EmSim – Methode zur Bestimmung von adaptiven Überwachungsgrenzen

Die Prozessüberwachung (PÜ) in der spanenden Fertigung hat sich von der Überwachung des Werkzeugzustands zu einer umfassenden Methode zur Sicherstellung der Fertigungsqualität entwickelt. Sie spielt eine zentrale Rolle in der Automatisierung und für die Sicherstellung fehlerfreier Prozesse. Für Unternehmen wird die Anpassungsfähigkeit von PÜ-Systemen an wechselnde Prozesse, Werkzeuge und Maschinen immer wichtiger, da die Nachfrage nach Produktindividualisierung und Variantenvielfalt stetig wächst. Aufwendige Parametrierverfahren und die begrenzte Übertragbarkeit aktueller Methoden auf die Einzelteilfertigung bleiben jedoch große Herausforderungen.

Bestehende PÜ-Systeme sind oft auf die Serienfertigung ausgelegt und nutzen direkte oder indirekte Sensorsignale, die eine aufwendige Kalibrierung erfordern. Die Entwicklung modellbasierter Simulationsansätze und Methoden des maschinellen Lernens bieten Potenzial, adaptive Überwachungsgrenzen effizienter zu gestalten. Allerdings fehlen Lösungen, die Maßtoleranzen, Bauteilgeometrien und Bearbeitungsoperationen in der Einzelteilfertigung berücksichtigen. Die Entwicklung solcher adaptiven Methoden könnte die Prozessplanung und Qualitätssicherung revolutionieren.

Ziele des Projekts

Das Hauptziel des Projekts ist die Erforschung einer Methode zur adaptiven Generierung von Prozessüberwachungsgrenzen in der Prozessplanung für die spanende Fertigung. Dabei sollen Maßtoleranzen und die Prognosegüte berücksichtigt werden, um die Fertigungsqualität insbesondere bei der Einzelteilfertigung zu verbessern. Hierzu werden simulationsbasierte Ansätze entwickelt, die Grenzwerte effizient und präzise bestimmen und gleichzeitig auf kritische sowie unkritische Prozessfälle angepasst werden können.

Die Teilziele umfassen die Entwicklung einer effizienten Simulation und Strommodellierung zur Grenzauslegung, die Untersuchung kritischer Prozessfälle für eine adaptive Grenzbildung sowie die Erforschung systematischer Simulationsfehler, um eine hochgenaue Abtragsimulation sicherzustellen. Weiterhin streben wir die Modellierung relevanter Prozesssignale für unterschiedliche Bearbeitungsoperationen an, ebenso wie die Adaption der simulationsbasierten PÜ-Grenzen anhand der Prognosegüte. Auf dieser Basis führen wir alle Einzelelemente zu einer umfassenden Methode zusammen, die sich nahtlos in die Praxis integrieren lässt.

Vorteile

• Prozesssicherheit – Reduktion von Fehlalarmen und Erhöhung der Sensitivität gegenüber Prozessfehlern
• Flexibilität – Anpassung der Überwachung an individuelle Einzelteile und Bearbeitungsoperationen
• Effizienz – Automatische und präzise Grenzwertbestimmung in der Prozessplanung
• Qualitätssteigerung – Berücksichtigung von Maßtoleranzen und Bauteilgeometrien
• Produktivität – Verringerung von Parametrieraufwand und schnellere Einrichtung neuer Prozesse
• Wirtschaftlichkeit – Minimierung von Ausschuss und optimierte Ressourcennutzung

Vorgehen

Im Forschungsprojekt EmSim entwickeln wir eine Methode zur adaptiven Generierung von Prozessüberwachungsgrenzen in der Prozessplanung. Als Ausgangspunkt dienen Maßtoleranzen aus der Konstruktion und der NC-Code aus der CAM-Planung. Der erste Schritt umfasst die Entwicklung einer effizienten Materialabtragsimulation zur Berechnung lokaler Schnittgrößen.

Auf dieser Basis entwickeln wir numerisch-empirische Strommodelle, die grobe Toleranzbänder für Überwachungsgrenzen erzeugen. Kritische Prozessfälle wie Bohr- und Dreh-Einstechoperationen untersuchen wir gesondert, um spezifische Modelle für unterschiedliche Toleranzvorgaben zu entwickeln. Parallel  dazu untersuchen wir systematische Fehler hochauflösender Simulationen und bewerten deren Potenzial für prozessstabile Operationen.

Abschließend integrieren wir alle Elemente in ein Gesamtsystem und validieren dieses durch Zerspanversuche mit aktivem Überwachungssystem. Eine begleitend entwickelte Datenbank erfasst Prozess- und Qualitätsdaten, um die Modelle und Überwachungsgrenzen kontinuierlich zu verbessern.

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Kontaktieren Sie Martin Winkler per E-Mail an winkler@ifw.uni-hannover.de oder telefonisch unter +49 511 762 4991.