Fraunhofer-Institut für Produktionsanlagen und Konstruktionstechnik IPK

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Resilienz durch dynamisches Prozessmanagement

2021 , Knothe, T. , Oertwig, N. , Woesthoff, J. , Sala, A. , Lütkemeyer, M. , Gaal, A.

Krisen treten regelmäßig auf und betreffen aufgrund zunehmender Globalisierung immer mehr Unternehmen gleichzeitig. In diesem Beitrag wird ein Ansatz für ein dynamisches Prozessmanagement vorgestellt, welches die Fähigkeit der Früherkennung von Disruptionen und gleichzeitig auch Routine sowie Agilität im Normal- wie auch im Krisenmodus durchgängig unterstützt.

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Automatisierte Erstellung von Virtual-Reality-Schulungen

2021 , Masuhr, Christian , Geiger, Andreas , Konkol, Kathrin

Für den effizienten Einsatz von Automatisierungstechnik ist qualifiziertes Instandhaltungspersonal notwendig, um operative Störungen schnell zu beheben. Diese Schulungen finden heutzutage entweder an realen Anlagen, oder auch bereits in eigens für bestimmte Anwendungsfälle entwickelte VR-Anwendungen statt. Zur Minimierung des Aufwands zur Erzeug von VR-Trainingssimulationen können jedoch bereits existierende Modelle und Simulationen aus dem Prozess der virtuellen Inbetriebnahme genutzt. Die Grundlage für das Training sind eine digitale Simulation und Vernetzung von realer Anlagensteuerung, Robotersteuerung und HMI-Schnittstellen. Dadurch können die Kosten reduziert und die Anzahl von unterschiedlichen Trainingsumgebungen skaliert werden. Die Trainingssimulation wird durch weitere motivierende Elemente erweitert.

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Erhöhung der Genauigkeit beim Fräsen mit Industrierobotern

2018 , Uhlmann, E. , Reinkober, S. , Hollerbach, T.

Aufgrund des seriellen kinematischen Aufbaus und den serienmäßig antriebsseitig verbauten Winkelmesssystemen ist die Form- und Lagegenauigkeit von Industrierobotern bei Fräsaufgaben limitiert. Diese wird maßgeblich von den auftretenden Prozesskräften F in Kombination mit den geringen nicht-linearen Steifigkeiten c der Getriebe serieller Kinematiken beeinflusst. Ein vielversprechender Ansatz die Genauigkeit kostengünstig zu erhöhen, ist die Verwendung von abtriebsseitigen Winkelmesssystemen. Für statische Prozesse ist die Nutzbarkeit bereits validiert. In diesem Beitrag wird erstmalig die Anwendbarkeit solcher Systeme bei Bahnprozessen untersucht und anhand von Bearbeitungsversuchen in Stahl validiert.

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Das Neue zur Nutzung führen

2015 , Geiger, A.

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Steuerung von Laser-induzierten periodischen Oberflächenstrukturen

2021 , Uhlmann, E. , Schweitzer, L. , Schneider, P. , Michel, A. , Hein, C.

Laser-induzierte periodische Oberflächenstrukturen (LIPSS) weisen ein hohes Potenzial für Anwendungen in den Bereichen der Oberflächenfunktionalisierung auf. Die Steuerung der Richtung dieser Nanostrukturen kann nur durch Änderung der Laserpolarisation erfolgen. Auf dem Markt gibt es kein System zur automatischen Änderung der LIPSS-Orientierung. Für den industriellen Einsatz ist dies vom Vorteil, um Inhomogenität im Strukturverlauf zu vermeiden. In diesem Beitrag wird eine Systemlösung vorgestellt, indem die Steuerung der Richtung von Nanotexturen ermöglicht wird.

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MBSE-Modellierung für Verhaltens- und Struktursimulation

2021 , Zimmermann, Thomas

echnische Systeme werden mithilfe von Modellbasiertem Systems Engineering (MBSE) beschrieben, um eine domänenübergreifende Wissensbasis zu erzeugen, die es den beteiligten Stakeholdern ermöglicht, Systemelemente konsistent und parallel zu entwickeln. Die Qualität dieser Modelle ist maßgeblich dafür, wie effizient dieses Wissen aus dem MBSE auch zur Systemexploration verwendet werden kann, um Systemzusammenhänge zu analysieren, indem verschiedene Modellarten gemeinsam simuliert werden.

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3D-Vorkonturierung mittels Wasserabrasivstrahl

2018 , Uhlmann, E. , Männel, C.

Die notwendige Reduzierung von Kraftstoffverbrauch und Treibhausgasemissionen sind nur zwei der Gründe für die steigenden Anforderungen an die Werkstoffeigenschaften. Nicht immer können die konventionellen Fertigungsverfahren mit den Entwicklungen neuer Werkstoffe Schritt halten. Der Einsatz der Wasserstrahltechnologie, deren Verschleiß vom Werkstoff unabhängig ist, bietet für diese Materialien ein hohes Potenzial. Der Wasserabrasivstrahl nutzt diesen Vorteil heute für vielfältige materialabtrennende Aufgaben. In diesem Beitrag werden die Vorkonturierung von dreidimensionalen Strukturen mittels Wasserabrasivstrahl sowie die Randbedingungen für eine wirtschaftliche Umsetzung vorgestellt. Ein Vergleich zwischen konventionalen Bearbeitungsverfahren und innovativer Wasserstrahlbearbeitung zeigt die Vorteile des Wasserabrasivstrahls bei der Bearbeitung von schwer zerspanbarem Titanaluminid auf.

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Hyperconnected Ecosystems für industrielle Netzwerke

2021 , Jäkel, Frank-Walter , Gering, Patrick , Knothe, Thomas

Das Hyperconnected Ecosystems für industrielle Netzwerke wird definiert als die Vernetzung aller relevanten Informationen und deren Erreichbarkeit jederzeit und von überall (hyperconnected). Barrieren zwischen Netzwerkpartnern bzgl. Datenbereitstellung und Zugriff werden reduziert und an aktuelle Anforderungen ausgerichtet. Die Evolution des Netzwerkes wird durch dessen dynamische Anpassbarkeit und flexible Einbindung von Diensten ermöglicht. Schlussendlich soll jede erforderliche Information an jedem Ort sofort in einer bearbeitbaren Form und möglichst ohne Aufwand verfügbar sein. Die Metapher des sozialen Netzwerks, in denen sich Partner finden und nach Bedarf Daten und Leistungen austauschen, dient als Basis für die Strukturen im Netzwerk. Dabei müssen industrielle Anforderungen nach Sicherheit, Souveränität und Transparenz integriert werden. Der Beitrag beschreibt die Vision eines Hyperconnected Ecosystem für industrielle Netzwerke und erste Ansätze zu dessen Umsetzung.

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Künstliche Intelligenz zum Schutz sicherheitskritischer Energie-Infrastrukturen

2019 , Klein, M. , Thiele, Gregor , Krüger, J.

Die dezentrale Energieerzeugung im Kontext der Dekarbonisierung bringt eine Änderung der kritischen Infrastruktur mit sich. Die Prozesssteuerung von lokalen Einheiten erfolgt nicht mehr nur über separate Leitungen, sondern vermehrt über das Internet. Dies birgt neue Anforderungen an die Sicherheit. Am Fraunhofer IPK entsteht ein neuartiges Verfahren, das klassische Methoden der Netzwerksicherheit mit automatischer Auswertung der Prozessdaten kombiniert. Hierbei wird domänenspezifisches Wissen genutzt, um vom Normalzustand abweichendes Verhalten frühzeitig zu erkennen. Mittels des maschinellen Lernens (ML) können dabei komplexe Zusammenhänge effizient analysiert werden.

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Trochoide Fräsbearbeitung mit Industrierobotern

2018 , Uhlmann, E. , Reinkober, S. , Hoffmann, M. , Käpernick, P.

Der hohe Bedarf an einer dynamischen und kundenindividuellen Produktion rückt die Flexibilität von Produktionssystemen zunehmend in den Fokus. Industrieroboter leisten heute einen entscheidenden Beitrag zur Befriedigung dieses Bedarfes. Obwohl sie in der Handhabung bereits Stand der Technik sind, finden sie in der mechanischen Fertigung, nach wie vor nur selten Anwendung. Das Trochoidfräsen bietet ein Potenzial zur Steigerung der Zerspanleistung Pc [1, 2]. Diese hochdynamische Frässtrategie erzeugt deutlich geringere Schnittkräfte Fc als konventionelles Fräsen und steigert gleichzeitig das Zeitspanvolumen Qw [2, 3, 4].

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