werden. Das Forschungsprojekt StabiLO widmet sich dabei speziell einem softwaregestützten Verfahren zur Herstellung von Hybridbauteilen aus Metall und Kunststoff.

Was ist StabiLO?

Das iwb betrachtet im StabiLO Forschungsprojekt die Erforschung und Entwicklung einer prozessstabilen Laserstrukturierung von metallischen Oberflächen zum großflächigen Fügen von 3-D-Metall-Strukturen mit faserverstärkten Kunststoffen.

Im Hinblick auf die steigende Nachfrage nach Leichtbauwerkstoffen in Multi-Material-Bauweise und dem Ruf nach einer wirtschaftlichen Serienfertigung, fokussiert das Projektteam eine flexibel skalierbare Prozessführung.

Das Projekt wird von der Bayerischen Forschungsstiftung (BFS) gefördert.

Was ist die Agenda des Projekts?

Das Projekt startete im März 2021 und hat eine Projektlaufzeit von drei Jahren.

Das Forschungsprojekt gliedert sich in sieben Arbeitspakete:

  • Projektmanagement
  • Laserstrukturierung von metallischen Oberflächen
  • Inline-Topografiemessung mittels OCT-Sensorik
  • Automatisierung der Datenanalyse
  • Intelligente Regelung des Laserprozesses
  • Skalierung des Fügeprozesses
  • Funktionsdemonstrator

Was ist das Ziel des Projekts?

Das Forschungsprojekt hat ein Fügen von großen Metall- und Kunststoffstrukturen mit homogenen und gleichbleibenden Qualitätsmerkmalen zum Ziel. Der Einsatz eines innovativen, optischen Sensorkonzeptes soll in der intelligenten Prozessregelung für eine Inline-Qualitätssicherung sorgen. 

Eine Integration der Technologie in zukünftige Prozessketten im Maschinenbau soll die Nachhaltigkeit fördern, Produktionskosten sparen und kürzere Prozesszeiten ermöglichen.
 

Projektfortschritt

Das StabiLO Forschungsprojekt befindet sich noch in der Anfangsphase. Das Projekt wird aktuell seitens des iwb aufgesetzt. Erste Messungen und Analysen zur Laserstrukturierung von metallischen Oberflächen und Inline-Topografiemessung mittels OCT-Sensorik fanden bereits statt. Alle Projektbeteiligen befinden sich im regelmäßigen Austausch über den Fortschritt.

 

Im nächsten Schritt wird ein Regelungskonzept erarbeitet, in welchem die einzelnen Schnittstellen der Maschinen, Systeme und Prozesse gemeinsam mit den Projektpartnern analysiert sowie Stör- und Regelgrößen definiert werden. Anschließend erfolgt auf Basis der Daten aller Projektbeteiligten die Auslegung einer intelligenten Regelung des Laserprozesses. Im Rahmen einer abschließenden Validierung werden die Ergebnisse analysiert und der Prozess daraufhin weiter optimiert. Der Beginn dieser Projektphase ist für das dritte Quartal des zweiten Projektjahres geplant.

 

Intelligente Regelung des Laserprozesses: Digitale Transformation

Um einen Einsatz der entwickelten Technologie in der industriellen Serienproduktion im Maschinenbau mit dem Ziel einer gleichbleibenden Qualität zu ermöglichen, bedarf es einer flexibel skalierbaren Prozessführung und einer leistungsstarken Regelung. Durch die angestrebte Inline-Prozessbeobachtung können Veränderungen der Topografiemerkmale frühzeitig erkannt und über eine intelligente End-to-End Prozessregelung kompensiert werden.

 

Die digitale Transformation der Maschinen, Systeme und Prozesse ist daher ein zentraler Baustein des Forschungsprojekts. Eine volldigitalisierte Maschine für die Laserstrukturierung kann von produzierenden Unternehmen zur Erhöhung des Wettbewerbsvorteils gegenüber Unternehmen mit alternativen Fertigungsverfahren für die Oberflächenvorbehandlung eingesetzt werden.

 

Daher suchte das StabiLO Projektteam nach einer digitalen Plattform, die

  • den gesamten Produktionsprozess – jede einzelne Maschine, jeden einzelnen Prozessschritt, jedes einzelne System – digitalisiert
  • eine flexible Architektur aufweist und daher skalierbar und kompatibel mit der eingesetzten Systemtechnik ist
  • eine out-of-the-box Digitalisierung ohne immensen Entwicklungsaufwand ermöglicht
  • durch eine Microservice-Architektur mit offenen und flexiblen Schnittstellen das Anbinden aller Maschinen, Systeme und Prozesse ermöglicht – auch in Zukunft
  • ohne Digitalisierungs-Knowhow seitens der Anwenderinnen und Anwender schnelle Ergebnisse garantiert
  • die Entwicklungszeit und -kosten gering hält.

Die innovative und flexible IIoT-Plattform SERICY der Grenzebach digital erfüllt diese Anforderungen und noch mehr. Daher erarbeitet Grenzebach digital als Projektpartner das Regelungskonzept und übernimmt mit SERICY die intelligente Regelung des Laserprozesses sowie Auswertung und Optimierung der Daten.

 

SERICY – intelligente Digitalisierungs- und Entwicklungslösung für Forschung und Mittelstand

Die Digitalisierungsplattform SERICY der Grenzebach digital vernetzt alle beteiligten systemtechnischen Komponenten des StabiLO Projekts und ist daher eine zentrale Schnittstelle und Komponente im Forschungsprojekt.

Die IIoT-Platform ist wie geschaffen für das Forschungsprojekt, da

  • sich die innovative Entwicklungsumgebung einfach und schnell an geänderte und zukünftige Anforderungen anpassen lässt
  • die sofort einsetzbaren, wiederverwendbaren, flexiblen Software-Bausteine und die vorkonfigurierten Module Prozesse und Maschinen kosteneffizient digitalisieren
  • die Plattform beliebig skalierbar und erweiterbar ist
  • die intelligente End-to-End Prozessregelung nach Abschluss des Forschungsprojekts leicht auf Praxisanwendungen übertragbar ist

 

Anwendungsbeispiel SERICY im Forschungsprojekt

SERICY vergleicht permanent die Soll- und Ist-Werte, beispielsweise die der Laserleistung. Vernetzt mit allen beteiligten systemtechnischen Komponenten, kann SERICY Abweichungen sofort erkennen und entsprechende Änderungen in der Prozessführung einleiten. Übersteigt die gemessene Abtragstiefe den Sollwert, reguliert SERICY basierend auf den abweichenden Messwerten zum Beispiel die Laserleistung. Dies alles geschieht innerhalb weniger Millisekunden. Die Messdaten werden von SERICY gesammelt und dienen dem Forschungsteam als Basis für weitere Analysen.

 

Chancen für Grenzebach digital und Mittelstand

Das StabiLO Forschungsprojekt bietet die Chance zu zeigen, welche Vorteile eine softwarebasierte Digitalisierung und Automatisierung von Prozessen, Systemen und Maschinen im Mittelstand, speziell im Maschinenbau, mit sich bringt. Gleichzeitig ermöglicht das Projekt Grenzebach digital ihre Expertise in der End-to-End Betrachtung von Produktionsprozessen weiter auszubauen. Jede Erkenntnis und Beobachtung fließt in die modulare IIoT-Plattform SERICY der Grenzebach digital ein. Diese Dynamik ist es, was SERICY zu einer einzigartigen und zukunftsweisenden Digitalisierungs- und Entwicklungsplattform macht.

 

 

„Wir freuen uns, das StabiLO Forschungsprojekt des iwb der Technischen Universität München zu begleiten und unser Wissen und unsere Kompetenz im Bereich der Digitalisierung von Maschinen und Prozessen einzubringen. Durch den Einsatz von SERICY ermöglichen wir eine intelligentere End-to-End Prozessregelung, welche Dreh- und Angelpunkt einer erfolgreichen und wirtschaftlichen Fertigung ist.“

 

Alexander Beck, Head of Project Management der Grenzebach digital

Weitere Informationen zum StabiLO Forschungsprojekt, dem Projektstand und der intelligenten Prozessregelung durch SERICY erhalten Sie auf der Webseite des iwb der TU München (https://www.mw.tum.de/iwb/forschung-und-industrie/projekte/lasertechnik/stabilo)


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